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Motion Control System产品概况
1.1、产品介绍
OTHKA® 摄像机运动控制系统（以下简称OTHKA）由中国科学院计算技术研究所虚拟现实技术实验室研制，是国内唯一的一家拥有摄影机运动控制系统（Motion Control System）系统的机构，完全拥有自主知识产权。
摄像运动控制系统，其英文全称是：Camera Motion Control System，简称MoCo。MoCo系统是可以同时同步控制摄影机、拍摄物、灯光等运动轨迹及拍摄底片速度的交互式摄影控制系统（星球大战特效总监John Dykstra对Moco所定义）。MoCo系统在数字制作中占有非常重要的作用，影片拍摄完全自动化，全资讯化的预览，拍摄前就可以轻松规划。精确的重复拍摄使得电脑数字制作的质量和时间大大提高，使得更多的时间进行视效创作。
MoCo系统具有目标跟踪功能，让数字画面和真实场景完美结合。可让操作人员精确知道摄像镜头的空间坐标，在前期拍摄时就知道拍摄物体的视角是否和要合成的数字画面一致，而且可以直接和三维软件整合使用。
在世界电影的主要创作潮流中，先进的特技是现代电影人经常采用的手段。运动控制系统已经成为以美国好莱坞为首的影片制作中心最主要的电影制作工具，包括《阿凡达》、《指环王》、《金钢》等著名大片。
OTHKA®系统由仿真软件、控制软件、导轨、运动装置、摄像云台等五个部分组成。OTHKA®系统的转轴具有跟踪摄影、旋转、升降、手臂延伸、镜头角度、左右转动、倾斜、转动、快照、变焦、对焦、淡入、淡出等各种功能。系统通过计算机、电控马达对摄像机的运动进行精确控制，可以方便地控制摄像机的运动轨迹能够被一遍遍地重复进行，从而在拍摄上产生特殊效果。由于摄像机的运动轨迹能被精确地记录、存储在计算机内，运动轨迹数据也可以方便地被编辑修改，因此摄像机的控制具有可重复性、可控制性和统一性，可以实现现实世界和虚拟世界的摄像机运动轨迹完全统一。
1.2、产品的技术特点
（1）精确平稳的数字化摄像机机位运动
改变传统使用人员手动控制摄像机机位运动的模式，采用最先进的数字化计算机控制机位运动，可做9个位置的转轴运动，达到三维空间360度无死角精确平稳的机位运动控制；
（2）摄像机机位运动轨迹的可视化设计
可以跟踪摄影、旋转、升降、手臂延伸、镜头角度、左右转动、倾斜、转动、快照、变焦、对焦、淡入、淡出等各种功能，这些功能之间可以相互组合搭配无限重复使用，是在前期拍摄中最佳的系统；
（3）摄像机机位运动轨迹的任意重复
全方位影像自动控制记录系统，有多项优异的动作输入功能，使得前期拍摄画面立即可以和电脑画面整合，拍摄时就可以知道合成效果，达到最佳效果的同时大大节省了后期制作的时间；
（4）拍摄场景和拍摄目标的三维仿真
拍摄前就可以轻松模拟规划，在拍摄之前就可以设计摄影机的运动和拍摄前的画面顺序；
（5）虚拟场景制作和实景拍摄的任意融
让数字画面和真实场景完美结合。可让操作人员精确知道摄像镜头的空间坐标，在前期拍摄时就知道拍摄物体的视角是否和要合成的数字画面一致，而且可以直接和三维软件整合使用；
（6）拍摄机位轨迹遥控设计功能
能精确重复拍摄路径，捕捉现场任何细腻动作。无论摄影机移动速度多快多复杂，摄像机都能完全复制前个路径的位置，捕捉摄像机在三维空间拍摄的精确位置；
（7）实景拍摄预览功能
使得导演可以全心投入拍片，把精力都放在拍摄物和创意上而不是摄像机上。
1.3、产品的领先特效功能
（1）角色克隆
支持在同一场景中，多个相同长相人物的不同行为展现，最典型的案例是《黑客帝国》，片中有大量的克隆镜头，还有奥迪广告，可以同时展现车的不同侧面。
（2）角色编队
支持不可能同时出现的物体或人物在同一场景出现和运动，最典型的案例是马戏团的故事，把狮子、老虎、小鹿放到同一个场景中互不相扰。
