Artigo coloquio 2013

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Animation with Motion Capture: Applications, Development and Distribution of a Real-Time System and Open Source.

Animação com Captura de Movimento: Aplicações, Desenvolvimento e Distribuição de um Sistema em Tempo Real e de Código Aberto.

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Artigo coloquio 2013

  1. 1. ANIMAÇÃO COM CAPTURA DE MOVIMENTO: APLICAÇÕES, DESENVOLVIMENTO E DISTRIBUIÇÃO DE UM SISTEMA EM TEMPO REAL E DE CÓDIGO ABERTO Coordenador da pesquisa: João Victor Boechat Gomide (professor, jvictor@fumec.br) Membros da equipe: Marcelo Tannure (professor, mtannure@fumec.br) Hudson Ludgero Ribeiro (professor, hudson.ribeiro@fumec.br) Raoni Aldrich Dorim (professor, raoni.dorim@fumec.br) Rafael Miranda Guimarães (bolsista de mestrado, garfanha@gmail.com) Bruno Pereira Lima (aluno-bolsista, limapb@hotmail.com) Camila Maria Piastrelli Bolina (aluna-bolsista, camilapiastrelli@gmail.com) Glauber Ferreira da Silva (aluno-bolsista, gal_guit2@hotmail.com) Renê Silva Ferreira (aluno-bolsista, rene123@gmail.com) Thales Piassi Nunes (aluno-bolsista, thales.piassi.nunes@gmail.com) Financiamento e apoio Fapemig, edital universal, processo n. APQ-02239-10; CNPq, editais universais 2010 e 2012, processos números 477168/2010-8 e 483267/2012-0; Fundo Estadual de Cultura, projeto 125/01/2010/FEC; ProPIC/FUMEC, edital 2012; Faculdade de Ciências Empresariais da Universidade FUMEC (FACE/FUMEC). Resumo Este artigo relata os trabalhos desenvolvidos dentro da proposta aprovada pelo ProPIC/FUMEC para o período agosto/2012 a julho/2013. A proposta dá continuidade ao projeto de desenvolvimento e divulgação da técnica de captura de movimento para animação de personagens. Com esse objetivo, foi lançado o portal da web sobre animação e realidade aumentada com a captura de movimento. Esse portal busca atrair colaboradores para ajudarem no aprimoramento do software de código aberto desenvolvido no projeto, e para disseminar o debate e o uso da técnica. Um curta metragem e quatro jogos digitais foram desenvolvidos durante a vigência do projeto do ProPIC, gerando expertise para os alunos e professores envolvidos nos trabalhos. Palavras-chave Animação de personagens. Captura de movimento. Jogos Digitais. Realidade aumentada.
  2. 2. 1. Introdução Esta proposta está dentro do contexto de um projeto maior, de desenvolvimento e divulgação da captura de movimento para animação de personagens e a realidade aumentada. A captura de movimento é raramente utilizada em produções que envolvem animação no nosso país. Apenas a TV Globo, que não utiliza seu equipamento desde 2002, e a produtora RPM disponibilizam dessa técnica hoje no Brasil. A TV Globo vai voltar a utilizar a captura de movimento em aplicações que envolvem animação e realidade aumentada em partidas de futebol, para a Copa do Mundo de 2014. A RPM se autodenomina o único bureau da América Latina a fornecer dados de captura de movimento para animar personagens. Esse cenário deve mudar com novas soluções de baixo custo, principalmente com a utilização do sensor Kinect, da Microsoft. No entanto, essas soluções existem desde o final de 2010 e não impactaram na produção nacional. Praticamente todos os jogos digitais de sucesso utilizam essa tecnologia para animar personagens. Filmes como Avatar (2009), As Aventuras de Tintin (2011) e Hobbit (2012) são exemplos recentes dentre inúmeras produções que empregam a técnica intensamente. Esse projeto permitiu adquirir expertise na tecnologia, desenvolver uma solução própria, de código aberto e de forma colaborativa, aplicar a captura de movimento em produções de curtas metragens e jogos digitais e formar pessoas qualificadas na área. A solução que foi desenvolvida desde 2008, o OpenMoCap, atualmente realiza todo o fluxo de trabalho e é usado em estudos acadêmicos. Dentro desta proposta do ProPIC, foi lançado um portal da web sobre captura de movimento, onde se busca a contribuição de outros desenvolvedores para aprimorar o sistema. O objetivo final é permitir que qualquer pessoa baixe o programa, acople suas câmeras ao computador e faça a captura de movimento onde estiver. Os objetivos principais dessa proposta foram alcançados. O portal da web foi lançado em julho de 2013 no endereço oficial www.openmocap.org. A adaptação do software para operar com o sensor Kinect está em curso, o que deve torna-lo mais versátil. A aquisição de um novo sistema de captura de movimento comercial com 12 câmeras de alta definição, com verbas da Fapemig e da Faculdade de Ciências Empresariais da Universidade FUMEC (FACE/FUMEC), viabilizou a realização de um curta metragem de animação e de quatro jogos digitais desenvolvidos por alunos, com apoio dos professores.
