모션 캡처 시스템에서 동적 객체 추적 정확도 측정

다양한 모션 캡처 시스템 평가가 광범위하게 수행되어 다양한 결과가 도출되었습니다. 이러한 연구는 특정 사용 사례에 유용하고 관련성 있는 결과를 산출하지만, 자주 다른 것을 측정하고 방법이나 용어가 여러 중요한 면에서 크게 다릅니다.

광학 모션 캡처 시스템의 본질상 변수 범위가 커서 정확도에 대한 질문에 답하기가 복잡하며, 시스템 성능에서 가장 중요한 요소 중 일부는 직관적이지 않습니다. 데이터 품질에 영향을 미치는 조건에는 공간 크기, 물체 형상과 속도, 움직임의 성격, 주변 조건 변화뿐만 아니라 시스템 자체 특성(카메라 수, 해상도, 품질; 마커 품질과 크기; 카메라 캘리브레이션 프로세스; 카메라 데이터에서 강체 객체 자세를 계산하는 알고리즘)도 포함됩니다.

완전히 통제된 환경에서도 물체 움직임이 측정에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 테스트 물체의 길이를 지속적으로 관찰할 수 있습니다. 물체가 정지해 있는지 움직이는지에 따라 매우 유의미한 차이를 관찰할 수 있습니다. 이는 비교가 가능하기 전에 변수의 일관성과 통제가 얼마나 중요한지 보여줍니다.

용어는 종종 다른 맥락에서 다른 의미를 가지며, '정확도(accuracy)'와 '정밀도(precision)' 같은 용어가 매우 다른 의미를 갖습니다. 또한 이들은 종종 케이스별로 다릅니다: 예를 들어 '정확도'라는 용어의 의미는 생체역학, 로봇공학, 시각 효과 연구에서 다르게 이해될 수 있습니다.

이 작업의 일환으로, 엔지니어들이 기대할 수 있는 성능 수준을 이해하는 데 도움이 되는 유익한 정보를 제공하고자 했습니다. 이는 가장 자주 이 주제를 묻는 대상에게 적절하고, 쉽게 설명 가능하며, 다양한 용도에서 합리적인 결과를 산출하는 방법을 요구했습니다.

또한 내부 개발 중 및 외부에서 대화를 시작하고, 미래 개발과 개선이 그 맥락에서 전달될 수 있도록 이해된 방법을 사용하고자 했습니다. 외부에서 발표된 방법을 사용하여 그 방법과 따라서 어떤 결과가 달성되는지에 대해 완전히 투명하게 하는 것이 중요하다고 느꼈습니다.

비콘(Vicon)은 당시 엔지니어링 제품 관리자 팀 매시(Tim Massey)가 이끄는 그룹을 구성했습니다. 이들은 모션 캡처가 이론뿐만 아니라 실제에서 어떻게 작동하는지에 대한 광범위한 경험을 가진 사람들이었습니다. 이들은 우리가 이 문제를 청중에게 유용하고 유익한 방식으로 이해시키는 데 어떻게 도울 수 있는지 아는 그룹이었습니다.

몇 개월 동안 다양한 외부 방법을 검토하고, 가장 유망한 것들을 시도하여 그 효과와 시스템 사용 방식과의 관련성을 평가했습니다. 미국 재료 시험 협회(ASTM E57)의 3D 측정 시스템 소위원회에서 개발하고 평가한 방법이 가장 적절하다고 결정했습니다. ASTM은 2006년 6월 특별히 3D 시스템 성능 평가에 사용할 수 있는 표준을 개발하기 위해 E57 위원회를 설립했습니다. E3064 방법("6자유도(6DOF) 자세를 측정하는 광학 추적 시스템 성능 평가를 위한 표준 시험 방법")은 제어된 방식으로 광학 모션 캡처 볼륨 내에서 움직이는 두 강체 간의 균일한 측정을 허용하는 간단한 방법입니다.

이 방법은 이해하고 설명하기 간단하다는 장점이 있습니다. 하지만 지속적으로 움직이는 물체(모션 캡처 시스템의 중요한 구성 요소이자 상당한 차이를 만들 수 있는 변수)를 평가하고, 캡처 볼륨 내 많은 위치에서 오류를 빠르게 평가한다는 이점도 있습니다.

다만 '올바른' 방법은 없다는 점을 언급하는 것이 중요합니다. 많은 대안이 있으며 각 방법마다 다른 장점이 있습니다. 그러나 이는 엔지니어들이 기대할 수 있는 성능 유형을 설명하는 데 도움이 되는 유익한 방법이며, 비콘 시스템이 엔지니어들에 의해 사용되는 방식과 관련된 평가라고 느껴졌습니다.

우리는 반티지(Vantage) 5MP 또는 16MP 카메라로 구성된 두 개의 별개지만 유사한 설정을 테스트하고, 두 강체 간의 거리를 측정했습니다. 이는 열적으로 중립적인 플라스틱으로 구성된 알려진 고정 거리로, 움직임이나 온도 변화로 인해 발생할 수 있는 물리적 차이를 가능한 한 제거했습니다. 이를 통해 알려진 고정 기준에 대해 측정 정확도를 일관되게 결정할 수 있었고, 볼륨을 가로질러 이동하고 지속적인 운동 중에도 정확한 측정 평가가 가능했습니다.

이 작업을 통해 이제 새로운 개발이 비콘이 제공하는 품질을 어떻게 개선하는지 더 잘 전달할 수 있습니다. 좋은 예는 최근 반티지+(Vantage+) 출시로, 이제 프레임 속도 증가가 제공할 수 있는 이점뿐만 아니라 기술 내에 존재하는 고유한 트레이드오프도 명확하게 설명할 수 있게 되었습니다.

이 기사는 비콘(Vicon, 옥스포드, 영국)의 제품 관리자 펠릭스 추이(Felix Tsui) 박사가 작성했습니다. 자세한 정보는 여기를 방문하세요.