|
||
|
||
История анимированных человечковАлена Приказчикова Современная телеаудитория избалована дальше некуда, но в том виновата не она сама, а телевизионная индустрия, которая в гонке за свой большой рейтинг на протяжении существования коробки передающей изображение пускалась во все тяжкие, чтобы привлечь, увлечь и уже больше никогда не отпускать зрителя из своих кинескопических объятий. Ее история началась в 1911 году, когда профессору Петербургского технологического университета Борису Львовичу Розингу после четырех лет технологических исканий впервые удалось осуществить передачу изображения на расстояние с помощью своего изобретения - электронно-лучевой трубки. Мало кто знает, что первые трансляции телепередач в нашей стране начались еще в 1931 году, ведь опираясь на рассказы своих бабушек и дедушек, мы привыкли думать, что телевидение отечественное родилось только тогда, когда в домах обывателей появились первые телевизоры, больше похожие на аквариумы с рыбками - в 50-х годах. Еще меньше обыватель знает о технологиях, которые годами помогали телевизионной индустрии стать такой, какой мы знаем ее сейчас. Одна из таких технологий называется Motion Capture, она успела "засветиться" не только на телевидении, но и в кино и в компьютерных играх. С ее появлением тусклый ящик, передающий изображение, стало интереснее смотреть. У многих название технологии не вызовет никаких ассоциаций, но если напомнить им несколько эпизодов из игрового кино, компьютерной игры или название какой-нибудь телепередачи, в которых так или иначе нашла свое применение Motion Capture, почти обязательно их сознание выудит из своих закоулков что-то общее, а именно - незабываемое впечатление от удивительной реальности поведения искусственных, нарисованных, выдуманных персонажей, почти живых участников развлекательного действа. Почти живых, "почти как люди" то есть, потому что в основе технологии лежит перенос движений человека на компьютерную модель. То ли люди, то ли куклы (c) Дебиловатого кролика Роджера, которого по сюжету голливудской комедии подставили противные людишки, помните? Кто не помнит, напоминаю: кролик Роджер - мультяшка, нарисованный герой, который прекрасно себя "чувствовал" в художественном фильме и общался наравне с самыми что ни на есть реальными людьми - актерами. Он мог, например, запросто хлопнуть по пятой точке вполне реальную понравившуюся тетеньку или закурить сигару и опрокинуть в себя порядочную порцию виски. Конечно, приведенные примеры немного условны, я не очень хорошо помню фильм, но что-то такое "жизненное" он там точно исполнял. А "Звездные войны", "Титаник", "Бэтмен", "Терминатор - 2" помните? Во всех этих фильмах и многих других применялась технология Motion Capture. А играли ли вы когда-нибудь в такие мощные и запоминающиеся компьютерные игры, как Dungeon Keeper 2 и Mortal Combat? Наверное, если играли, то обязательно запомнили, насколько реально в первой выглядели танцующие скелеты, а во второй дерущиеся товарищи. Телевидение тоже не отстает. Если вы телезритель, который умеет не только смотреть, но и видеть, замечать и интересоваться воплощением того или иного действия на экране, то могли заметить элементы применения Motion Capture, например, в программе "Интернет-кафе", рассказывающей о Сети. Она создается с помощью специалистов Центра компьютерной графики "Б.С. Графика" (www.bsgraphics.ru), а вести программу реальной ведущей помогает точно скопированная компьютерная модель. Понятно, что каким бы талантом компьютерные аниматоры ни обладали, им довольно сложно было бы точно повторить на экране монитора (в процессе цифровой имитации движений человека) живой "прототип", и анимированная ведущая смахивала бы на реальную только внешним видом - пропорциями и физиономией. Реальности виртуальной компьютерной модели добиться автономно невозможно, для достижения полного эффекта "присутствия" живых реакций у виртуального персонажа нужен человек. Реализация же задачи довольна проста: к реальному "прототипу" в ключевых точках тела прикрепляются специальные датчики (или, как их еще называют, маркеры), расположение которых согласуется с компьютерным скелетом оживляемой модели. Датчики передают свои пространственные координаты в