« Capture de mouvement » : différence entre les versions

[[Fichier:MotionCapture.jpg|thumb|Un danseur portant une combinaison avec des marqueurs passifs réfléchissants, lors d'une captationcapture optique de mouvement.]]

Les lointaines origines de cette technique peuvent être retrouvées chez [[Étienne-Jules Marey]] sous le nom de chronophotographie<ref>{{article|prénom1 = Étienne-Jules | nom1 = Marey | année= 1891| journal = Revue générale des sciences pures et appliquées|titre = La Chronophotographie : nouvelle méthode pour analyser le mouvement dans les sciences physiques et naturelles | numéro = 2| pages = 689-719 | url = http://www.biusante.parisdescartes.fr/histmed/medica/cote?marey207 | format = PDF}}.</ref> qu'il a initialement développée dans un cadre médical pour analyser ce qu'il appelle poétiquement la ''machine animale''<ref>{{Ouvrage |langue=fr |prénom1=Marie-France |nom1=Briselance |lien auteur1=Marie-France Briselance |prénom2=Jean-Claude |nom2=Morin |titre=Grammaire du cinéma |éditeur=[[Nouveau Monde (éditions)|Nouveau Monde]] |lieu=Paris |année=2010 |pages totales=588 |passage=14 |isbn=978-2-84736-458-3}}.</ref>, mais surtout ce sont ses dispositifs pneumatiques qui anticipent sur la captationcapture de mouvement. En effet, il fixe sur des chaussures préparées spécialement à cet effet qu’il appelle des « chaussures exploratrices », des tuyaux qui conduisent la pression exercée sur ces dispositifs jusqu’à un enregistreur à stylet et noir de fumée, porté parfois, lorsque le sujet est en mouvement, directement par lui<ref>{{Ouvrage |auteur1=Étienne-Jules Marey |titre=La Machine animale |sous-titre=Locomotion terrestre et aérienne |éditeur=Germer Baillière |année=1873 |pages totales=299 |passage=116 à 129 |isbn=0-543-94599-5 |numéro chapitre=II |titre chapitre=Locomotion terrestre (bipèdes) |partie=Livre deuxième }}.</ref>. L'enregistreur détermine ainsi, et enregistre les directions et intensités des mouvements exécutés. <br/> Le clavier et la souris sont les premiers périphériques de captationcapture de mouvement, mais les premiers systèmes sophistiqués ont été développés dans les années 1980 pour l'armée (capteurs pour simulateurs d'aviation), puis pour des analyses physiologiques médicales, scientifiques ou sportives (orthopédie, traumatologie, rééducation, et, plus généralement, biomécanique). Elle est depuis 1990 employée pour produire des films en images de synthèse (TotalRecall), des effets spéciaux pour la télévision, ou des performances artistiques en théâtre ou en danse.Le premier comédien virtuel animé par cette technique date de 1993.

Depuis le début des années 2000 s'est développée une technique plus complexe, la captationcapture de jeu (''performance capture'') qui saisit de manière synchronisée les mouvements du corps, les expressions du visage (''{{Lien|facial motion capture}}'' en anglais) et les mouvements des doigts. Auparavant, ces saisies étaient réalisées séparément.

On distingue quatre grands types de technologies pour la captationcapture de mouvement : optiques, mécaniques, magnétiques et gyroscopiques.

[[Fichier:Gait laboratory.jpg|thumb|Une salle d'enregistrement dédiée à la captationcapture de mouvement, équipée de plateformes sensibles aux pressions et de caméras infrarouge.]]

[[Fichier:Motion capture facial.jpg|thumb|Plusieurs marqueurs positionnés sur le visage d'un acteur durant une séance de captationcapture optique de mouvement facial.]]

