Технология Motion Capture

Технология Motion Capture или, если по-русски, «захват движений» позволяет оцифровать движения актёра и использовать их для управления трёхмерной моделью персонажа. Захват движения активно используется и в компьютерных играх, и в анимации, и в кинематографе.

Сама технология Motion Capture появилась на свет вместе с Mortal Kombat. Что именно Acclaim первой пришла в голову идея облепить актеров проводами и заставить плясать перед камерами, а отснятый материал перевести потом в цифровой вид и вставить в игру. Вы тоже так думали, не правда ли? Причем, если вы достаточно давно играете в компьютерные игры, то скорее всего вспомните великолепный файтинг фирмы Acclaim — Mortal Kombat.

В Mortal Kombat’е Motion Capture впервые пришел в игры — а у самой технологии есть долгая и интересная история, компьютеры в которой, кстати, присутствуют далеко не с первых дней .

В середине 70-х студия Уолта Диснея, для реалистичной анимации человеческих персонажей стала использовать технику, называемую ротоскопия. Аниматоры брали фрагменты кинопленки и на специальном станке перерисовывали с реальных актеров фигурки героев будущего мультфильма. Представляете, сколько на это уходило сил и времени? Тогда еще не было достаточно мощных компьютеров и художникам приходилось каждый кадр рисовать в ручную (что примечательно, в советском мультипликате для обозначения этого процесса использовался термин «эклер» — так назывался трофейный немецкий станок ротоскопии, доставшийся в наследство от немцев, монтировавших на нем пропагандистскую кинохронику). Так на свет появился самый первый «ручной» Motion Capture.

В начале 80-х медики в американских институтах стали применять компьютеры для исследования человеческого тела. Том Калверт, профессор кинезиологии и компьютерных наук предложил использовать потенциометры, прикрепляя их к различным суставам на человеческом теле. Компьютер измерял данные приборов и показывал на экране двигающийся скелет человека. Калверт использовал свое изобретение для наглядной изучения кинематики человеческого организма, дефектов мускулатурной системы, а также для . демонстрации па-де-де в хореографических классах.

Чуть позже, в 1982-83 году, компьютерные установки, отслеживающие движения человека, стали использовать в компьютерной графике. Первые комплексы Motion Capture были оптическими. Принцип их работы был следующим: на теле актера в местах сочленений и суставов крепились маленькие лампочки или же обычные светоотражающие элементы (наподобие велосипедных катафот), после чего движения фигуры снимались на камеру. Для получения объемного изображения актера снимали двумя камерами, под разными углами. Совмещая координаты одной и той же лампочки, полученные с двух камер, можно было достаточно точно вычислить месторасположение точки в пространстве. Такие оптические системы были весьма медленными и неточными. К тому же, отснятый материал требовал дополнительной обработки и фильтрации .

В 1988 году в недрах Silicon Graphics придумали достаточно оригинальный способ управлять мимикой компьютерного лица, используя для этой цели марионетку. Так появился «Майк-болтающая-голова» — компьютерный персонаж, способный шевелить губами, моргать глазами и вертеть носом. А управлялся он особым устройством, надеваемым на пальцы. Впоследствии SGI усовершенствовала «Майка» и создала настоящего компьютерного человечка, способного дрыгать ножками, ручками, и всем, что только может дрыгаться. Управляло им особое устройство, выполненное в виде механической руки, крепившейся к руке человеческой (видать, одних пальцев, было уже недостаточно).

С течением времени технологии Motion Capture совершенствовались, становились удобнее и точнее. Взамен светодиодов стали использовать магнитное поле (актера обклеивали маленькими металлическими детекторами), и даже изобрели специальные костюмы «exoskeleton», позволявшие отследить даже малейшие движения мускулов.

В 90-х годах Motion Capture стали использовать не только в компьютерной индустрии. На американском телевидении в течение трех с половиной лет выходила детская передача Canaille Peluche. Главный герой — доброе приведение Мат — общался с различными актерами и приглашенными гостями (чтобы понять, как это выглядело, вспомните фильм «Кто подставил кролика Роджера»). Мата создавала целая команда «кукловод», управлявших движениями компьютерного персонажа используя системы Motion Capture. На производство семиминутной передачи уходило около шести-восьми часов работы.

