Motion capture amb Microsoft Kinect

El proyecto trata de convertirse en una herramienta para animadores 3D, tanto para los que hacen películas como para los que modelan videojuegos, que necesiten de un software para simplificar el trabajo que conlleva animar un modelo 3D. Todo sin necesidad de usar trajes especializados. El proyecto, usando Kinect, convertirá los movimientos captados por la cámara y los agregará al modelo, creando una animación basándose en los movimientos reales de una persona.

Trinocular System for 3D motion and Dense Stucture Estimation

The relief of the seafloor is an important source of data for many scientists. In this paper we present an optical system to deal with underwater 3D reconstruction. This system is formed by three cameras that take images synchronously in a constant frame rate scheme. We use the images taken by these cameras to compute dense 3D reconstructions. We use Bundle Adjustment to estimate the motion ofthe trinocular rig. Given the path followed by the system, we get a dense map of the observed scene by registering the different dense local reconstructions in a unique and bigger one

Desenvolupament d'un videojoc en 3D

La industria de los videojuegos crece exponencialmente y está ya superando a otras industrias punteras del ocio. En este proyecto, nos hemos planteado la realización de un videojuego con visualización en el espacio real 3D. Para la realización del videojuego se ha usado el siguiente software: Blender para diseñar los modelos 3D, C++ como lenguaje de programación para desarrollar el código y un conjunto de librerías básicas para desarrollar un videojuego llamadas Ogre3d (Motor Gráfico). La lógica del movimiento 3D y los choques entre las partículas del juego ha sido diseñada enteramente en este proyecto acorde con las necesidades del videojuego, y de forma compatible a los ficheros de Blender y a las librerías OGRE3D.

Physically based walking simulation

Hem realitzat l’estudi de moviments humans i hem buscat la forma de poder crear aquests moviments en temps real sobre entorns digitals de forma que la feina que han de dur a terme els artistes i animadors sigui reduïda. Hem fet un estudi de les diferents tècniques d’animació de personatges que podem trobar actualment en l’industria de l’entreteniment així com les principals línies de recerca, estudiant detingudament la tècnica més utilitzada, la captura de moviments. La captura de moviments permet enregistrar els moviments d’una persona mitjançant sensors òptics, sensors magnètics i vídeo càmeres. Aquesta informació és emmagatzemada en arxius que després podran ser reproduïts per un personatge en temps real en una aplicació digital. Tot moviment enregistrat ha d’estar associat a un personatge, aquest és el procés de rigging, un dels punts que hem treballat ha estat la creació d’un sistema d’associació de l’esquelet amb la malla del personatge de forma semi-automàtica, reduint la feina de l’animador per a realitzar aquest procés. En les aplicacions en temps real com la realitat virtual, cada cop més s’està simulant l’entorn en el que viuen els personatges mitjançant les lleis de Newton, de forma que tot canvi en el moviment d’un cos ve donat per l’aplicació d’una força sobre aquest. La captura de moviments no escala bé amb aquests entorns degut a que no és capaç de crear noves animacions realistes a partir de l’enregistrada que depenguin de l’interacció amb l’entorn. L’objectiu final del nostre treball ha estat realitzar la creació d’animacions a partir de forces tal i com ho fem en la realitat en temps real. Per a això hem introduït un model muscular i un sistema de balanç sobre el personatge de forma que aquest pugui respondre a les interaccions amb l’entorn simulat mitjançant les lleis de Newton de manera realista.

Drift and ownership toward a distant virtual body.

In body ownership illusions participants feel that a mannequin or virtual body (VB) is their own. Earlier results suggest that body ownership over a body seen from behind in extra personal space is possible when the surrogate body is visually stroked and tapped on its back, while spatially and temporal synchronous tactile stimulation is applied to the participant's back. This result has been disputed with the claim that the results can be explained by self-recognition rather than somatic body ownership. We carried out an experiment with 30 participants in a between-groups design. They all saw the back of a VB 1.2 m in front, that moved in real-time determined by upper body motion capture. All felt tactile stimulation on their back, and for 15 of them this was spatially and temporally synchronous with stimulation that they saw on the back of the VB, but asynchronous for the other 15. After 3 min a revolving fan above the VB descended and stopped at the position of the VB neck. A questionnaire assessed referral of touch to the VB, body ownership, the illusion of drifting forwards toward the VB, and the VB drifting backwards. Heart rate deceleration (HRD) and the amount of head movement during the threat period were used to assess the response to the threat from the fan. Results showed that although referral of touch was significantly greater in the synchronous condition than the asynchronous, there were no other differences between the conditions. However, a further multivariate analysis revealed that in the visuotactile synchronous condition HRD and head movement increased with the illusion of forward drift and decreased with backwards drift. Body ownership contributed positively to these drift sensations. Our conclusion is that the setup results in a contradiction-somatic feelings associated with a distant body-that the brain attempts to resolve by generating drift illusions that would make the two bodies coincide.

