SIMOCAP Manual de Usuario
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1. ESCUELA T CNICA SUPERIOR DE INGENIER A INFORM TICA INGENIER A EN INFORM TICA SIMOCAP Sistema Simple de Captura de Movimiento Realizado por JOSE ALBERTO GANDULLO AVILA _ Dirigido por JOSE CORTES PAREJO Departamento MATEMATICA APLICADA I Sevilla Junio de 2010 Jos Alberto Gandullo vila 1 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Agradecimientos a toda mi familia en el sentido m s amplio de la palabra Y al III Premio de Sevilla adscrito al IV Concurso Universitario de Software Libre que me concedi una Menci n Especial por este proyecto Blog del proyecto http simocap wordpress com Forja de Desarrollo https forja rediris es projects cusl4 simocap Correo de contacto yoalberto007 gmail com Jos Alberto Gandullo vila 2 SIMOCAP yoalberto007 gmail com 9 Manual de Usuario 9 1 Sistemas Operativos soportados Hasta el momento el c digo solo ha sido probado en plataforma linux pero teniendo en cuenta que su principal dependencia que es ARToolKit es multiplataforma Windows Linux y Mac y el c digo est escrito en lenguaje C es de esperar que no entra e muchas dificultades el migrarlo a otras plataformas 9 2 Instalaci n y Uso 9 2 1 ArTooIkit Nota Solo se indican las instrucciones para instalaci n en una plataforma linux Prerrequisitos Instalar los siguientes paquetes o la versi n actual m s parecida desde Synaptic freeglut3 dev libgstreamer0 10 dev libgstreamer plugi2. Linux pero enfocado en la usabilidad lanzamientos regulares y f cil de instalaci n Terminal linea de comandos Usado para la instalaci n compilaci n y ejecuci n de programas Editor de Eclipse Eclipse es un entorno de desarrollo software muy avanzado y multilenguaje pero en este proyecto solo se ha usa su editor para programar el c digo en un entorno m s amigable la compilaci n y generaci n de ejecutables se ha hecho con Make Make makefile Make es una herramienta de generaci n o automatizaci n de c digo muy usada en los sistemas operativos tipo Unix Linux Por defecto lee las instrucciones para generar el programa u otra acci n del fichero makefile Las instrucciones escritas en este fichero se llaman dependencias La herramienta make se usa para las labores de creaci n de fichero ejecutable o programa para su instalaci n la limpieza de los archivos temporales en la creaci n del fichero todo ello especificando unos par metros iniciales que deben estar en el makefile al ejecutarlo Forja de Rediris Una forja es una plataforma de desarrollo colaborativo de software Se enfoca hacia la cooperaci n entre desarrolladores para la difusi n de software y el soporte al usuario En este tipo de plataformas se albergan m ltiples proyectos de software en los que los desarrolladores han de registrarse para poder contribuir Consta de numerosas aplicaciones normalmente con interfaz web para la administraci n y desarrollo d
3. hace una b squeda por la palabra simocap este blog aparece el primero de la lista Qavimator QAvimator es una herramienta simple para crear y editar animaciones de un personaje virtual en este proyecto se usar para el estudio y visualizaci n de los archivos BVH que se generan como salida OpenOffice Es una suite ofim tica libre c digo abierto y distribuci n gratuita que incluye herramientas como procesador de textos hoja de c lculo presentaciones herramientas para el dibujo vectorial y base de datos C mara de v deo sony handycam Usada para grabar los v deos del actor para capturar sus movimientos C mara de v deo Sony Handycam Jos Alberto Gandullo vila 116 SIMOCAP yoalberto007 gmail com 10 2 An lisis Temporal El planteamiento del proyecto se produce el 15 de Septiembre de 2009 con la apertura del plazo de inscripci n al IV Concurso Universitario de Software Libre Durante el periodo de tiempo transcurrido entre la apertura del plazo y la confirmaci n de participaci n fechada a 1 de Diciembre el desarrollo del proyecto se limit a las fases de investigaci n y dise o de objetivos Computando una media de 7 horas semanales durante las 10 semanas de este primer periodo hacen un total de 70 horas Una vez confirmada la participaci n en el concurso se comienza el desarrollo m s intenso del mismo y la fase de programaci n de pruebas para comprobar las posibilidades de las tecnolog as investigad