  3. 3. O projeto completo, com todas as suas etapas, foi um dos três finalistas do Prêmio Santander Ciência e Inovação de 2012, na modalidade Tecnologia da Informação, Comunicação e Educação. 2. Objetivos Os objetivos principais dessa proposta eram: • Disponibilizar o código fonte e o software OpenMoCap para download, para atrair colaborações para o dar continuidade ao desenvolvimento do sistema de captura de movimento para a animação de personagens. • Desenvolver produtos audiovisuais animando com a técnica da captura de movimento. Para isso, as seguintes etapas deveriam ser concluídas, a partir do que já tinha sido feito: 2.1. Disponibilização do software para download no portal para animação e realidade aumentada com a captura de movimento no endereço oficial www.openmocap.org. Atualmente o portal se encontra em http://code.google.com/p/openmocap/. 2.2. Aprimoramento da interface do software. 2.3. Otimização do algoritmo de rastreamento de pontos. 3.4. Melhoria na velocidade dos processos nas diversas etapas: 2.4.1. Testar e implementar modificações no hardware das câmeras para que elas forneçam diretamente os dados da posição dos marcadores. 2.4.2. Testar e implementar o processamento paralelo do sinal com vários computadores em rede. 2.5. Realizar três projetos de animação, com o Grupo Teatral Galpão, com o Grupo de Marionetes Giramundo e em um programa de extensão para o desenvolvimento do jogo digital. Todas as etapas foram cumpridas. As etapas 2.4 e 5.5 tiveram algumas alterações, para que a proposta se adaptasse a novas condições, mas o resultado final é totalmente equivalente ao que foi proposto inicialmente, como veremos nas próximas seções.
  4. 4. 3. Metodologia O sistema de código aberto está sendo desenvolvido seguindo as melhores práticas para desenvolvimento e engenharia de software. O código está sendo escrito com a linguagem C++, utilizando a biblioteca OpenCV, para o tratamento do sinal, e a biblioteca QT para a construção da interface gráfica. O código-fonte pode ser acessado em http://code.google.com/p/openmocap/ e em www.openmoca.org. A opção por desenvolver o programa em código aberto possibilita intervenções e colaborações de programadores do mundo inteiro para contribuir com melhorias para o software, além de fornecer o aplicativo gratuitamente. Este é o mesmo modelo trilhado pelo sistema operacional Linux e pelo programa de modelagem Blender. O código aberto expande as possibilidades de aplicações para o público em geral, além de minimizar o custo de produção. O programa fornece ferramentas gratuitas para usuários e artistas e deverá gerar novas discussões e demandas para a técnica. Os ajustes e melhorias do sistema de captura serão realizados à medida que surgirem novas necessidades e houver contribuições de desenvolvedores conectados pela internet, em qualquer lugar do mundo. O software OpenMoCap é autônomo, ou seja, ele inclui todos os componentes para processar o sinal, e a sua arquitetura é flexível e extensível, pois é possível modificar e adicionar módulos específicos para adaptar o fluxo de trabalho às diversas aplicações. Dessa maneira, extensões que permitam fazer captura de movimento sem marcadores ou ampliar as suas aplicações podem ser facilmente implementadas, utilizando os módulos já existentes. No presente momento, o OpenMoCap faz a captura óptica em todas as suas etapas, com diversas câmeras, e os dados são gerados no formato adequado para os softwares de modelagem 3D. Com a sua distribuição no portal da web, se pode avançar a tecnologia para que um dia qualquer usuário possa acoplar as suas câmeras ao computador e fazer a captura de movimento para suas produções, seja onde estiver. O software utiliza a interface DirectShow para receber os dados das câmeras. Esta é a interface mais utilizada por câmeras e filmadoras. O portal da web se estrutura nos temas relacionados à animação e à realidade aumentada utilizando a captura digital de movimento [GOMIDE et al 2011]. No portal está disponibilizado o software e o código do OpenMoCap. Ele também está disponível para download e para acesso ao código-fonte no endereço http://code.google.com/p/openmocap/. O portal também fomenta discussões sobre as suas aplicações em animação de personagens e na realidade aumentada. Em suas
