运动结构在现实世界中非常普遍。它们范围从简单的铰接物对象到复杂的机械系统。但是，尽管它们相关，但大多数基于模型的3D跟踪方法仅考虑刚性对象。为了克服这一限制，我们提出了一个灵活的框架，该框架允许将现有的6DOF算法扩展到运动结构。我们的方法着重于采用类似牛顿的优化技术的方法，这些方法广泛用于对象跟踪中。该框架考虑了树状和封闭的运动学结构，并允许对关节和约束的灵活配置。为了从单个刚体到多体系统的项目方程式，使用了雅各布人。对于封闭的运动链，开发了一种具有Lagrange乘数的新型配方。在详细的数学证明中，我们表明我们的约束配方会导致精确的运动解，并在单个迭代中收敛。基于提出的框架，我们将ICG扩展到了最新的刚性对象跟踪算法，将其扩展到多体跟踪。为了进行评估，我们创建了一个高度现实的合成数据集，该数据集具有大量序列和各种机器人。基于此数据集，我们进行了多种实验，这些实验证明了开发框架和我们的多体跟踪器的出色性能。

解决逆运动学问题是针对清晰机器人的运动计划，控制和校准的基本挑战。这些机器人的运动学模型通常通过关节角度进行参数化，从而在机器人构型和最终效果姿势之间产生复杂的映射。或者，可以使用机器人附加点之间的不变距离来表示运动学模型和任务约束。在本文中，我们将基于距离的逆运动学的等效性和大量铰接式机器人和任务约束的距离几何问题进行形式化。与以前的方法不同，我们使用距离几何形状和低级别矩阵完成之间的连接来通过局部优化完成部分欧几里得距离矩阵来找到逆运动学解决方案。此外，我们用固定级革兰氏矩阵的Riemannian歧管来参数欧几里得距离矩阵的空间，从而使我们能够利用各种成熟的Riemannian优化方法。最后，我们表明，绑定的平滑性可用于生成知情的初始化，而无需大量的计算开销，从而改善收敛性。我们证明，我们的逆运动求解器比传统技术获得更高的成功率，并且在涉及许多工作区约束的问题上大大优于它们。

Many problems in robotics are fundamentally problems of geometry, which lead to an increased research effort in geometric methods for robotics in recent years. The results were algorithms using the various frameworks of screw theory, Lie algebra and dual quaternions. A unification and generalization of these popular formalisms can be found in geometric algebra. The aim of this paper is to showcase the capabilities of geometric algebra when applied to robot manipulation tasks. In particular the modelling of cost functions for optimal control can be done uniformly across different geometric primitives leading to a low symbolic complexity of the resulting expressions and a geometric intuitiveness. We demonstrate the usefulness, simplicity and computational efficiency of geometric algebra in several experiments using a Franka Emika robot. The presented algorithms were implemented in c++20 and resulted in the publicly available library \textit{gafro}. The benchmark shows faster computation of the kinematics than state-of-the-art robotics libraries.

通常，非刚性登记的问题是匹配在两个不同点拍摄的动态对象的两个不同扫描。这些扫描可以进行刚性动作和非刚性变形。由于模型的新部分可能进入视图，而其他部件在两个扫描之间堵塞，则重叠区域是两个扫描的子集。在最常规的设置中，没有给出先前的模板形状，并且没有可用的标记或显式特征点对应关系。因此，这种情况是局部匹配问题，其考虑了随后的扫描在具有大量重叠区域的情况下进行的扫描经历的假设[28]。本文在环境中寻址的问题是同时在环境中映射变形对象和本地化摄像机。

机器人社区在为软机器人设备建模提供的理论工具的复杂程度中看到了指数增长。已经提出了不同的解决方案以克服与软机器人建模相关的困难，通常利用其他科学学科，例如连续式机械和计算机图形。这些理论基础通常被认为是理所当然的，这导致复杂的文献，因此，从未得到完整审查的主题。Withing这种情况下，提交的文件的目标是双重的。突出显示涉及建模技术的不同系列的常见理论根源，采用统一语言，以简化其主要连接和差异的分析。因此，对上市接近自然如下，并最终提供在该领域的主要作品的完整，解开，审查。

The quantitative evaluation of optical flow algorithms by Barron et al. (1994) led to significant advances in performance. The challenges for optical flow algorithms today go beyond the datasets and evaluation methods proposed in that paper. Instead, they center on problems associated with complex natural scenes, including nonrigid motion, real sensor noise, and motion discontinuities. We propose a new set of benchmarks and evaluation methods for the next generation of optical flow algorithms. To that end, we contribute four types of data to test different aspects of optical flow algorithms: (1) sequences with nonrigid motion where the ground-truth flow is determined by A preliminary version of this paper appeared in the IEEE International Conference on Computer Vision (Baker et al. 2007).