4. movimiento al archivo bvh tenemos que pulsar ESPACIO Las marcas capturadas ser n superpuestas con una figura en 3 dimensiones realidad aumentada Adem s en la consola se ir imprimiendo una serie de datos referentes al proceso libARvideo libARvideo GStreamer negotiated 720x576 libARvideo GStreamer pipeline is PAUSED Image size x y 720 576 xik Camera Parameter x SIZE 720 576 Distortion factor 358 312500 296 437500 20 701235 1 012757 788 57040 0 00000 356 06250 0 00000 0 00000 816 85595 271 68750 0 00000 0 00000 0 00000 1 00000 0 00000 Opening Data File Data patt object_data_cabeza About to load 4 Models Read in No 1 Read in No 2 Read in No 3 Read in No 4 Objectfile num 4 get fences failed 1 param 6 val O Ejecuci n de simocap funci n init Para detener la captura de movimiento pulsaremos ESC no cerrar ventana de reproducci n con X porque el proceso no terminar correctamente Jos Alberto Gandullo vila 99 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Ejemplo de ventana de reproducci n de v deo Al pulsar Esc la ventana de reproducci n se cerrar y debemos volver a consola ya que all nos est pidiendo que insertemos por teclado el nombre del archivo de salida mejor que termine en bvh as no tendremos problemas al reproducirlo alberto naru vai siiyssgynlso nos 3inysup syur POST PROCESADO Escriba como quiere nombrar al archivo de
5. as Esta fase dura hasta Febrero de 2010 Computando una media de 14 horas semanales durante estas 9 semanas hacen un total de 126 horas En febrero se anunci la fecha de la final del Premio de Sevilla adscrito al Concurso Universitario de software libre ser a el 16 de abril eso hizo incrementar el ritmo de trabajo y empezar a programar la aplicaci n real dise ar y construir los dispositivos y documentar los avances en el blog Computando una media de 20 horas semanales durante las 11 semanas de este periodo hacen un total de 220 horas Finalmente despu s de la entrega de premios en el premio local de Sevilla del concurso en el cual fui finalista y recib una menci n especial empez la fase de mejoras y de redacci n de la memoria final para el proyecto fin de carrera periodo que dur hasta la primera semana de Junio cuando se entreg esta memoria Computando una media de 20 horas semanales durante las 7 semanas de este ltimo periodo contabilizado hacen un total de 140 horas El tiempo total en el que se estima que se ha desarrollado el proyecto es de unas 556 horas Jos Alberto Gandullo vila 117 SIMOCAP yoalberto007 gmail com 10 3 An lisis de Costes El coste se puede resumir en las siguientes tres partes Coste del Software utilizado Como ya se ha se alado en puntos anteriores se ha usado software libre para el desarrollo y aunque el software libre no es gratuito por definici n en el caso de las herramient
6. as usadas para este proyecto si lo han sido Por lo tanto en software el coste ha sido de 0 euros Coste de construcci n de los dispositivos de seguimiento La mayor a de los materiales usados para la construcci n de estos dispositivos son materiales reciclados a los que se les da un segundo uso distinto al de fabricaci n A pesar de esto hay otros materiales que si han tenido un coste aunque peque o Entre estos materiales estar an el pegamento el poliespan y la tinta de impresora para los marcadores Podemos estimar el coste de estos materiales en unos 10 euros Coste de la C mara de Video C mara de v deo Sony Handycam Decir que la c mara de v deo usada durante el transcurso de este proyecto es prestada pero en mercado tiene un precio aproximado a 200 euros Por lo tanto el coste total del proyecto asciende a unos 210 euros Comparando este coste al precio de los sistemas habituales de captura de movimiento el cual suele rondar entre los 30 mil y los 100 mil euros se puede calificar el coste del sistema Simocap de insignificante Jos Alberto Gandullo vila 118 SIMOCAP yoalberto007 gmail com 11 Bibliograf a Publicaciones Manuel Escribano Cauqui Programaci n de Graficos en 3D RA MA 1995 84 7897 156 4 Parent Rick Ebert David S Computer Animation Complete All in One Morgan Kaufmann Publishers Elsevier 2010 978 0 12 375078 Magnenat Thalmanmn N amp Thalman D Synthetic Actors in Computer Gen
