Berechnungen mit Rigid Bodys

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Abspeichern, laden und bearbeiten von Rigid Bodys

Es ist sehr einfach mit QTM Rigid Bodys abzuspeichern und sie später zu laden oder extern zu bearbeiten.

  1. Öffnen Sie in den Project Options den Reiter 6DOF Tracking. Wählen Sie das Rigid Body, welches Sie speichern möchten und klicken auf Save Bodies.
  2. Speichern Sie das Rigid Body an beliebiger Stelle auf Ihrem Computer als .xml-Datei.
  3. Alle gespeicherten Rigid Bodys können Sie an einem späteren Zeitpunkt in Ihr Projekt laden indem Sie auf Load Bodies

Möchten Sie Ihr Rigid Body in einem externen Editor, wie zum Beispiel Notepad oder Notepad++ bearbeiten, navigieren Sie zu dem Ordner, in dem Ihr Rigid Body gespeichert ist, rechtsklicken auf das Rigid Body und wählen Öffnen mit. Wählen Sie an dieser Stelle Notepad oder Notepad++ aus.

Alle vorgenommenen Änderungen, wie Anpassungen von Name oder Farbe werden in QTM sichtbar, sobald Sie Ihr Rigid Body über den Load Bodies-Button in Ihr Projekt laden.

Grundlagen zu Berechnungen mit Rigid Bodys

Die Lage eines Rigid Body im Raum ist definiert durch die Position seines Ursprungs (X,Y,Z) und seiner Orientierung (dargestellt als Euler-Winkel oder als Rotationsmatrix) relativ zu seinem Referenzkoordinatensystem. Standardmäßig dient das globale Labor-Koordinatensystem als Referenz.

Nutzen Sie Qualisys zum Tracken Ihrer Rigid Bodys, erhalten Sie diverse Möglichkeiten die Trackingdaten zu nutzen und zu individualisieren.

Euler-Winkel

Eine Möglichkeit die Orientierung eines Rigid Body in Bezug zu einem fixen Koordinatensystem zu beschreiben, liegt in der Nutzung von Eulerwinkeln. Dies sind Sequenzen von drei Koordinatenrotationen. Unterschiedliche Reihenfolgen der drei Rotationen resultieren in unterschiedlichen Ergebnissen für einzelne Winkel.

 

Um die Winkeldefinitionen in QTM anzusehen oder zu verändern müssen Sie die Euler-Winkel Einstellungen öffnen:

  1. Öffnen Sie die Project Options (strg+W)
  2. Klicken Sie auf das ‚+‘ neben dem Punkt 6DOF Tracking auf der linken Seite. Wählen Sie den Reiter Euler Angles.
  3. In den Einstellungen können Sie zwischen Qualisys standard und einer freien Euler-Winkel Definition wählen.

Qualisys Standard

Das Standardformat nutzt die folgenden Rotationsachsen in der angegebenen Reihenfolge:

  1. Roll: Rotation im Uhrzeigersinn um die X-Achse in einer Range von -180 bis 180 Grad.
  2. Pitch: Rotation im Uhrzeigersinn um die Y-Achse (neue Y-Achse nach 1.) in einer Range von -90 bis 90 Grad.
  3. Yaw: Rotation im Uhrzeigersinn um die Z-Achse (neue Z-Achse) in einer Range von -180 bis 180 Grad.

Freie Euler-Winkel

Wenn Sie den Punkt Custom anwählen, können Sie die drei Rotationsachsen in der Box Rotation order and angle conventions selbst wählen.

Es gibt zwölf valide Euler-Sequenzen, die genutzt werden können. Es gibt sechs Kombinationen bei denen die erste und die letzte Rotationsachse dieselbe ist (z.B. ZYZ) und sechs Kombinationen bei denen alle drei Achsen (XYZ) genutzt werden (auch Cardan-Winkel oder Tait-Bryan-Winkel genannt).

Wählen Sie die Definition so, wie die sinnhaftesten und nutzbarsten Informationen für Ihre individuelle Anwendung entstehen. Versuchen Sie keine Sequenz zu wählen, die den zweiten Winkel auf einen extremen Wert bringt (+/- 90 Grad), da es sonst zu einem Gimbal-Lock für die anderen zwei Winkel kommen könnte.