Drift and ownership toward a distant virtual body.

In body ownership illusions participants feel that a mannequin or virtual body (VB) is their own. Earlier results suggest that body ownership over a body seen from behind in extra personal space is possible when the surrogate body is visually stroked and tapped on its back, while spatially and temporal synchronous tactile stimulation is applied to the participant's back. This result has been disputed with the claim that the results can be explained by self-recognition rather than somatic body ownership. We carried out an experiment with 30 participants in a between-groups design. They all saw the back of a VB 1.2 m in front, that moved in real-time determined by upper body motion capture. All felt tactile stimulation on their back, and for 15 of them this was spatially and temporally synchronous with stimulation that they saw on the back of the VB, but asynchronous for the other 15. After 3 min a revolving fan above the VB descended and stopped at the position of the VB neck. A questionnaire assessed referral of touch to the VB, body ownership, the illusion of drifting forwards toward the VB, and the VB drifting backwards. Heart rate deceleration (HRD) and the amount of head movement during the threat period were used to assess the response to the threat from the fan. Results showed that although referral of touch was significantly greater in the synchronous condition than the asynchronous, there were no other differences between the conditions. However, a further multivariate analysis revealed that in the visuotactile synchronous condition HRD and head movement increased with the illusion of forward drift and decreased with backwards drift. Body ownership contributed positively to these drift sensations. Our conclusion is that the setup results in a contradiction-somatic feelings associated with a distant body-that the brain attempts to resolve by generating drift illusions that would make the two bodies coincide.

Bowing the violin : a case study for auditory-motor pattern modelling in the context of music performance

This project addresses methodological and technological challenges in the development of multi-modal data acquisition and analysis methods for the representation of instrumental playing technique in music performance through auditory-motor patterning models. The case study is violin playing: a multi-modal database of violin performances has been constructed by recording different musicians while playing short exercises on different violins. The exercise set and recording protocol have been designed to sample the space defined by dynamics (from piano to forte) and tone (from sul tasto to sul ponticello), for each bow stroke type being played on each of the four strings (three different pitches per string) at two different tempi. The data, containing audio, video, and motion capture streams, has been processed and segmented to facilitate upcoming analyses. From the acquired motion data, the positions of the instrument string ends and the bow hair ribbon ends are tracked and processed to obtain a number of bowing descriptors suited for a detailed description and analysis of the bow motion patterns taking place during performance. Likewise, a number of sound perceptual attributes are computed from the audio streams. Besides the methodology and the implementation of a number of data acquisition tools, this project introduces preliminary results from analyzing bowing technique on a multi-modal violin performance database that is unique in its class. A further contribution of this project is the data itself, which will be made available to the scientific community through the repovizz platform.

Online Robust 3D Mapping Using Structure from Motion Cues

This paper presents a complete solution for creating accurate 3D textured models from monocular video sequences. The methods are developed within the framework of sequential structure from motion, where a 3D model of the environment is maintained and updated as new visual information becomes available. The camera position is recovered by directly associating the 3D scene model with local image observations. Compared to standard structure from motion techniques, this approach decreases the error accumulation while increasing the robustness to scene occlusions and feature association failures. The obtained 3D information is used to generate high quality, composite visual maps of the scene (mosaics). The visual maps are used to create texture-mapped, realistic views of the scene

Temporal diffeomorphic free-form deformation: application to motion and strain estimation from 3D echocardiography

