Ein Mehrkörpersverfolgungsrahmen – Von Starrkörpern zu Kinetischen Strukturen

Kinetische Strukturen sind in der realen Welt sehr häufig anzutreffen. Sie reichen von einfachen gelenkigen Objekten bis hin zu komplexen mechanischen Systemen. Trotz ihrer Bedeutung berücksichtigen die meisten modellbasierten 3D-Verfolgungsverfahren jedoch nur starre Objekte. Um diese Einschränkung zu überwinden, schlagen wir ein flexibles Framework vor, das es ermöglicht, bestehende 6DoF-Algorithmen auf kinetische Strukturen zu erweitern. Unser Ansatz konzentriert sich auf Methoden, die Optimierungstechniken im Stil von Newton verwenden, die in der Objektverfolgung weit verbreitet sind. Das Framework berücksichtigt sowohl baumartige als auch geschlossene kinetische Strukturen und ermöglicht eine flexible Konfiguration von Gelenken und Nebenbedingungen. Um Gleichungen von einzelnen starren Körpern auf ein Mehrkörpersystem zu projizieren, werden Jakobimatrizen verwendet. Für geschlossene kinematische Ketten wird eine neuartige Formulierung entwickelt, die Lagrange-Multiplikatoren (Lagrange multipliers) verwendet. In einem detaillierten mathematischen Beweis zeigen wir, dass unsere Nebenbedingungsformulierung zu einer exakten kinematischen Lösung führt und in einer einzigen Iteration konvergiert. Basierend auf dem vorgeschlagenen Framework erweitern wir ICG, einen Stand-of-the-Art-Algorithmus für die Verfolgung starrer Objekte, auf Mehrkörper-Verfolgung. Zur Evaluation erstellen wir einen hochrealistischen synthetischen Datensatz, der eine große Anzahl von Sequenzen und verschiedene Roboter enthält. Auf Basis dieses Datensatzes führen wir eine Vielzahl von Experimenten durch, die die ausgezeichnete Leistungsfähigkeit des entwickelten Frameworks und unseres Mehrkörper-Trackers demonstrieren.