  5. 5. diversas seções, se pode entrar em fóruns de discussão e existe uma galeria de trabalhos realizados com o software e com a técnica da captura de movimento, permitindo o aprimoramento das produções culturais realizadas com a captura de movimento. Uma das seções do portal é voltada para desenvolvedores, na busca de obter novas contribuições para tornar o software uma solução competitiva, diante da imensa carência para produtos desse tipo, ainda mais sendo ele de código aberto e gratuito. O portal também conta com uma página para a oferta de serviços e trabalhos na área de produção cultural relacionada à captura de movimento. No imagem 1 está representado o mapa do site e a navegabilidade entre as diversas seções. Página  Principal   Apresentação  do   Projeto  OpenMoCap   e  do  portal  sobre  a   arte  da  animação  e  a   captura  de  movimento   Artigos   educativos   e  novidades   sobre  o   tema   Galeria  de   vídeos  e   projetos   Fóruns  e   chats  de   discussão     Fale  conosco   Ofertas  de   trabalhos  e   serviços  para   projetos   Desenvolvimen to  e   treinamento   Imagem 1: diagrama da estrutura do portal. Os produtos audiovisuais estão sendo desenvolvidos utilizando o software Motive e doze câmeras Flex13, com resolução de HDTV. Os personagens podem ser criados em diversos programas de modelagem 3D, como o Blender e o Maya. Esses programas possuem plug-ins, que recebem os dados gerados no processo de captura de movimento, e os aplicam em pontos pré-determinados, equivalentes às posições dos marcadores no ator. Nesse projeto, um arquivo de saída do software de captura é gerado no formato BVH, que é convertido pelo software de modelagem 3D em coordenadas espaciais das articulações do personagem virtual [BAERLE 2000, PARENT 2002].
  6. 6. 4. Resultados O portal da web foi desenvolvido dentro dessa proposta e está no ar desde julho de 2013 no seu endereço oficial, www.openmocap.org. O público-alvo para o qual o conteúdo do portal é dedicado compreende todos os indivíduos no mundo que se interessam e/ou estão envolvidos com a arte da animação e a captura de movimento e suas aplicações no cinema, na televisão, nas novas mídias, em jogos digitais e na realidade aumentada. Esse público envolve animadores, artistas gráficos, produtores culturais, roteiristas, desenvolvedores de softwares, estudantes e interessados nesses temas. A interface do software foi melhorada, com a atualização das bibliotecas OpenCV [WILLOW GARAGE 2013] e Qt [QT 2013]. A otimização dos filtros para rastreamento de pontos foi testada em [QUEIROZ et al 2012]. A melhoria dos processos de aquisição de dados está sendo implementada. Está sendo feita a interface do OpenMoCap com o ambiente de desenvolvimento do sensor Kinect, da Microsoft. Com isso, espera-se ampliar a utilização do software e do sensor para fazer captura de movimento sem marcadores, gerando o esqueleto e os dados das articulações com o OpenMoCap, utilizando o módulo do software específico para isso [GOMIDE 2011]. Esta é uma mudança que foi introduzida recentemente, diante da melhoria da interface do Kinect e da disponibilização do ambiente de desenvolvimento do sensor pela [MICROSOFT 2013]. Os projetos de animação que estão em fase de finalização envolvem a realização de um curta metragem e de quatro jogos digitais. Os jogos digitais foram criados pelos alunos, com apoio dos professores do curso de Jogos Digitais da Universidade FUMEC. Os alunos desenvolveram o Game Design Document (GDD) de cada jogo, em três equipes distintas, documento que contém o roteiro, os conceitos artísticos dos personagens e cenários, os mundos e níveis do jogo e a sua mecânica, com sistemas de pontuação e regras. A partir do GDD, planejaram o desenvolvimento e prepararam o cronograma de produção. Foram então modelados todos os cenários e personagens e preparada a programação dos jogos, com o motor (engine) [UNITY 2013]. As seções de captura de movimento foram planejadas e realizadas pelos alunos. Atualmente, um dos jogos obteve a permissão da Lei Rouanet [MINC 2013] para captar recursos através da renúncia fiscal. A captação de recursos está em andamento e um nível do jogo já foi concluído. Um segundo jogo tem previsão de conclusão em novembro de 2013 e o terceiro deve ser lançado em junho de 2014. O
