متحرک سازی یک چهره دیجیتالی واقعی-نما

یکی از بزرگترین چالشها در گرافیک رایانه ای امکان خلق یک تصویر واقع-نمای دیجیتالی، از چهره انسان بوده است. و یکی از دلایل مشکل بودنش اینه که برخلاف آدم فضایی ها و دایناسورها، ما هر روز چهره انسان ها رو می بینیم. و این در کیفیت برقراری رابطه بین ما خیلی مهمه. در نتیجه، ما به ظریف ترین چیزهایی که ممکن هست در رندرینگ رایانه ای اشتباه بشه حساسیم، تا واقعی بودن شان باورپذیر شوند.
و کاری که در پنج دقیقه آینده میخواهم بکنم اینه که شما رو با فرایندی آشنا کنم که طی اون ما تلاش کردیم توسط رایانه یک چهره نسبتا واقعی نما بسازیم، با استفاده از یک فناوری گرافیک رایانه ای ساخت خودمون، و همکاری چند نفر از شرکتی به اسم Image Metrics و میخواهیم یک تصویر واقعی نما از چهره یک بازیگر به اسم «امیلی او. برایان» بسازیم که اینجا می بینید. و این در واقع یک رندرینگ از چهره اوست که تماماً با رایانه ساخته شده در پایان سخنرانی، حرکت اون رو خواهیم دید.
روش ما این طور بود که سعی کردیم از خود امیلی شروع کنیم، که اونقدر لطف داشت که به آزمایشگاه ما در مارینا دل ری بیاد و به عنوان مدل در اتاق نور ۵ بنشینه. این یک کره پویشگر چهره است با 156 ال.ئی.دی در اطرافش که به ما امکان تصویر برداری از او را در یک سری از وضعیت های روشنایی کنترل شده میدهد. و نورپردازی که ما امروزه استفاده میکنیم چیزی شبیه به این هست. ما تمام این تصاویر رو در مدت حدودا سه ثانیه می گیریم.
و به میزان کافی توسط الگوهای ویدئو پروژکتوری که خطوط تراز چهره ی او را پوشش می دهد و جهات اصلی نوری از اتاق نور اطلاعات ثبت می کنیم تا در هر دو مقیاس درشت و ریز جزئیات چهره او را تصویر سازی کنیم. اگر این بخش از تصویر را بزرگنمایی کنیم، می بینیم که این یک عکس واقعا خوب از اوست، چون همزمان از تمام جهات به صورتش نور تابیده شده تا از بافت صورت او تصویری خوب گرفته شود.
و بعلاوه، ما در تمام چراغ ها از قطبنده ی نور استفاده کرده ایم؛ درست مثل عینک های پلاریزه که میتوانند درخشش جاده را حذف کنند، قطبنده ها میتوانند درخشش پوست را حذف کنند، تا ما همه ی آن نورهای منعکس شده را برای گرفتن این نقشه نبینیم. حالا، اگر قطبنده ها را کمی بچرخانیم،میتوانیم آن انعکاس های نوری پوست را دوباره برگردانیم، و می بینید که او در این حالت براق و روغنی به نظر می رسه. اگر تفاوت بین این دو تصویر را بگیرید، میتوانید تصویری روشن از کل کره نورانی داشته باشید که تنها از درخشش پوست امیلی است.
فکر نمی کنم تا قبل از اینکه ما این کار را انجام بدهیم هیچ تصویری مانند این گرفته شده باشد و این نور بسیار مهمی است که باید ضبط شود، چون این نوری است که از اولین سطح پوست بازتابیده می شود و به زیر لایه های مات پوست نمی رسد و محو نمی شود و در نتیجه، نشانی خیلی خوبی است برای شکل پرجزئیات از ساختار منافذ پوست و تمام چین و چروک های ظریفی که همه ما داریم، چیزهایی که ما را شبیه یک انسان واقعی میکند
پس، اگر از اطلاعاتی که از این انعکاس های نور می رسد استفاده کنیم میتوانیم از یک پویش چهره معمولی که شامل خطوط تراز کلی چهره و شکل بنیادی است فراتر برویم و به آن اطلاعاتی اضافه کنیم که همه آن ساختار منافذ و چروکیدکی های ظریف را نشان میدهد و مهمتر از آن از آنجا که این یک فرآیند نورسنجی است که تنها سه ثانیه زمان نیاز دارد میتوانیم در طول یک بعد از ظهر از موقعیت های مختلف و حالت های گوناگون چهره امیلی تصویربرداری کنیم.