7. ase para el pecho Es el m s simple y consiste nicamente en una superficie plana a la cual se le pone el marcador correspondiente de forma visible y alg n tipo de adhesivo o sistema de sujeci n para colocarlo en el pecho Dispositivo base para el pecho Dispositivo para la cabeza El dispositivo para la cabeza es una especie de casco que usa para su sujeci n una goma el stica La base est fabricada con la tapadera de una caja de zapatos que se dobla en la parte posterior para mejorar el agarre en los bordes de la misma se adhieren los marcadores previamente estos se han pegado a una cartulina o cart n para mejorar su rigidez Dispositivo para la cabeza a l Jos Alberto Gandullo vila 110 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Dispositivo para la cabeza b Dispositivo para la cabeza c Jos Alberto Gandullo vila 111 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Dispositivo para las extremidades o cubo Este dispositivo es algo m s complejo en su fabricaci n pero tambi n su calidad y durabilidad es mayor adem s su dise o hace que sea posible su uso en otras partes del cuerpo y no solo en el brazo antebrazo mano pierna Dispositivo para articulaciones cubo Pasos para la construcci n Se necesitan 2 car tulas cajas de cd normales Se le quita el pl stico negro interior a las car tulas y se qued ndose como la de abajo Desmontar las car tulas Jos Alberto Gandullo vila 112 SIMOCAP
8. e estos proyectos en com n La pagina del proyecto en la forja de Rediris es la siguiente https forja rediris es projects cusl4 simocap RapidSVN para Sistema de control de Revisiones El Sistema de Control de Revisiones Revisi n Control System RCS es una implementaci n de software para el control de versiones que automatiza las tareas de guardar recuperar registrar identificar y mezclar versiones de archivos RCS es til para archivos que son modificados frecuentemente por ejemplo programas inform ticos documentaci n gr ficos de procedimientos monograf as y cartas Jos Alberto Gandullo vila 115 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Gtk RecordMyDesktop Es un programa que nos permite grabar nuestro escritorio en v deo Mediante esta aplicaci n podremos captar im genes de cualquier interacci n con los men s del sistema acciones secundarias as como otros programas que ejecutemos Gimp Es un programa de edici n de im genes digitales en forma de mapa de bits tanto dibujos como fotograf as Es un programa libre y gratuito Est englobado en el proyecto GNU y disponible bajo la Licencia p blica general de GNU Blog http simocap wordpress com Usado para facilitar el seguimiento del avance del proyecto y para compartir los conocimientos adquiridos durante el transcurso del Concurso Universitario de Software Libre La afluencia de visitas al blog est en una media de 10 a 20 visitas diarias Y si en google se
9. erated 3D Films Springer Verlag 1990 0 387 52214 X Otras referencias Cort s J Cambio entre Sistemas de Referencia Cinem tica de la cadena Hombro Codo Mu eca Representaci n mediante ngulos de Euler RPY Departamento de Matem tica Aplicada I Universidad de Sevilla 2008 Kato H amp Billinghurst M Marker Tracking and HMD Calibration for a Video based Augmented Reality Conferencing System Faculty of Information Sciences Hiroshima City University Human Interface Technology Laboratory University of Washington 1999 E Woods P Mason M Billinghurst MagicMouse an Inexpensive 6 Degree of Freedom Mouse Proceedings of Graphite 2003 Hors Fraile S amp Cort s J Cinem tica del Movimiento en Estructuras Articuladas Departamento de Matem tica Aplicada I Universidad de Sevilla 2008 Alonso Sanchez F J Tratamiento de Se ales Cinem ticas y de Masas de Tejido Blando en el nalisis Din mico Inverso de Modelos Biomec nicos Esqueleterales Departamento de Tecnologia Electr nica y Electromec nica Univ de Extremadura 2005 Bleser G Towards Visual Inertial SLAM for Mobile Augmented Reality Vom Fachbereich Informatik der Technischen Universit t Kaiserslautern 2009 Jos Alberto Gandullo vila 119 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Lander J Working with Motion Capture File Formats Game Developer 1998 Gonzalez Morcillo C Jim nez L Moreno Garc a J Aplicaci n de L gica Difusa en Siste