  7. 7. quarto jogo fez as seções de captura de movimento em setembro e tem previsão de conclusão em junho de 2014. O curta metragem de animação está sendo realizado em colaboração com o Grupo Teatral Galpão e com apoio financeiro do Fundo Estadual de Cultura da Secretaria de Cultura de Minas Gerais. É um roteiro adaptado pelo diretor do Galpão Eduardo Moreira. O curta A Primeira Perda da Minha Vida é sobre a história do encontro do escritor Franz Kafka com uma menina que tinha perdido a sua boneca. A história se passa em Berlim poucos meses antes da morte do escritor. O curta metragem está em fase de finalização, com todos os personagens e cenários prontos e as seções de captura de movimento já feitas com os atores do Galpão. Na imagem 2 está o personagem principal, na imagem 3, um dos personagens secundários, que é um boneco de Olinda, e, na imagem 4, um dos cenários.       Imagem 2: o escritor em frente ao cenário do parque em Berlim, o Jardim Botânico
  8. 8.     Imagem 3: pré-visualização do bonecão de Olinda em frente ao cenário da cidade       Imagem 4: sala de aula 5. Conclusão O projeto cumpriu seus objetivos e realizou os trabalhos propostos. Essa proposta tem permitido formar pessoal qualificado em computação gráfica e na captura de movimento, por
  9. 9. meio da participação em projetos de nível profissional e das aulas do curso de Jogos Digitais da Universidade FUMEC. A atualização do Laboratório de Captura de Movimento da FACE/FUMEC permite que os trabalhos ali desenvolvidos elevem a sua qualidade e forneça o que há de melhor na área. Esse laboratório não teria sido viabilizado se não fosse os aportes financeiros dotados pela entidades listadas no item Financiamento e Apoio. As perspectivas de continuidade do trabalho são promissoras com o portal da web, o laboratório e a participação colaborativa de toda a equipe envolvida nesse projeto. Agradecimentos A equipe agradece ao CNPq, à FAPEMIG, à Secretaria de Cultura do Estado de Minas Gerais, ao ProPIC/FUMEC e à FACE/FUMEC pelo apoio financeiro para a realização do projeto.
  10. 10. Referências bibliográficas BAERLE, S. V. and THINGVOLD, (2000) J. Motion capture file format review. disponível através de acesso ao link http://www.gdconf.com/archives/2000/vanbaerle.doc, acessado em 19/09/2013. GOMIDE, J.V.B, FLAM, D.L., e ARAÚJO, A. de A. (2011) Recent improvements to OpenMoCap and its release to download and to development as free open source software. Artigo convidado da II International Conference Cinema Art, Technology, Communication, Avanca - Portugal. Edições Cine Clube de Avanca, pg. 1317 a 1324. MICROSOFT (2013). Ambiente de desenvolvimento do Kinect em http://www.microsoft.com/enus/kinectforwindows/develop/, acessado em 19/09/2013. MINC (2013). Página do portal do Ministério da Cultura sobre a Lei Rouanet em http://www2.cultura.gov.br/site/?cat=440, acessado em 19/09/2013. PARENT, R. (2002) Computer animation: algorithms and techniques. San Francisco: Morgan Kaufmann. QUEIROZ, D.P., GOMIDE, J.V.B., ARAÚJO A. de A. (2012) Evaluation of Real Time Tracking Methods for an Open Source Motion Capture System, Workshop of Thesis and Dissertations, XXV SIBGRAPI, Conference on Graphics, Patterns and Images, Ouro Preto, 2012. QT (2013). Portal de desenvolvimento da biblioteca Qt, em http://qt.digia.com, acessado em 19/09/2013. UNITY (2013). Portal do motor de jogos (game engine) Unity em http://unity3d.com, acessado em 19/09/2013. WILLOW GARAGE, (2013). OpenCV - Wiki. Documento http://pr.willowgarage.com/wiki/OpenCV, acessado em 19/09/2013. eletrônico disponível em

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