مثلا اینجا می توانید ببینید که چشمها و دهانش را تکان میدهد. وما با استفاده از اینها قرار است که یک شخصیت دیجیتالی واقعی نما خلق کنیم اگر به این اسکن ها که از امیلی داریم نگاه کنید می بینید که چهره انسان وقتی حالت های مختلف به خودش می گیره کارهای خیلی شگفت انگیزی انجام میده. مثلا می توانید ببینید که نه تنها شکل چهره تغییر میکند، بلکه کلی کج و کولگی و چروک هم روی پوست اتفاق می افتد. می بینید که ساختار منافذ پوست، از منافذ پوستی کش آمده تا بافت معمولی پوست خیلی زیاد تغییر میکند می توانید شیارهای ابرو را ببینید و اینکه چطور ریز-ساختار آنجا تغییر میکند. می بینید که عضلات، گوشت را پایین می کشند تا ابروهای او را به سمت پایین خم کنند. وقتی چهره اش را در هم میکشد عضلات او در پیشانی اش برآمده می شود.
چونکه اینها همگی با دوربین ضبط شده، علاوه بر این نوع از هندسه با رزلوشن بالا ما نقشه‌ ای عالی از بافت داریم که برای صورت به کار ببریم و با در نظر گرفتن اینکه چطور کانالهای مختلف رنگ در روشنایی، قرمز و سبز و آبی، نور را متفاوت پراکنده می کنند، می توانیم راهی برای سایه پردازی پوست در رایانه خلق کنیم. آن وقت، به جای اینکه شبیه یک مجسمه ی مانکن شود واقعا به این می ماند که از گوشت انسان زنده ساخته شده.
و این چیزی است که استفاده کردیم تا به شرکت Image Metrics ارائه دهیم که یک نسخه دیجیتالی کامل از امیلی خلق کنند. ما اینجا فقط هندسه بزرگ-مقیاس رو میبینیم. اما اونها دراصل یک عروسک خیمه شب بازی دیجیتالی از او ساخته اند، که می‌توانید این رشته‌های گوناگون را بکشید، و اون هم صورتش رو به شکلی کاملا یکسان با اسکنهایی که ما گرفتیم تغییر میدهد. و علاوه بر هندسه بزرگ-مقیاس، اونها از همه ی آن جزئیات استفاده کردند تا چیزی به نام «نقشه های جابجایی» خلق کنند که متحرک سازی هم میکند. اینها نقشه های جابجایی هستند و میبینید که آن چروک های گوناگون با متحرک کردن او نمایان میشوند.
فرایند بعدی متحرک سازی او بود. ما اتفاقا یکی از بازی های خود او را به کار بردیم تا منبع اطلاعات مان را بسازیم. با تحلیل کردن این ویدئو توسط تکنیک های دید رایانه‌ای توانستند ظاهر چهره را با بازی تولید شده توسط رایانه به حرکت در بیاورند. چیزی که الان، بعد از این قرار است ببینید یک چهره دیجیتالی کاملا واقعی-نما است. اگر بشود میتوانیم صدا را کمی زیاد کنیم.
امیلی: Image Metrics یک شرکت پویانمایی بی نشان و کارآمد است. ما متخصص پویانمایی چهره با کیفیت بالا برای فیلم‌ها و بازی‌های ویدئویی هستیم.
پل دِبِوک: اگر آنرا به چند لایه تقسیم کنیم این همان مولفه ی پراکنده است که در اسلاید اول دیدیم. این مولفه بازتاب نور متحرک است. شکل گیری همه چروک‌ها را می بینید. و این هم زیرلایه ی شبکه ی سیمی هست. و این خود امیلی است.
حالا هدف ما از این کار چیه؟ ما کمی از اتاق نور ۵ فراتر رفته‌ایم. این اتاق نور ۶ هست وهدف ما استفاده از این فناوری و به کار بردن اون برای کل بدن انسان هست این «بروس لامن» یکی از پژوهشگران گروه ماست کسی که با سخاوت قبول کرد از او حین کار در اتاق نور تصویربرداری شود و بیایید نگاهی بندازیم به نسخه تولید شده با رایانه از بروس که در محیطی جدید در حال دویدن هست بسیار ممنونم.