This paper presents a new registration algorithm, called Temporal Di eomorphic Free Form Deformation (TDFFD), and its application to motion and strain quanti cation from a sequence of 3D ultrasound (US) images. The originality of our approach resides in enforcing time consistency by representing the 4D velocity eld as the sum of continuous spatiotemporal B-Spline kernels. The spatiotemporal displacement eld is then recovered through forward Eulerian integration of the non-stationary velocity eld. The strain tensor iscomputed locally using the spatial derivatives of the reconstructed displacement eld. The energy functional considered in this paper weighs two terms: the image similarity and a regularization term. The image similarity metric is the sum of squared di erences between the intensities of each frame and a reference one. Any frame in the sequence can be chosen as reference. The regularization term is based on theincompressibility of myocardial tissue. TDFFD was compared to pairwise 3D FFD and 3D+t FFD, bothon displacement and velocity elds, on a set of synthetic 3D US images with di erent noise levels. TDFFDshowed increased robustness to noise compared to these two state-of-the-art algorithms. TDFFD also proved to be more resistant to a reduced temporal resolution when decimating this synthetic sequence. Finally, this synthetic dataset was used to determine optimal settings of the TDFFD algorithm. Subsequently, TDFFDwas applied to a database of cardiac 3D US images of the left ventricle acquired from 9 healthy volunteers and 13 patients treated by Cardiac Resynchronization Therapy (CRT). On healthy cases, uniform strain patterns were observed over all myocardial segments, as physiologically expected. On all CRT patients, theimprovement in synchrony of regional longitudinal strain correlated with CRT clinical outcome as quanti ed by the reduction of end-systolic left ventricular volume at follow-up (6 and 12 months), showing the potential of the proposed algorithm for the assessment of CRT.

Recovering Euclidean deformable models from stereo-motion

In this paper we present a novel structure from motion (SfM) approach able to infer 3D deformable models from uncalibrated stereo images. Using a stereo setup dramatically improves the 3D model estimation when the observed 3D shape is mostly deforming without undergoing strong rigid motion. Our approach first calibrates the stereo system automatically and then computes a single metric rigid structure for each frame. Afterwards, these 3D shapes are aligned to a reference view using a RANSAC method in order to compute the mean shape of the object and to select the subset of points on the object which have remained rigid throughout the sequence without deforming. The selected rigid points are then used to compute frame-wise shape registration and to extract the motion parameters robustly from frame to frame. Finally, all this information is used in a global optimization stage with bundle adjustment which allows to refine the frame-wise initial solution and also to recover the non-rigid 3D model. We show results on synthetic and real data that prove the performance of the proposed method even when there is no rigid motion in the original sequence

Estudi i implementació d’un mètode de reconstrucció 3D basat en SfM i registre de vistes 3D parcials

Aquest projecte es basarà en reconstruir una imatge 3D gran a partir d’una seqüència d’imatges 2D capturades per una càmera. Ens centrem en l’estudi de les bases matemàtiques de la visió per computador així com en diferents mètodes emprats en la reconstrucció 3D d’imatges. Per portar a terme aquest estudi s’utilitza la plataforma de desenvolupament MatLab ja que permet tractar operacions matemàtiques, imatges i matrius de gran tamany amb molta senzillesa, rapidesa i eficiència, per aquesta raó s’usa en moltes recerques sobre aquest tema. El projecte aprofundeix en el tema descrit anteriorment estudiant i implementant un mètode que consisteix en aplicar Structure From Motion (SFM) a pocs frames seguits obtinguts d’una seqüència d’imatges 2D per crear una reconstrucció 3D. Quan s’han creat dues reconstruccions 3D consecutives i fent servir un frame com a mínim en comú entre elles, s’aplica un mètode de registre d’estructures 3D, l’Iterative Closest Point (ICP), per crear una reconstrucció 3D més gran a través d’unir les diferents reconstruccions obtingudes a partir de SfM. El mètode consisteix en anar repetint aquestes operacions fins al final dels frames per poder aconseguir una reconstrucció 3D més gran que les petites imatges que s’aconsegueixen a través de SfM. A la Figura 1 es pot veure un esquema del procés que es segueix. Per avaluar el comportament del mètode, utilitzem un conjunt de seqüències sintètiques i un conjunt de seqüències reals obtingudes a partir d’una càmera. L’objectiu final d’aquest projecte és construir una nova toolbox de MatLab amb tots els mètodes per crear reconstruccions 3D grans per tal que sigui possible tractar amb facilitat aquest problema i seguir-lo desenvolupant en un futur