在本文中，我们介绍一种方法来自动重建与来自单个RGB视频相互作用的人的3D运动。我们的方法估计人的3D与物体姿势，接触位置和施加在人体上的接触力的姿势。这项工作的主要贡献是三倍。首先，我们介绍一种通过建模触点和相互作用的动态来联合估计人与人的运动和致动力的方法。这是一个大规模的轨迹优化问题。其次，我们开发一种方法来从输入视频自动识别，从输入视频中识别人和物体或地面之间的2D位置和时序，从而显着简化了优化的复杂性。第三，我们在最近的视频+ Mocap数据集上验证了捕获典型的Parkour行动的方法，并在互联网视频的新数据集上展示其表现，显示人们在不受约束的环境中操纵各种工具。

人类将他们的手和身体一起移动，沟通和解决任务。捕获和复制此类协调活动对于虚拟字符至关重要，以实际行为行为。令人惊讶的是，大多数方法分别对待身体和手的3D建模和跟踪。在这里，我们制定了一种手和身体的型号，并将其与全身4D序列合理。当扫描或捕获3D中的全身时，手很小，通常是部分闭塞，使其形状和难以恢复。为了应对低分辨率，闭塞和噪音，我们开发了一种名为Mano（具有铰接和非刚性变形的手模型）的新型号。曼诺从大约1000个高分辨率的3D扫描中学到了31个受试者的手中的大约一定的手。该模型是逼真的，低维，捕获非刚性形状的姿势变化，与标准图形封装兼容，可以适合任何人类的手。 Mano提供从手姿势的紧凑型映射，以构成混合形状校正和姿势协同效应的线性歧管。我们将Mano附加到标准参数化3D体形状模型（SMPL），导致完全铰接的身体和手部模型（SMPL + H）。我们通过用4D扫描仪捕获的综合体，自然，自然，自然的受试者的活动来说明SMPL + H.该配件完全自动，并导致全身型号，自然地移动详细的手动运动和在全身性能捕获之前未见的现实主义。模型和数据在我们的网站上自由用于研究目的（http://mano.is.tue.mpg.de）。

培训和测试监督对象检测模型需要大量带有地面真相标签的图像。标签定义图像中的对象类及其位置，形状以及可能的其他信息，例如姿势。即使存在人力，标签过程也非常耗时。我们引入了一个新的标签工具，用于2D图像以及3D三角网格：3D标记工具（3DLT）。这是一个独立的，功能丰富和跨平台软件，不需要安装，并且可以在Windows，MacOS和基于Linux的发行版上运行。我们不再像当前工具那样在每个图像上分别标记相同的对象，而是使用深度信息从上述图像重建三角形网格，并仅在上述网格上标记一次对象。我们使用注册来简化3D标记，离群值检测来改进2D边界框的计算和表面重建，以将标记可能性扩展到大点云。我们的工具经过最先进的方法测试，并且在保持准确性和易用性的同时，它极大地超过了它们。

结合同时定位和映射（SLAM）估计和动态场景建模可以高效地在动态环境中获得机器人自主权。机器人路径规划和障碍避免任务依赖于场景中动态对象运动的准确估计。本文介绍了VDO-SLAM，这是一种强大的视觉动态对象感知SLAM系统，用于利用语义信息，使得能够在场景中进行准确的运动估计和跟踪动态刚性物体，而无需任何先前的物体形状或几何模型的知识。所提出的方法识别和跟踪环境中的动态对象和静态结构，并将这些信息集成到统一的SLAM框架中。这导致机器人轨迹的高度准确估计和对象的全部SE（3）运动以及环境的时空地图。该系统能够从对象的SE（3）运动中提取线性速度估计，为复杂的动态环境中的导航提供重要功能。我们展示了所提出的系统对许多真实室内和室外数据集的性能，结果表明了对最先进的算法的一致和实质性的改进。可以使用源代码的开源版本。