Tous les systèmes de captationcapture de mouvement du corps humain sont constitués d'un dispositif matériel (capteurs, caméras USB ou réseau de caméras ethernet) relié à une application serveur dont le rôle est d'extraire les données brutes matérielles pour les traiter (filtrage, calculs géométriques et d'interpolation) puis les stocker ou les transmettre en temps réel à une application cliente universelle de visualisation, généralement MotionBuilder. Ce logiciel (développé à l'origine par la société Kaydara, rachetée aux environs de 2008 par Autodesk) est devenu un standard industriel puisqu'il interface via plugin la quasi-totalité des systèmes professionnels, et que son format FBX (pour FilmBoX, nom originel du logiciel) a été imposé comme standard d'échange et d'animation entre 3dsMax, Maya et XSI.

=== captationCapture optique ===

Dans la plupart des systèmes, on pose des marqueurs sur l'acteur à des endroits du corps caractéristiques, généralement près des articulations, et ce sont des images noires et blanches (2 bits) de ces points qui sont captées, et non les images du corps de l'acteur. Les caméras émettent un rayonnement infrarouge, réfléchi par les marqueurs dont la surface est composée d'une matière réfléchissante, puis renvoyé à ces mêmes caméras. Celles-ci ne sont sensibles qu'à un type de longueur d'onde et affichent les marqueurs sous forme de points blancs (ou en niveau de gris pour les caméras plus récentes). Puis, à partir du traitement d'image d'un minimum de 2 caméras, les positions dans le repère spatial des marqueurs sont déduites par triangulation. Le logiciel doit aussi traquer les marqueurs, c'est-à-dire : les inscrire dans une liste de suivi d'identification à partir de la T-pose (position en T initiale de l'acteur) ; gérer les occlusions (quand un membre, ou un autre acteur dans le cas de systèmes à acteurs multiples, vient cacher un marqueur à la vue d'une ou plusieurs caméras) ; enfin gérer le swapping (problème de la confusion ou de l'échange accidentel dans l'identification de deux marqueurs, par exemple deux mains qui passent près l'une de l'autre). Vient ensuite la phase de reconnaissance des corps rigides (''rigid body'') : au moment de l'initialisation de la session de captationcapture par le technicien en charge, celui-ci a réalisé manuellement des groupes de 2 à 4 marqueurs, fixes les uns par rapport aux autres (par exemple, autour du haut du crâne) et qui servent à calculer la rotation d'un membre (en effet, un marqueur en lui-même étant un point, celui-ci ne contient pas d'information de rotation). De trente (pour des systèmes bas de gamme) à deux cent cinquante fois par seconde, cette séquence de traitement est appliquée à un squelette virtuel, c'est-à-dire une hiérarchie d'os dont les positions et rotations sont contrôlés par les corps rigides associés. L'instantané de ce squelette est stocké dans un fichier, soit au format « propriétaire » du système, soit au format du standard industriel BVH (de la société Biovision) ; ou bien envoyé en temps réel via un canal de communication du type TCP/IP au logiciel MotionBuilder. Ce logiciel contient un moteur de rendu 3D temps réel au format OpenGL, capable de déformer un modèle 3D de personnage en associant le squelette de celui-ci aux informations du squelette capté. Le réalisme du mouvement dépend de multiples facteurs : qualité du marker set (nombres de marqueurs et de bones utilisés), vitesse d'échantillonnage (des mouvements rapides de l'acteur génèrent des images floues, et donc des positions de marqueurs moins précises), performance des filtres logiciels permettant de réduire le bruit, etc.

La technologie sans marqueurs utilise le concept de 'depthmap', une surface à niveaux reconstruite suivant divers procédés optiques, qui n'est pas à proprement parler un modèle 3D classique (fait de sommets, d'arêtes et de polygones) mais de ''Voxel voxels'', objets hybrides entre le pixel et le vecteur, sorte de nuage de cubes de couleur positionnés dans l'espace. Appliquée au corps, on utilise ce volume approximatif pour en extraire une configuration du squelette virtuel. Appliquée à la captationcapture faciale, on la compare à une liste d'expressions d'un modèle 3D de visage (morph target pour 3dsMax ou blend shape pour Maya).