10. mas de Captura de Movimiento Universidad de Castilla La Mancha 2003 Recursos Electr nicos Cinem tica inversa lt http es wikipedia org wiki Cinematica_inversa gt Human Mocaps Xsens lt http www xsens com en company pages company human mocap gt Como crear un Proyecto Libre 2004 lt http www somoslibres org modules php name News zfile article csid 256 gt Artoolkit lt http www hitl washington edu artoolkit gt Gimbal lock lt http en wikipedia org wiki Gimbal_lock gt Euler angles lt http www euclideanspace com maths geometry rotations euler index htm gt List of motion and gesture file formats lt http en wikipedia org wiki List_of motion and gesture file formats gt The Matrix and Quartenion Faq lt http www 3d org matrix_faq gt Biovision BVH lt http www cs wisc edu graphics Courses cs 838 1999 Jeft BVH html gt PFC Alberto Corrales Garc a Jugando con las coordenadas de ArtoolkitPlus lt http pfc albertocorralesgarcia blogspot com 2008 07 jugando con las coordenadas de html gt Jos Alberto Gandullo vila 120 SIMOCAP yoalberto007 gmail com
11. ns base0 10 dev quizas no necesario libxi dev libxmu headers libxmu dev libjpeg62 dev libglib2 0 dev libgtk2 0 dev Montando compilando ARToolKit Ahora se puede montar ARToolKit Abrir un terminal de consola Descomprimir el archivo de ARToolKit en una localizaci n que convenga La ruta de esa localizaci n ser referida a partir de este momento como ARToolKit tar zxvf ARToolKit 2 72 1 tgz Configuraci n y compilado Moverse a la carpeta donde hemos descomprimido ARToolKit y teclear Configure cd ARToolKit Configure Aparecer un men con opciones para el caso de este proyecto seleccionar la opci n 5 Gstreamer Media Framework Jos Alberto Gandullo vila 97 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Una vez terminado el proceso de configuraci n ejecutar el comando make para compilar el c digo make Si el proceso de compilado ha terminado con xito se puede considerar que ARToolKit ya est instalado 9 2 2 Simocap Instalaci n Para instalar Simocap se deben seguir los siguientes pasos Descomprimir el archivo simocap_source zip en la carpeta examples de ARToolKit de forma que se cree la carpeta simocap_source Abrir un terminal de comandos dentro de la carpeta simocap_source y ejecutar el comando make make de este modo el programa estar compilado y listo para ejecutar Uso de la aplicaci n Para la ejecuci n de la aplicaci n debemos tener el v deo con nuestros movimientos y las marcas colocada
12. s correctamente Una vez localizado el v deo abrimos un terminal de consola y nos movemos hasta la carpeta donde se encuentra el ejecutable simocap carpeta simocap_source Tecleamos simocap para ejecutar simocap inmediatamente nos pedir la ruta de localizaci n del v deo a analizar albertoanaru ARToo Kit examples mios simocap_source Mafa Archivo Editar Ver Terminal Ayuda albertofnaru ARToolKit examples mios simocap_source simocap Introduzca la ruta del archivo de video a procesar Ejemplo home videos video MPG sin las comillas s J u gt Ejecuci n de simocap funci n de localizaci n Jos Alberto Gandullo vila 98 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Una vez se teclea la ruta se ofrece un men con varias opciones de captura seg n se quiera capturar los movimientos de unas partes del cuerpo u otras alberto naru JARTooIKit examples mios simocap source Archivo Editar Ver Terminal Ayuda Seleccione entre una de las siguientes opciones 1 Combinado las dos artiWulaciones a la vez 2 Capturar articulaci n del CUELLO movimiento cabeza 3 Capturar articulaci n del HOMBRO movimiento brazo derecho 2 Elegida opcion 2 Ejecuci n de simocap funci n captureOption Al seleccionar una de las opciones empezar el an lisis si no hay error en la ruta lo podremos ver ya que se abrir una ventana en la que se reproduce el v deo Para comenzar la captura del