компьютер, таким образом компьютерная модель "вынуждена" повторять все движения человека. Качество синтезированного движения напрямую зависит от количества и расположения датчиков. Датчики могут быть двух видов: механическими - они соединяются с компьютером при помощи проводов - и оптическими - информацию с них считывают специальные оптические устройства, а обработка и анализ данных производится с помощью специального программного обеспечения. Понятно, что за последним способом будущее, и компаний, занимающихся разработками оптических 3D-систем захвата движения, работающих в реальном времени, сейчас появилось уже достаточно. Так, например, не так давно компания Motion Analysis Corporation разработала систему RealTime HiRES 3D Motion, которая умеет принимать и отображать трехмерные данные с минимальной задержкой. В комплекте данной конкретной системы - камеры высокого разрешения, видеопроцессоры и софт, благодаря которым максимально повышаются результаты "кэпчеринга", а захват сложных движений производится с максимальной точностью. Но возвращаемся к виртуальной ведущей. Российский опыт в сфере создания цифровых моделей человека, как вы понимаете, далеко не уникален. Помнится, несколько лет назад интернет-общественность бурно обсуждала появление в Сети бравой тетки-дикторши Анановой (Ananova). Интерес к данной конкретной представительнице завитых ресниц и подведенных бровей был вполне оправданным и поначалу привлекал по большей части мужскую половину населения планеты Земля - хотя тетка была и является до сих пор "от и до" оцифрованной. Постепенно интерес к ней как к шикарному воплощению на экране мониторов девушки, приятной во всех отношениях, спал, и посещающих ресурс www.ananova.com стало интересовать в первую очередь то, что барышня говорит, какие новости рассказывает, а не то, как она выглядит, но, как говорится, лавина пошла. Вслед за Анановой появилась новая виртуальная персона - Ива Солал (Eve Solal), разработанная французской компанией Attitude Studios (www.evesolal.com). Создатели Ивы Солал настолько хорошо потрудились над виртуальной моделью, что некоторые посетители сайта даже отказываются верить, что эта девушка - не более чем цифровая имитация. Да и разработчики добавили ситуации пикантности, сопроводив сайт комментариями о биографии виртуальной красавицы и о поиске Ив работы в сфере шоу-бизнеса. Между прочим, если в процессе цифровой персонализации ведущей сетевой телевизионной программы, о которой речь шла выше, компьютерные специалисты ставили перед собой задачу сымитировать не только лицо, но и телодвижения персонажа, то последние два примера относятся в основном к так называемой мимической Motion Capture. Мимика персонажей имитируется так же, как и движения тела, просто датчики-маркеры прикрепляются уже не к рукам, ногам и туловищу, а к губам, щекам и бровям человека, который служит "прототипом" для цифровой модели. На мой субъективный взгляд, создатели виртуальной ведущей нашей телепередачи слишком зациклились на имитации движений, в результате мимика персонажа несколько пострадала, точнее сказать, потеряла несколько пунктов, "ожила" не совсем удачно. А вот при создании Анановой и Ивы Солал как раз таки был достигнут желаемый эффект. Но двигаемся дальше. Примеров и сравнений достаточно, все это безумно интересно, однако задача у меня несколько другая - познакомить читателей с историей "захвата движения". Ведь если мне и удалось забывшим напомнить, что это за технология, а не знавшим - кратко рассказать о принципах ее работы, то уж о процессе развития Motion Capture знают единицы. А между тем это интересно. Дружок и сказка Несмотря на то что технология получила широкое применение только в последние десять лет, история ее началась довольно давно - в 70-х годах прошлого столетия (кстати, заметка по ходу дела, эта словесная комбинация до сих пор довольно странно воспринимается на слух). Идея копирования человеческих движений и применения полученных результатов в мультипликации и кино попытались воплотить в те времена еще на знаменитой студии Уолта Диснея. Аниматоры использовали принципиально похожую на Motion Capture технологию "ротоскопинг" (rotoscoping), вручную дорисовывая и ретушируя видеофрагменты на кусках