# La société Dynamixyz propose un système de captationcapture faciale sans marqueurs.

La [[Kinect]] est un dispositif de captationcapture dont la technologie sophistiquée est utilisée pour des applications ludiques grand public. Une trame de lumière infrarouge est projetée sur les objets, image que le capteur va traiter pour en reconstituer la profondeur (plus un point infrarouge est gros, plus il est près). À la différence des systèmes optiques traditionnels avec marqueurs, cette technique permet de n'utiliser qu'une seule caméra. Conçue à l'origine pour la Xbox, ce périphérique a très vite été détourné pour fonctionner sur PC, puis officiellement par Microsoft avec Kinect for Windows.

# La société ''DEM'' sas commercialise une solution de captationcapture Kinect interfaçée avec son logiciel ''MATVISIO'' qui permet de prévenir et réduire les risques de troubles Musculo-squelettiques.

# La société Reallusion commercialise une solution de captationcapture Kinect pour son logiciel d'animation grand public IClone.

# La société Kinemocap commercialise une solution de captationcapture Kinect interfaçée avec le logiciel XSI d'Autodesk.

La société OrganicMotion commercialise un dispositif de captationcapture sans marqueurs professionnel de haute qualité utilisant un réseau d'une vingtaine de caméras vidéo rapides. Système temps réel, avec affichage des acteurs en ''Voxel voxels''.

Avec ce type de technologie, la captationcapture optique est basée sur la prise de vue synchronisée de trois cellules photosensibles sur une même unité de mesure. La synthèse des coordonnées (x,y,z) se fait donc immédiatement en temps réel par une seule et même unité dont chaque cellule voit l'objet sous différents angles permettant d'en déduire ses coordonnées (x,y,z).

Cette méthode bien que moins sensible, prend en compte les problèmes optiques complexes comme la [[parallaxe]], mais n'utilise pas de lentilles contrairement aux caméras. Le signal émis par des marqueurs actifs (micro-DEL) est filtré à travers une paroi traitée à cet effet et plate (pas de problème de distorsion d'image) et capté directement par les cellules photosensibles en même temps. Aucun calibrage n'est nécessaire, puisque les trois cellules du système sont fixées d'origine dans une structure rigide puis précalibrées à l'aide d'une batterie de tests dynamiques d'une redoutable précision après assemblage. Cette technique et les précautions qui entourent la mise en service de ces unités de mesure permettent le calcul des coordonnées 3D de chaque émetteur actif ou marqueur actif dans le volume de captationcapture avec une très grande précision.

=== CaptationCapture mécanique ===

La captationcapture mécanique fonctionne grâce à un [[exosquelette]] construit autour de l'élément à capter, et dont chaque articulation est couplée à un codeur angulaire. La valeur de rotation du codeur est enregistrée par un calculateur. En connaissant la position relative de chaque codeur, un logiciel est capable de reconstituer le mouvement complexe d'un squelette constitué en général de plusieurs articulations. On applique également un décalage pour chaque codeur, car il n'est souvent pas possible de faire coïncider exactement la position du codeur avec celle de l'articulation réelle (surtout dans le cadre d'une captationcapture d'un mouvement d'humain).

Si cette technique offre une grande précision et une grande rapidité, elle est cependant limitée par les contraintes mécaniques inhérentes à la mise en place des codeurs et de l'exosquelette. En effet, la liberté de mouvement n'est pas aussi importante qu'avec des systèmes de captationcapture optique à boules réfléchissantes. De plus, ces exosquelettes utilisent souvent des connexions filaires qui relient les codeurs au calculateur. La précision de la reproduction d'un mouvement est de plus conditionnée par celle de la modélisation du squelette, qui résulte directement de la mesure des positions relatives entre chaque codeur.

Il faut d'autre part adapter la taille de l'exosquelette à chaque morphologie. Enfin, un exosquelette pèse en général plus lourd que des boules réfléchissantes. La captationcapture mécanique ne permet de reproduire que des mouvements relatifs entre codeurs, mais ne permet pas de positionner le squelette dans un univers de manière absolue. Il faut utiliser des méthodes de triangulation optique pour placer précisément l'animation dans un univers.