Rotationsmatrizen

Als weitere Darstellungsmöglichkeit der Orientierung von Rigid Bodys bietet QTM die Option Rotationsmatrix an. Dabei wird die Rotation des lokalen Koordinatensystems in Bezug zum globalen Koordinatensystem angegeben. Rotationsmatrizen eignen sich besser für Computerbasierte Berechnungen als Euler-Winkel, da es nicht zu Singularitäten kommen kann.

Die exportierten Daten sind Arrays mit 9 Elementen pro Frame:

Sie können die Rotationsmatrix nutzen, um Punkte vom lokalen in das globale Koordinatensystem zu übertragen oder umgekehrt (transponierte Rotationsmatrix).

Um die Rotationsmatrix aus QTM zu exportieren, klicken Sie oben links auf File und wählen Export. Sie können die Daten als .MAT-Datei exportieren (alle 6DoF Daten) oder im Textformat als .TSV (separate Datei für die 6DoF Daten).

Das Referenz-Koordinatensystem

Standardmäßig dient das globale Koordinatensystem als Referenz für das lokale Koordinatensystem. Dieses wird durch die Kalibration Ihres Kamerasystems definiert. Es ist jedoch möglich das Referenzsystem zu ändern, damit Ihre Daten leichter zu verstehen sind. Gelingt es Ihnen, Ihr Referenzsystem so zu wählen, dass es mit Ihrem lokalen Koordinatensystem zu einem bekannten Zeitpunkt übereinstimmt, können Sie die absolute Bewegung Ihres Rigid Body tracken.

Es gibt zwei Möglichkeiten das Referenzsystem in QTM zu ändern:

Ein anderes Rigid Body als Referenz

Dieser Ansatz lohnt sich, wenn Sie die Lage Ihres Rigid Body in Bezug zu einem statischen Rigid Body benötigen.

  1. Öffnen Sie die Project Options (strg+W) und wählen 6DOF Tracking auf der linken Seite.
  2. Wählen Sie Ihr Rigid Body und klicken Coordinate System auf der rechten Seite.
  3. Es öffnet sich ein Fenster. Dort klicken Sie Use the coordinate System of this rigid body und wählen das Referenzobjekt aus.
  4. Schließen Sie beide Fenster durch Klick auf OK.

Die vorgenommenen Änderungen betreffen Ihr Projekt und werden zukünftige Aufnahmen beeinflussen. Möchten Sie die Änderungen auf bereits bestehende Aufnahmen übertragen, müssen Sie diese reprozessen:

  1. Klicken Sie auf das entsprechende Icon in der oberen Leiste (strg+shift+R).
  2. Stellen Sie sicher, dass die Checkbox bei Calculate 6DOF angewählt ist und wählen im Dropdown Menü rechts daneben project anstelle von measurement
  3. Bestätigen Sie die Änderung mit OK.

Setzen eines alternativen fixen Koordinatensystems

Diese Option ermöglicht es Ihnen, manuell ein Koordinatensystem einzutragen oder die aktuelle Ausrichtung und Position Ihres Rigid Body zu verändern.

  1. Während Sie im Live Modus sind (strg+N), öffnen Sie die Project Options und wählen 6DOF Tracking.
  2. Wie zuvor, wählen Sie Ihr Rigid Body und klicken Coordinate System.
  3. Wählen Sie Use this coordinate system (relative the global coordinate system). Nun können Sie neue Koordinaten und Rotationen eingeben.
  4. Durch Klick auf Get position/ Get orientation setzen Sie den Wert auf die aktuelle Position/Orientierung Ihres Rigid Body.
  5. Bestätigen Sie mit OK.

Echtzeit Streaming von Rigid Bodys

QTM ermöglicht es Ihnen Ihre Rigid Body Daten in Echtzeit in andere Programme oder Anwendungen zu streamen. Gestreamt werden die Position, Euler-Winkel, Rotationsmatrizen und Residuen.

Es werden Echtzeit-Plugins für MATLAB und LabVIEW angeboten. Es ist außerdem möglich über Open Sound Control (OSC) oder das Unity SDK zu streamen.