пленки. Мультипликационных героев вручную срисовывали с актеров реальных и добавляли в тот или иной фрагмент мультфильма. Так вот, спустя некоторое количество времени, уже в конце 70-х, когда у аниматоров появилась возможность использовать компьютер в своей работе, ротоскопинг стал применяться не только для очищения изображения от ненужных элементов и добавления нужных, но и для более тщательной, покадровой прорисовки, наложения изображения на анимационные кадры. Так, например, в Лаборатории компьютерной графики Технологического университета Нью-Йорка для создания виртуального персонажа танцовщицы специалисты использовали частично посеребренное зеркало, чтобы интегрировать видеоизображение движения настоящих балерин в компьютер. Позы и движения реальных танцовщиц компьютер использовал как некие "ключи" для генерации более сглаженных движений виртуальных персонажей. Но ротоскопинг, к сожалению, - отнюдь не автоматический процесс, а чрезвычайно усложненная природа человеческих движений требовала от создателей фильма задания определенной порции ключей каждые несколько фреймов. Так что, в общем-то, ротоскопинг можно лишь условно назвать аналогичной Motion Capture технологией, поскольку применявшийся в далеких 70-х кропотливый, "ручной" способ захвата движения был слишком примитивен и неудобен. Но, тем не менее, начало было положено. Убедительное начало. В начале 80-х годов лаборатории биомеханики по всему миру начали использовать компьютеры для более тщательного анализа человеческой кинесики или, говоря проще - движений человеческого тела. Постепенно пионеры движения за продление человеческой жизни на экране начали сбиваться по парам, затем в тусовки по интересам, пока серьезность занятия не натолкнула их на мысль о собственной значимости для науки и развития передовых технологий и сподвигла заявить о создании сообщества компьютерной графики. Как раз в то время некий Том Калверт (Tom Calvert), профессор кинесиологии Университета Саймона Фрейзера (Simon Fraser University) взял и пошел на эксперимент. Товарищ ученый, процесс изучения собственного тела которого, видимо, к тому времени еще не закончился, решил прицепить к собственным рукам, ногам и прочему имуществу потенциометры и попробовать перевести информацию о совершаемых его телом движениях в компьютерные "крестики и нолики". Получилось! Да так великолепно, что этот метод тут же был взят на вооружение хореографическими студиями, которые с помощью специального программного обеспечения затем обучали начинающих балерин и балерунов, а также клиническими центрами, которые изучали проблемы нарушения органов движения. Последние добились впечатляющих результатов в исследованиях и применении технологии на практике при лечении больных. К примеру, таким образом врачи лечили синдром "несгибающегося колена": к здоровому и недействующему колену присоединялись потенциометры, аналоговая информация передавалась с датчиков в компьютер, конвертировалась в "цифру" и интегрировалась с компьютерной системой анимации, что в свою очередь помогало разрабатывать методику борьбы с заболеванием. История, как водится, совершила очередной свой виток, и вскоре после этих удачных экспериментов и не менее удачных применений на практике неожиданной находки профессора Калверта коммерческие системы оптического слежения типа Op-Eye и SelSpot начали использоваться сообществом компьютерной графики. К тому времени сколько-нибудь весомых и значимых групп было зафиксировано две: Architecture Machine Group Массачусетского технологического института и Лаборатория компьютерной графики Технологического университета Нью-Йорка. Именно они занимались изучением движения человеческого тела, применяя для этих целей оптические системы отслеживания кинесики. Такие системы обычно использовали и используют до сих пор (принципиально технология не изменилась, она только усовершенствуется, что делает еще более значимым открытие профессора Калверта) небольшие маркеры, присоединенные к телу - светодиоды (или индикаторы) или небольшие светоотражатели - и камеры, сфокусированные на определенном отрезке движения, проще говоря, располагающиеся под разными углами к снимаемому объекту. Комбинация специальных аппаратных средств и программного обеспечения "выбирает" маркеры на участке просмотра каждой камеры и, сравнивая изображения, вычисляет трехмерную позицию каждого датчика в определенный момент времени. Начало использования более продвинутых, оптических средств для применения технологии Motion Capture было положено. Однако и в те времена и сейчас компьютерные специалисты столкнулись с довольно сложной проблемой. Дело в том, что сама технология имеет ограничение по скорости, с которой маркеры могут фиксировать элементы движения (число позиций тела в секунду, которые могут быть "захвачены"). Немало трудностей было и с камерами, которые снимали с датчиков информацию и дифференцировали маркеры, близко расположенные друг к другу, - а точнее, с возможностями сих девайсов по разрешению. Сначала оптические системы могли отслеживать одновременно не больше дюжины датчиков (современные же системы увеличили эту характеристику в несколько раз). Проблема решалась и решается до сих пор с помощью увеличения количества используемых камер. Но даже сейчас большинству оптических систем требуются энное количество времени для пост-обработки данных, перезаписывания тех траекторий, которые каким-то образом упущены из "поля зрения" маркера, а затем и камеры, анализа и очистки данных и передачи их в компьютер. Конечно, с течением времени и эта проблема будет решена, но пока, как водится, решение многих замысловатостей технического процесса напрямую зависит от количества денег в кармане специалиста, работающего в области применения Motion Capture. Tак, например, проблема достаточного разрешения у камеры для наиболее эффективного процесса создания виртуальной модели включает в себя как минимум пару-тройку подпроблем: начиная от стоимости камеры и заканчивая способностью захвата движения. Однако вернемся к истории технологии. В 1983 году специалисты лаборатории Массачусетского технологического института разработали так называемую "Графическую Марионетку" (Graphical Marionette), скриптинговую систему, которая использовала уже упоминавшуюся оптическую систему Op-Eye, основанную на светодиодных маркерах. Две камеры со встроенными специальными фотодетекторами конвертировали информацию, снятую с каждого светодиода (индикатора), в 2D. Компьютер использовал эту информацию для получения трехмерной внешней координаты, оптическая система использовала эти данные для последующей обработки изображения - детальной прорисовки персонажа. Медленная скорость рендеринга и, что совсем немаловажно, дороговизна аппаратной части компьютеров для использования этой модификации Motion Capture так и не дала ей широко распространиться в 80-х годах. Однако с течением времени "железо" дешевело и постепенно методы, использовавшиеся в проекте "Графическая Марионетка", стали применяться в современной компьютерной анимации. 1988 год - год "Майка - Говорящей головы" (Mike the Talking Head). Такое имя небезызвестная Silicon Graphics (а точнее теплая компания разработчиков deGraf/Wahrman, которая вкалывала на Silicon Graphics) дала марионетке - кукле, которая была специально создана для демонстрации движения в реальном времени на новейших 4D-компьютерах, графических станциях компании. Аппаратная часть обеспечивала в реальном времени интерполяцию меняющихся выражений лица и геометрии головы. Майк управлялся при помощи специально разработанного контроллера, устройства, надеваемого на пальцы руки, и демонстрировал достижения Silicon Graphics в области мимической Motion Capture - марионетка шевелила губами, моргала и вообще всячески вертела своей пустой головой. Майк "засветился" на видео, а достижения Silicon Graphics явно продемонстрировали, что технология Motion Capture созрела для эксплуатации в промышленных средах. Чуть позже Silicon Graphics совместно с компанией Pacific Data Images усовершенствовала Майка. Новый ненастоящий дурак уже умел выполнять несложные движения всем телом (по большей части дрыгаться, конечно, - он же был куклой), а управлялась марионетка более усовершенствованным девайсом - механической рукой, движения которой, в свою очередь, задавала рука человека. Немного позднее Pacific Data Images самостоятельно вплотную приступила к разработке дополнительных динамических элементов в Motion Capture и разработала специальную