（3）群体运动
当打斗演员不够的情况下，可以安排相同的人在同一场景中带不同面具和不同的人打斗，通过比例缩放后再叠加，最终展现群斗场景，最典型案例《指环王》，它实际只动用了30个打斗演员。
（4）大型群体场景拼接
当表现气势磅礴的效果时，通过这种设备可以实现大型场景的拼接，例如《满城尽带黄金甲》、原野上的马群等。
（5）模型的真实感拍摄
通过比例缩放可实现大型环境的模型化拍摄，例如《阿凡达》所有的场景都是在室内可控灯光下拍摄的，但观看时的感觉仿佛是一个很大的空间。这就需要能够预设路径并支持缩放的摄像机器人来帮助拍摄才能成功。
（6）比例缩放
例如大人国和小人国的故事等等，通过这种预设路径的支持缩放的摄像机器人来帮助拍摄，能拍摄得非常真实。
（7）镜头变速
在一个镜头里有缓慢运动的角色，也有超快速运动的角色，这时使用这种预设路径的支持变速拍摄的摄像机器人，能合成得天衣无缝。
（8）危险动作合成
在一个镜头里有很多跳楼等危险动作，可以通过这种预设路径的支持变速拍摄、缩放拍摄的摄像机器人完成在微缩景观跳楼的过程。
（9）淡入淡出
通过重复拍摄、淡入淡出的方式，可实现虚幻感、灵魂漂浮感等虚幻感觉，在灵异、梦境、幻想、思念等题材影视、广告、MTV等领域很有帮助。
1.4、关键技术及专利支撑
（1）摄像运动控制系统的运动学规划技术
摄像运动控制系统的运动学规划是指根据用户输入的离散点计算出一条通过用户指定点的完整运动轨迹。为此，提出了一种九自由度机器人运动控制方法。针对九自由度机器人复杂逆运动学求解问题，专利提出一种实时解决方法，将机器人奇异姿态、碰撞检测和规避、和关节角度约束等因素统一到机器人运动学求解模型中，并通过PTP运动去跟踪复杂机器人的运动轨迹，实现可重复的平滑轨迹运动控制。专利《九自由度机器人的运动驱动方法》申请号：201010624276.9
（2）摄像运动控制系统的末端轨迹跟踪技术
摄像运动控制系统的末端轨迹跟踪是指计算电机的驱动力矩使机械手按指定的运动轨迹行进。为此，提出了一种快速机器人机械手末端轨迹跟踪方法，克服现有的轨迹跟踪方法计算量大、计算速度慢的缺陷。该方法根据预定义的机器人末端运行轨迹，得到摄像机器人各个关节的加速度，在满足各关节约束以及关键点到达时间约束的同时，使得这些关节的实际运行轨迹与预先给定的运动轨迹尽量一致。该项关键技术已申请专利《机器人的机械手末端轨迹跟踪方法》申请号：201010624186.X
（3）摄像运动控制系统的综合控制技术
摄像运动控制系统的综合控制指技术是指在运动学规划技术和末端轨迹跟踪技术的基础上，采用一种伺服电机的驱动方式来提高拍摄精确性，九个自由度的连杆结构和灵活的云台设计提高了系统的适应性。九自由度运动驱动方法和凸规划轨迹优化等创新技术的运用，把用户指定的末端轨迹转化为机器轴的关节空间信息，强化拍摄的时间控制，优化各个关节的受力情况，同时避免抖动出现及避免与障碍物发生碰撞，保证拍摄控制的稳定性和安全性。该项关键技术已申请专利《机器运动控制的摄像系统及其控制方法》申请号：201010624277.3
（4）摄像运动控制应用软件
由中国科学院计算技术研究所虚拟现实技术实验室研制，是专用于MOCO系统的编程及数字化控制应用软件，采用3D模拟现场拍摄，并做到现实与计算机世界同步实时控制，弥补我国影视特效前期拍摄软件技术的空白，占据影视摄制产业技术链的制高点和关键点，是新时期影视拍摄和制作的基础。受国家文化创意产业专项资金支持，历经三年时间研制而成，完全拥有自主知识产权。
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楼主: 绿_领--禾
发表于 2012-9-8 11:39
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