Reconeixement de gestos de la mà amb el sensor Kinect

El reconeixement dels gestos de la mà (HGR, Hand Gesture Recognition) és actualment un camp important de recerca degut a la varietat de situacions en les quals és necessari comunicar-se mitjançant signes, com pot ser la comunicació entre persones que utilitzen la llengua de signes i les que no. En aquest projecte es presenta un mètode de reconeixement de gestos de la mà a temps real utilitzant el sensor Kinect per Microsoft Xbox, implementat en un entorn Linux (Ubuntu) amb llenguatge de programació Python i utilitzant la llibreria de visió artifical OpenCV per a processar les dades sobre un ordinador portàtil convencional. Gràcies a la capacitat del sensor Kinect de capturar dades de profunditat d’una escena es poden determinar les posicions i trajectòries dels objectes en 3 dimensions, el que implica poder realitzar una anàlisi complerta a temps real d’una imatge o d’una seqüencia d’imatges. El procediment de reconeixement que es planteja es basa en la segmentació de la imatge per poder treballar únicament amb la mà, en la detecció dels contorns, per després obtenir l’envolupant convexa i els defectes convexos, que finalment han de servir per determinar el nombre de dits i concloure en la interpretació del gest; el resultat final és la transcripció del seu significat en una finestra que serveix d’interfície amb l’interlocutor. L’aplicació permet reconèixer els números del 0 al 5, ja que s’analitza únicament una mà, alguns gestos populars i algunes de les lletres de l’alfabet dactilològic de la llengua de signes catalana. El projecte és doncs, la porta d’entrada al camp del reconeixement de gestos i la base d’un futur sistema de reconeixement de la llengua de signes capaç de transcriure tant els signes dinàmics com l’alfabet dactilològic.

Cardiac motion estimation by joint alignment of tagged MRI sequences

Image registration has been proposed as an automatic method for recovering cardiac displacement fields from Tagged Magnetic Resonance Imaging (tMRI) sequences. Initially performed as a set of pairwise registrations, these techniques have evolved to the use of 3D+t deformation models, requiring metrics of joint image alignment (JA). However, only linear combinations of cost functions defined with respect to the first frame have been used. In this paper, we have applied k-Nearest Neighbors Graphs (kNNG) estimators of the -entropy (H ) to measure the joint similarity between frames, and to combine the information provided by different cardiac views in an unified metric. Experiments performed on six subjects showed a significantly higher accuracy (p < 0.05) with respect to a standard pairwise alignment (PA) approach in terms of mean positional error and variance with respect to manually placed landmarks. The developed method was used to study strains in patients with myocardial infarction, showing a consistency between strain, infarction location, and coronary occlusion. This paper also presentsan interesting clinical application of graph-based metric estimators, showing their value for solving practical problems found in medical imaging.

Reconeixement de gestos de la mà amb el sensor Kinect

El reconeixement dels gestos de la mà (HGR, Hand Gesture Recognition) és actualment un camp important de recerca degut a la varietat de situacions en les quals és necessari comunicar-se mitjançant signes, com pot ser la comunicació entre persones que utilitzen la llengua de signes i les que no. En aquest projecte es presenta un mètode de reconeixement de gestos de la mà a temps real utilitzant el sensor Kinect per Microsoft Xbox, implementat en un entorn Linux (Ubuntu) amb llenguatge de programació Python i utilitzant la llibreria de visió artifical OpenCV per a processar les dades sobre un ordinador portàtil convencional. Gràcies a la capacitat del sensor Kinect de capturar dades de profunditat d’una escena es poden determinar les posicions i trajectòries dels objectes en 3 dimensions, el que implica poder realitzar una anàlisi complerta a temps real d’una imatge o d’una seqüencia d’imatges. El procediment de reconeixement que es planteja es basa en la segmentació de la imatge per poder treballar únicament amb la mà, en la detecció dels contorns, per després obtenir l’envolupant convexa i els defectes convexos, que finalment han de servir per determinar el nombre de dits i concloure en la interpretació del gest; el resultat final és la transcripció del seu significat en una finestra que serveix d’interfície amb l’interlocutor. L’aplicació permet reconèixer els números del 0 al 5, ja que s’analitza únicament una mà, alguns gestos populars i algunes de les lletres de l’alfabet dactilològic de la llengua de signes catalana. El projecte és doncs, la porta d’entrada al camp del reconeixement de gestos i la base d’un futur sistema de reconeixement de la llengua de signes capaç de transcriure tant els signes dinàmics com l’alfabet dactilològic.

Prototipus de visualització d’informació vitivinícola en 3D

iii. El projecte final a consistit en la creació prototipus de SIG (Sistema d’informació Geogràfica) per l’empresa T-Systems. El sistema desenvolupat es troba format per un conjunt de serveis web 3D utilitzant ArcGIS Server 9.2, amb la informació de les parcel•les vitivinícoles del Priorat (Catalunya), i un client personalitzat a les necessitats de l’usuari final, utilitzant ArcGIS Explorer 410. Per programar les eines personalitzades s’ha utilitzat Visual Studio 2005 (Visual Basic .NET).