3D 모션 캡처와 2D 영상은 몇 도나 다를까

마커 슈트가 실제로 사 주는 것

0.2 mm, 0.2° 미만골프 연구가 인용한 Vicon 재현성

마커 방식의 골프 실험실은 적외선 카메라들이 재귀반사 공을 들여다보는 방입니다. Aimée Smith 연구진이 Loughborough에서 한 연구에서는 핸디캡 1에서 29 사이의 골퍼 15명이 자기 드라이버로 공을 쳤습니다. 카메라 13대짜리 Vicon이 250 Hz로 돌아갔고, 몸에는 14 mm 마커 55개, 클럽에 5개가 더 붙었으며, 공에는 반사 테이프를 붙여 임팩트 순간을 짐작하는 대신 찾아냈습니다. 이 장비는 이미 아는 거리를 0.2 mm 안쪽으로, 이미 아는 각도를 0.2도 미만으로 되풀이해 냈습니다.

골프 전용 장비인 Gears도 비슷한 수치를 내놓습니다. 카메라 8대, 초당 360프레임, 가장 가는 단위로 0.2 mm. 그립과 헤드를 함께 쫓기 때문에 샤프트 휨은 추정이 아니라 측정됩니다. 그 돈으로 사는 것은 신체 분절이 자기 긴 축을 중심으로 도는 양, 그리고 임팩트가 두 프레임 사이의 빈틈이 아니라 기록된 한 프레임이 될 만큼 빠른 시계입니다.

같은 마커에서 나온 17도

16.72 ± 6.20°톱에서의 X팩터, 2D 빼기 3D, 골퍼 15명

Smith 연구진은 여기서 흔치 않은 일을 했습니다. 같은 시행 자료를 놓고 몸통 수치를 두 번 계산한 것입니다. 한 번은 3D 분절 각도로, 한 번은 같은 마커 벡터를 실험실 평면에 그대로 투영해서. 카메라 한 대가 골퍼에게 하는 일이 사실상 이 투영입니다. 마커는 하나도 움직이지 않았습니다. 백스윙 톱에서 두 방법의 X팩터는 16.72 ± 6.20도 벌어졌고, 큰 쪽은 평면으로 누른 값이었습니다.

몸통 굽힘은 평면 쪽이 대략 7도 컸고(−6.54 ± 3.64, p < .001), 임팩트에서 뒤쪽으로 기우는 측면 굽힘은 8.65 ± 2.91도 작게 나왔습니다(p = .002). 톱에서의 축 회전은 10.97 ± 5.89도 차이가 났지만 p = .068로 유의 수준에는 닿지 못했습니다. 어느 것도 나중에 빼면 되는 상수가 아닙니다. 핸디캡 9인 골퍼는 약 25도, 핸디캡 2인 다른 골퍼는 약 5도 차이가 났습니다. 앞선 논문 두 편은 이 간극을 3도 근처에, 그리고 반대 방향으로 0.4도 근처에 놓았습니다.

평면으로 눌려도 남는 것

전부 무너지지는 않습니다. Smith는 2D와 3D 곡선이 스윙 내내 비슷한 모양이었고, 테이크어웨이에서의 차이는 작았으며 한 번도 유의하지 않았다고 보고합니다. 평면으로 누를 때 상하는 것은 모양보다 크기라는 뜻입니다. Barzyk 연구진은 11명이 제자리에서 뛰는 장면을 iPhone X로 4K, 초당 60프레임으로 찍고 옆에 카메라 12대짜리 Vicon을 뒀습니다. 시상면 상관은 엉덩관절 0.96, 무릎 0.99, 발목 0.87이었고, 평균 절대 오차는 2.6도, 2.1도, 4.5도였습니다.

그 평면을 벗어난 각도는 아예 검증되지 않았습니다. Kinovea 연구는 인용되는 방식보다 더 좁습니다. Puig-Diví 연구진이 찍은 것은 하지 모양으로 구부린 철사 모형이 진자처럼 흔들리는 장면이었고, 거리는 5 m였습니다. 그 좌표를 같은 모양을 AutoCAD로 그린 것과 견줬습니다. 오차는 정면으로 마주 본 90도에서 가장 작았고 45도에서 가장 컸습니다. 뻣뻣한 철사에는 미끄러질 피부도, 잃을 깊이도 없습니다. 스윙이 아니라 소프트웨어를 시험한 결과로 읽는 편이 맞습니다.

마커리스 3D는 둘 사이에 놓입니다

8.5°와 13°마커리스 대 마커, 긴 축 회전

Kanko 연구진은 Queen's 대학에서 두 장비를 동시에 돌렸습니다. 걷는 참가자 30명, 같은 시행을 두고 한쪽은 마커리스 알고리즘에 영상을 넣는 카메라 8대, 다른 쪽은 마커를 쫓는 적외선 카메라 7대였습니다. 관절 중심은 발목에서 2.4 cm, 무릎에서 2.2 cm, 엉덩관절에서 3.6 cm 떨어졌고, 큰 회전을 담당하는 축에서는 분절 각도가 약 1~2도 안에서 일치했습니다. 예외는 하필 골퍼에게 중요한 그 축입니다.

분절이 자기 긴 축을 중심으로 도는 회전, 그러니까 어깨 회전과 골반 회전이 얹혀 있는 축에서는 허벅지가 8.5도, 정강이가 13도 어긋났습니다. 카메라가 한 대로 줄면 사정은 더 나빠집니다. Zhao 연구진은 단안 시스템 Capture4D를 Qualisys와 비교해, 서브를 넣는 테니스 선수 9명에게서 관절 위치 오차 69.5~88.3 mm를 보고했습니다. 가장 나쁜 지점은 팔이 카메라 광축을 따라 뻗은 순간의 뒤쪽 팔꿈치였습니다. 논문은 코칭 용도라면 70~130 mm까지 받아들일 만하다고 적었지만, 그 구간이 어디에서 나온 숫자인지는 밝히지 않았습니다.

기준 쪽에도 오차 폭이 있습니다

Kanko 연구진의 논의는 마커 방식이 어디서 틀리는지에 솔직합니다. 조작자가 다르고 따르는 프로토콜이 다르면 붙인 마커가 하지 관절 각도를 최대 5도까지 밀어낸다는 것이 이미 밝혀져 있습니다. 피부에 붙인 클러스터는 아래 뼈 위에서 미끄러져, 정강이에서 최대 1.5 cm, 허벅지에서 최대 2.5 cm 옮겨 가고 최대 8도까지 돕니다. 관절 중심이 어디인지에 대한 추정은 5.1 cm까지 빗나갑니다.

그래서 저자들은 이 차이를 오차라고 부르지 않습니다. 참값을 알 수 없고 두 장비가 모두 차이에 기여한다고 적었습니다. Pebble Swing는 영상 프레임에서 관절 각도를, 동작 자체에서 백스윙 대 다운스윙 템포 비율을 읽습니다. 렌즈 쪽으로 오고 가는 회전에 기대는 숫자는 전부 구간으로 나옵니다. 그러니 어느 장비에서 나온 것이든 회전량을 각도 하나로 믿지 마십시오. 위에 적힌 오차 폭은 모두 3도의 변화를 삼킵니다. 20도의 변화는 삼키지 못합니다.