经典的视觉同时定位和映射（SLAM）算法通常假设环境是刚性的。此假设限制了这些算法的适用性，因为它们无法准确估算包含移动物体的现实生活场景中的相机姿势和世界结构（例如汽车，自行车，行人等）。为了解决这个问题，我们提出了Twistlam：一种语义，动态和立体声猛击系统，可以跟踪环境中的动态对象。我们的算法根据其语义类创建积分群。得益于通过机械关节建模的集群间约束（语义类的功能）的定义，因此，新颖的约束束调整能够共同估计移动物体的姿势和速度以及古典世界结构和摄像机轨迹。我们对公共Kitti数据集的多个序列进行了评估，并定量证明它与最新方法相比改进了相机和对象跟踪。

在本文中，我们提出了一种通用的统一跟踪方法，用于使用机器人臂控制弹性可变形物体的形状。我们的方法是通过在对象周围形成晶格，将对象绑定到晶格，并跟踪和伺服晶格而不是对象来起作用。这使我们的方法对任何通用形式的可变形物体（线性，薄壳，体积）具有完整的3D控制。此外，它将方法的运行时复杂性与对象的几何复杂性分解。我们的方法基于可行的（ARAP）变形模型。它不需要知道对象的机械参数，并且可以通过大变形将对象驱动到所需的形状。我们方法的输入是对象表面的静止形状的点云，并且每个帧中的3D摄像头捕获了点云。 Ovearll，我们的方法比现有方法更广泛地适用。我们通过各种形状和材料（纸，橡胶，塑料，泡沫）的可变形物体进行多种实验来验证方法的效率。实验视频可在项目网站上找到：https：//sites.google.com/view/tracking-servoing-apphach。

Differentiable rendering aims to compute the derivative of the image rendering function with respect to the rendering parameters. This paper presents a novel algorithm for 6-DoF pose estimation through gradient-based optimization using a differentiable rendering pipeline. We emphasize two key contributions: (1) instead of solving the conventional 2D to 3D correspondence problem and computing reprojection errors, images (rendered using the 3D model) are compared only in the 2D feature space via sparse 2D feature correspondences. (2) Instead of an analytical image formation model, we compute an approximate local gradient of the rendering process through online learning. The learning data consists of image features extracted from multi-viewpoint renders at small perturbations in the pose neighborhood. The gradients are propagated through the rendering pipeline for the 6-DoF pose estimation using nonlinear least squares. This gradient-based optimization regresses directly upon the pose parameters by aligning the 3D model to reproduce a reference image shape. Using representative experiments, we demonstrate the application of our approach to pose estimation in proximity operations.

This is a follow-up tutorial article of our previous article entitled "Robot Basics: Representation, Rotation and Velocity". For better understanding of the topics covered in this articles, we recommend the readers to first read our previous tutorial article on robot basics. Specifically, in this article, we will cover some more advanced topics on robot kinematics, including robot motion, forward kinematics, inverse kinematics, and robot dynamics. For the topics, terminologies and notations introduced in the previous article, we will use them directly without re-introducing them again in this article. Also similar to the previous article, math and formulas will also be heavily used in this article as well (hope the readers are well prepared for the upcoming math bomb). After reading this article, readers should be able to have a deeper understanding about how robot motion, kinematics and dynamics. As to some more advanced topics about robot control, we will introduce them in the following tutorial articles for readers instead.

以准确的，稳健和快速的方式拟合人体，手或面对稀疏输入信号的参数模型，这具有重要的是在AR和VR场景中显着改善浸入。解决这些问题的系统中的一个常见的第一步是直接从输入数据重新分配参数模型的参数。这种方法是快速，稳健的，并且是迭代最小化算法的良好起点。后者搜索最小的能量函数，通常由编码关于问题的结构的知识的数据项和前沿组成。虽然这无疑是一个非常成功的食谱，但前锋往往是手工定义的启发式，发现不同术语之间的正确平衡，以实现高质量的结果是一个非琐碎的任务。此外，转换和优化这些系统以表现方式运行，需要定制实现，要求从工程师和域专家进行大量时间投资。在这项工作中，我们建立了近期学习优化的进步，并提出了由Classic Levenberg-Marquardt算法启发的更新规则。我们展示了所提出的神经优化器对从2D地标的头戴式装置和面部配件的3D体表估计问题的有效性。我们的方法可以很容易地应用于新的模型拟合问题，并提供竞争替代方案，在准确性和速度方面都提供了良好的调谐“传统”模型拟合管道。