13. salida Ejemplo salida bvh sin las comillas SALL BVH Ejecuci n de simocap funci n postprocesado Entonces terminar el proceso ya tenemos en nuestra carpeta de simocap o en la ruta que hayamos indicado con el nombre de nuestro archivo bvh de salida ahora lo podemos reproducir normalmente con qavimator o cualquier otro programa para este fin El c digo fuente de SIMOCAP se puede encontrar en el CD ROM adjunto a esta memoria Jos Alberto Gandullo vila 100 SIMOCAP yoalberto007 gmail com 9 2 3 Otros Para la visualizaci n de los archivos de salida que produce la aplicaci n Simocap ser necesario instalar software que provea este servicio Ejemplos de software que usa archivos en formato BVH e Lightwave 3D e 3ds Max e Blender e Cobalt e Daz Studio Esenthel Engine e Lifeforms e Maya e Poser e Seamless3d Free open source modeller e Second Life e Avimator y su Qt port Qavimator e Maxon Cinema 4d e formZ e Milkshape 3D e Papervision 3D Para la realizaci n de pruebas y visualizaci n de los archivos BVH de salida durante el desarrollo de Simocap se us la aplicaci n Qavimator por su sencillez y por ser software libre Para la instalaci n de sta u otras aplicaciones de la lista anterior consultar sus respectivas webs Jos Alberto Gandullo vila 101 SIMOCAP yoalberto007 gmail com 9 3 Construcci n de dispositivos de seguimiento Marcadores para impresi n A continuaci n se mue
14. stran los patrones que habr a que imprimir para colocarlos en los dispositivos de seguimiento indicados Al imprimirlos conviene dejar espacio en blanco suficiente alrededor de la cuadricula negra exterior para que los algoritmos de visi n por computador capten el el contraste por ello en este documento se ha colocado un patr n en cada p gina y as poder obtener los marcadores desde este documento directamente Marcador base para el dispositivo del pecho Jos Alberto Gandullo vila 102 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Marcador frontal para el dispositivo de la cabeza Jos Alberto Gandullo vila 103 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Marcador lateral izquierdo para el dispositivo de la cabeza Jos Alberto Gandullo vila 104 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Marcador lateral derecho para el dispositivo de la cabeza Jos Alberto Gandullo vila 105 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Marcador frontal para el dispositivo del brazo Jos Alberto Gandullo vila 106 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Marcador inferior para el dispositivo del brazo Jos Alberto Gandullo vila 107 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Marcador superior para el dispositivo del brazo Jos Alberto Gandullo vila 108 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Marcador posterior para el dispositivo del brazo Jos Alberto Gandullo vila 109 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Construcci n de los dispositivos Dispositivo b
15. yoalberto007 gmail com Se colocan las car tulas en posici n y se aplica pegamento en las esquinas tanto en las de contacto como en las de los ejes de rotaci n Aplicar pegamento para fijar la estructura Se deja secar obteniendo el siguiente resultado Estructura del dispositivo Jos Alberto Gandullo vila 113 SIMOCAP yoalberto007 gmail com Ahora se imprimen los patrones correspondientes y se colocan en las caras adecuadas Estructura del dispositivo con marcadores adheridos Para finalizar se le introduce un trozo de poliespan para que se ajuste al brazo o extremidad correspondiente A adir poliespan para mejorar la sujeci n Y ya tenemos nuestro dispositivo para el brazo Jos Alberto Gandullo vila 114 SIMOCAP yoalberto007 gmail com 10 Apendice 10 1 Herramientas usadas para el desarrollo del proyecto Durante el desarrollo de este proyecto se ha procurado que todo el software implicado fuera software libre Esto se debe a motivaciones principalmente ticas entendi ndose que el software es conocimiento y debe poderse difundir sin trabas Su ocultaci n es una actitud antisocial y la posibilidad de modificar programas es una forma de libertad de expresi n siempre protegiendo el derecho del autor ha ser reconocido como tal Sin m s a continuaci n se hace una descripci n de las herramientas usadas Ubuntu 9 04 Sistema operativo distribuci n de Linux orientada a escritorio basada en Debian GNU
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