пластиковую конструкцию малого веса с заманчивым названием "exoskeleton", которая надевалась поверх тела "прототипа" (актера), а точнее на его руки, голову и туловище. Потенциометры, прикрепленные к пластмассовой рамке, снимали данные движения тела, а компьютер обрабатывал их в реальном времени. "Пластиковый костюм" использовался во многих анимационных проектах, однако идеальным вариантом "наружный скелет" не стал, в первую очередь из-за "шумов" в электронных устройствах, а уже во вторую очередь - из-за громоздкости самой конструкции. В 1991 году Motion Capture впервые была применена на телевидении. Один французский продюсер и специалист по компьютерной анимации придумал новую систему, работающую в реальном времени и позволяющую актерам управлять марионеткой, привидением по имени Mat - главным героем детской передачи "Canaille Peluche". Трюк заключался в том, что Mat "общался" с реальными людьми, приглашенными в студию знаменитостями и обычными кукольными персонажами, а управлялся целой командой актеров (кукловодов) с помощью джойстиков, специальных контроллеров и даже с помощью "мидишных" барабанных педалей. Действо снималось на ровном одноцветном фоне, известном в наше время как "хромакей" (chromakey) - специальной ткани синего или зеленого цвета. Изображение ровной одноцветной поверхности затем заменялось с помощью компьютера абсолютно на любое. Принцип простой: изображение, передаваемое камерой, "прорезалось" по определенному цвету, то есть пиксели одного определенного цвета заменялись на желаемое. Остается добавить, что если сейчас на рендеринг такого изображения требуется не так уж и много времени, то в начале девяностых, когда создавалась передача "Canaille Peluche", семиминутная ее трансляция была результатом кропотливой работы немаленькой команды специалистов в течение целого дня. В 1992 году компанией SimGraphics была разработана система обработки мимики человеческого лица, названная "face waldo". Используя прикрепленные к губам, бровям, щекам и подбородку актера механические датчики и электромагнитные датчики на специальном шлеме, система конвертировала его движения в движения марионеток. Важность изобретения заключалась в том, что всего лишь один актер-кукловод мог управлять всеми мимическими движениями оцифрованного героя. Но первых успехов компания добилась, применив уже более продвинутую систему VActor для "оживления" героя популярной видеоигры Nintendo - Марио, который также "общался" с покупателями видеоигр на специализированных предпродажных шоу. Именно после этого SimGraphics сконцентрировала свое внимание на так называемой перфоманс-анимации. А созданные компанией виртуальные персонажи стали бессменными участниками всяческих телевизионных и шоу. Марио был младшим братом Анановой и Ивы Солал. Для оживления одного из персонажей, рекламировавших систему, компания разработала специальную перчатку "кукловода", преобразовывавшую движения актера в движения его виртуальной копии на экране. Электромагнитная система захвата преобразовывала движения актера, на теле которого были закреплены специальные датчики. На этом история технологии не заканчивается, просто сколько-нибудь серьезные вехи уже пройдены. Дальнейшее развитие технологии Motion Capture - дело техники в прямом и переносном смысле. Технические достижения помогают ее усовершенствовать и использовать не только в сфере развлечений и компьютерной анимации, но и во благо медицины и образования. И кто знает, чем в ближайшем будущем закончатся эксперименты по передаче пластики движений от живого человека трехмерной компьютерной модели. Возможно, лет через десять кажущаяся сейчас революционной технология будет считаться безнадежно устаревшей - придумают что-то другое. Но, так или иначе, нужно отдать должное тем людям, которые на протяжении нескольких десятилетий совершали, совершают и еще будут совершать маленькие и большие революции в области компьютерной графики и анимации. *** Помощь Давида Стюрмана (David J. Sturman), сотрудника компании Medialab (Париж, Франция) в создании этого материала неоценима. И за это ему большое человеческое спасибо. Источник: http://www.computery.ru/upgrade/
|
||
|
||
Copyright © "Internet Zone", http://www.izcity.com/, info@izcity.com |