13: 3D Tracking

Question 1

Wie funktioniert der Leap Motion Controller? Nennen Sie Vor- und Nachteile.

Answer 1

• Leap Motion ist ein 3D-Controller
• Fingertracking auf Basis von 2 Kameras und Infrarotkamera
• Bewegungen werden als Gesten interpretiert → z.B. zoomen, scrollen

Vorteile
- Einfachere Lösung für Fingertracking
- Direkte Interaktion
- Nicht benutzerspezifisch

Nachteile
- Fehleranfällig (schlechte Algorithmen)
- Fehlinterpretationen
- Sonnenstrahlung beeinflusst Infrarotkamera

Question 2

Wie lässt sich Tracking klassifizieren? Nennen Sie jeweils Beispiele.

Answer 2

• Tracking grob
  
  • GPS
  • WLAN-Positionierung
  • Elektrischer Kompass
  • RFID
• Tracking fein
  
  • Optisch
  • Elektro-Magnetisch
  • Mechanisch
  • Akustisch
  • Laser

Question 3

Beschreiben Sie das Grundprinzip des optischen Trackings und nennen Sie Vor- und Nachteile.

Answer 3

• Bewegungen (von Menschen oder Eingabegeräten) werden von Kameras verfolgt (meist Infrarot)
• Eine Bildanalyse führt zur Rekonstruktion der Position und Orientierung des getrackten Objektes

Vorteile
- hohe Genauigkeit möglich
- geringe Latenz
- kabellos
- Infrarotlicht unsichtbar

Nachteile
- Kann teuer sein (Industriekameras)
- Line of Sight notwendig
- Genauigkeit abhängig von Anzahl und Qualität der Kameras

Question 4

Beschreiben Sie die Begriffe outside-in und inside-out und nennen Sie jeweils Vor- und Nachteile.

Answer 4

• Outside-in
  
  • Kameras beobachten Objekt
  • Marker am Objekt
  • Vorteile → einfache Kalibrierung, hohe Genauigkeit
  • Nachteile → beschränkter Trackingraum
• Inside-out
  
  • Kamera ist auf getracktem Objekt
  • Marker in der Umgebung
  • Vorteile → mobil, unbeschränkter Trackingraum
  • Nachteile → Erkennung aufwendiger

Question 5

Wie funktioniert markerbasiertes und markerloses Tracking?

Answer 5

• Markerbasiert
  
  • Marker im Raum werden von Kamera erkannt
  • Passive Marker → selbstreflektierend, senden selbst keine Signale aus
  • Aktive Marker → senden aktiv Licht aus und werden dadurch lokalisiert
• Markerlos
  
  • Objekte werden durch charakteristischen Bildmerkmale erkannt
  • Abhängig von z.B. Helligkeit der Umgebung, Hautfarbe, usw.

Question 6

Warum genügt beim inside-out Tracking bereits ein Marker zur Bestimmung aller sechs Freiheitsgrade (DoF)?

Answer 6

Wenn der Marker ein Würfel ist, kann dadurch exakt die Position und Orientierung des Objektes bestimmt werden

Question 7

Was ist der Vorteil von passiven Markern beim markerbasierten Tracking?

Answer 7

• Kabellos
• Sehr präzise
• Günstig (diy)
• Keine Stromversorgung

Question 8

Wie funktioniert das Tracking mithilfe von Tiefenkameras? Nennen Sie Vor- und Nachteile.

Answer 8

• Infrarotlicht wird ausgesendet, der Lichtweg wird mittels Tiefensensoren erfasst
• Die Länge des Lichtwegs wird ausgewertet und eine Tiefenkarte erstellt
• Tracking → Kombination aus Bildinformationen und Distanzinformationen

Vorteile
- kein tragen von Eingabegeräten
- Infrarotlicht unsichtbar → nicht störend

Nachteile
- ab bestimmter Entfernung Fehlinterpretation
- Beine werden oft als Boden wahrgenommen
- Störung durch Sonnenlicht

Question 9

Wie funktioniert (Elektro-)Magnetisches Tracking? Nennen Sie Vor- und Nachteile.

Answer 9

Spulen erzeugen elektro-magnetisches Feld, Stromfluss im Feld wird zur Lokalisierung genutzt

Vorteile
- Keine Line of Sight notwendig
- Geringe Latenz
- Kleine und leichte Sensoren

Nachteile
- Geringe Genauigkeit
- Beeinflussung durch Magnetfeld/Metalle
- Kleiner Arbeitsraum (2m)
- Kabelverbindung zu Sensoren