能够重现从光相互作用到接触力学的物理现象，模拟器在越来越多的应用程序域变得越来越有用，而现实世界中的相互作用或标记数据很难获得。尽管最近取得了进展，但仍需要大量的人为努力来配置模拟器以准确地再现现实世界的行为。我们介绍了一条管道，将反向渲染与可区分的模拟相结合，从而从深度或RGB视频中创建数字双铰接式机制。我们的方法自动发现关节类型并估算其运动学参数，而整体机制的动态特性则调整为实现物理准确的模拟。正如我们在模拟系统上所证明的那样，在我们的派生模拟传输中优化的控制策略成功地回到了原始系统。此外，我们的方法准确地重建了由机器人操纵的铰接机制的运动学树，以及现实世界中耦合的摆机制的高度非线性动力学。网站：https：//Eric-heiden.github.io/video2sim

Figure 1: Example output from our system, generated in real-time with a handheld Kinect depth camera and no other sensing infrastructure. Normal maps (colour) and Phong-shaded renderings (greyscale) from our dense reconstruction system are shown. On the left for comparison is an example of the live, incomplete, and noisy data from the Kinect sensor (used as input to our system).

空中操纵器（AM）表现出特别具有挑战性的非线性动力学；无人机和操纵器携带的是一个紧密耦合的动态系统，相互影响。描述这些动力学的数学模型构成了非线性控制和深度强化学习中许多解决方案的核心。传统上，动力学的配方涉及在拉格朗日框架中的欧拉角参数化或牛顿 - 欧拉框架中的四元素参数化。前者的缺点是诞生奇异性，而后者在算法上是复杂的。这项工作提出了一个混合解决方案，结合了两者的好处，即利用拉格朗日框架的四元化方法，将无奇异参数化与拉格朗日方法的算法简单性联系起来。我们通过提供有关运动学建模过程的详细见解以及一般空中操纵器动力学的表述。获得的动力学模型对实时物理引擎进行了实验验证。获得的动力学模型的实际应用显示在计算的扭矩反馈控制器（反馈线性化）的上下文中，我们通过日益复杂的模型分析其实时功能。

近二十年来，软机器人技术一直是机器人社区中的一个热门话题。但是，对于软机器人进行建模和分析的可用工具仍然有限。本文介绍了一个用户友好的MATLAB工具箱Soft Robot Simulator（Sorosim），该工具集合了Cosserat杆的几何变量应变（GVS）模型，以促进对软，刚性或混合机器人系统的静态和动力分析。我们简要概述了工具箱的设计和结构，并通过将其结果与文献中发布的结果进行比较。为了突出该工具箱有效建模，模拟，优化和控制各种机器人系统的潜力，我们演示了四个示例应用程序。所示的应用探索了单，分支，开放式和闭合链机器人系统的不同执行器和外部加载条件。我们认为，软机器人研究社区将从Sorosim工具箱中大大受益，用于多种应用。

Recovering the skeletal shape of an animal from a monocular video is a longstanding challenge. Prevailing animal reconstruction methods often adopt a control-point driven animation model and optimize bone transforms individually without considering skeletal topology, yielding unsatisfactory shape and articulation. In contrast, humans can easily infer the articulation structure of an unknown animal by associating it with a seen articulated character in their memory. Inspired by this fact, we present CASA, a novel Category-Agnostic Skeletal Animal reconstruction method consisting of two major components: a video-to-shape retrieval process and a neural inverse graphics framework. During inference, CASA first retrieves an articulated shape from a 3D character assets bank so that the input video scores highly with the rendered image, according to a pretrained language-vision model. CASA then integrates the retrieved character into an inverse graphics framework and jointly infers the shape deformation, skeleton structure, and skinning weights through optimization. Experiments validate the efficacy of CASA regarding shape reconstruction and articulation. We further demonstrate that the resulting skeletal-animated characters can be used for re-animation.