Il faut autant d'exosquelettes de captation que de personnages à animer, et il est peu aisé de captercapturer les interactions entre plusieurs personnages, ou d'un personnage avec des objets.

Les avantages de la captationcapture mécanique sont la précision de la mesure (un codeur optique peut comporter plusieurs centaines de milliers de traits par tour), la rapidité du fait de la connexion filaire, et l'insensibilité aux facteurs extérieurs. Elle est cependant peu adaptée à la captationcapture du mouvement humain.

=== CaptationCapture magnétique ===

La captationcapture magnétique repose sur la création d'un champ électromagnétique en un point réel, qui aura pour coordonnées (0,0,0) en x, y et z dans sa représentation virtuelle, et que l'on nomme « antenne », ainsi que sur l'introduction de « capteurs » dans ce champ électromagnétique.

=== CaptationCapture par centrales inertielles ===

La captationcapture par centrales inertielles ou gyroscopiques permet l'acquisition de l'attitude du corps humain en temps réel, par rotation de ses membres, en supprimant les contraintes imposées par les technologies optiques (occlusion et swapping). En effet, ces capteurs continuent à fonctionner même cachés par d'autres acteurs, habits ou accessoires. Par contre, ceux-ci n'enregistrent pas leur position, qui doivent être réalisées avec d'autres capteurs ou par keyframing (un cycle de marche captécapturé fera donc du sur-place). Systèmes légers et portables, câblés ou sans-fil, ils peuvent cependant perdre de la précision sur de longues captationscaptures (accumulation d'erreurs).

== ''Facial motion capture'' et captationcapture de jeu ==

La ''facial motion capture''<ref name="Nofrench">Appellation anglo-saxonne en l'absence actuelle de termes français officiels.</ref>, également appelée ''face tracking'' (litt. « captationcapture d'expressions faciales ») est une évolution de la captationcapture de mouvement. Elle s'inscrit dans une technique plus générale appelée « captationcapture de jeu » (''performance capture''), qui a été développée par le réalisateur [[Robert Zemeckis]] (dont le film ''[[Le Pôle express]] ''sera le premier à être tourné intégralement selon ce procédé). Cette technique permet de prendre en compte, en plus des mouvements corporels généraux, des mouvements plus subtils comme les expressions faciales ou les mouvements des mains.

Mais ce qui différencie surtout la captationcapture de jeu de la captationcapture de mouvement, c'est que, plus qu'une amélioration technique, il s'agit avant tout d'une méthodologie de travail. L'acteur est en effet placé au cœur de ce procédé qui l'autorise à jouer sans aucune contrainte technique (emplacement, décors, éclairage...). Ce n'est qu'ensuite, et en fonction de la performance ainsi enregistrée, que les différentes étapes de fabrication du film seront exécutées, permettant d'effectuer le montage, de régler les mouvements de caméra ou le cadrage, d'ajuster l'éclairage, de choisir les décors, sans ordre préétabli et sans contrainte. Le réalisateur est ainsi libre de tester une infinité de configurations avant d'opter pour celle qu'il décidera d'inclure dans son film, chose impossible lors d'un tournage classique.

{{Catégorie principale|Film tourné en captationcapture de mouvement}}

=== Films intégralement tournés en captationcapture de jeu ===

*'' [[Renaissance (film)|Renaissance]]'' (2006) (film tourné en captationcapture de mouvement, mais avec une méthodologie de travail identique à la captationcapture de jeu<ref>[http://vimeo.com/12697416 ''Making of'' de ''Renaissance''] sur ''vimeo.com''.</ref>)

=== [[Films]] utilisant partiellement la captationcapture de jeu ===

{{Autres projets|commons=Category:Motion capture|wiktionary=captationcapture de mouvement}}

* [[Biovision Hierarchy]], un format de fichier de captationcapture de mouvement,

* [[Bill l'extraterrestre]], coprésentateur virtuel de télévision animé par captationcapture de mouvement.