В 1992 году компания SimGraphics разработала систему слежения и обработки мимики человеческого лица. Первый прототип был продемонстрирован на выставке видео игр, где всеми любимый герой Марио общался с публикой с компьютерного экрана, отвечал на вопросы, смеялся и строил глазками. Естественно всеми движениями физиономии Марио управлял сидевший за экраном актер. Следующим изобретением SimGraphics стала специальная перчатка «кукловода», преобразовывавшая движения актера в движения фигурки на экране.

А потом . потом, в 1993 году появился Mortal Kombat. Процесс Motion Capture осуществляли с использованием оптической технологии, шестью различными камерами [5].

Сейчас Motion Capture используют в играх все кому не лень. Трехмерные файтинги а-ля Tekken, сексапильные движения попки а-ля Лара Крофт, реалистичная мимика лица а-ля Half-Life — все это, и много другое, — Motion Capture.

Как Марк Руффало становится Халком

Как и все, что нам кажется последним словом технологии, motion capture, сокращенно — mocap, или мо-кап, появился относительно давно. Первые серьезные эксперименты с ним относятся к началу 1980-х годов — времени, когда возникло само понятие компьютерных спецэффектов, а стереокинематограф переживал очередной ренессанс. Правда, в кино применять мо-кап было невозможно — мощности того времени не позволяли создать достоверные цифровые модели, которым можно было бы придать записанные движения актеров. Так что мо-кап оставался уделом отдельных смелых экспериментаторов из небольших венчурных компаний и американских университетов, о которых можно прочитать в материалах конференции SIGGRAPH, важнейшей мировой выставки компьютерной графики.

К концу 1980-х годов в кинематографе появились достоверные цифровые модели, а в 1990 году вышла картина, впервые использовавшая мо-кап для создания персонажа — «Вспомнить все» с Арнольдом Шварценеггером. Периодически нарисованные герои, повторявшие движения реальных актеров, появлялись на экране, однако им явно не хватало жизненности.

гифка несколько осовременена, но все же .. «Вспомнить все» (1990) – первый полнометражный фильм, в котором использовалась технология Motion Capture. В основном это были эпизоды с общими планами на фоне красной планеты.

К середине 1990-х проблемы мо-капа и достоверности цифровых моделей волновали практически всех специалистов в области спецэффектов. Питер Джексон и Роберт Земекис пытались вместе преодолеть технические трудности на съемках «Страшил», на тот момент — 1996 год — самого насыщенного компьютерной графикой фильма. В 1999 году Земекис вложил $5 млн. в центр цифровых технологий при Университете Южной Калифорнии — 33 сотки высочайших на тот момент достижений в области 3D, цифровой съемки и, конечно, мо-капа.

Эти, без преувеличения, великие режиссеры прочно ассоциируются с триумфом мо-капа в начале XXI века. Голлум из «Властелина колец» Питера Джексона был первым потрясающим воображение героем, созданным этой технологией (2002 — 2003). Следом вышел «Полярный экспресс» Роберта Земекиса (2004) — первый фильм, а точнее, мультфильм, не только в цифровом 3D, но и с использованием мо-капа для всех персонажей, которых были десятки. Тогда критики отмечали, что «Полярный экспресс» — это великий момент в истории кино, момент перехода от аналогового к цифровому кинематографу.

Технология требует многочисленных усовершенствований, но все они касаются, прежде всего, деталей — фотографической реалистичности в мо-капе уже добились, как показывает пример Земекиса или, например, «Аватара» Джеймса Кэмерона.

Существуют два вида motion capture:

1. Одним из первых крупных проектов, использующих технологию захвата движений, был компьютерный мультфильм Sinbad: Beyond the Veil of Mists снятый в1997 году. Все человеческие персонажи были анимированы именно с помощью motion capture (разумеется не без доработки «напильником»).Система маркеров motion capture, где используется специальное оборудование. На актера надевается костюм с датчиками, когда он воспроизводит нужные движения, то данные с датчиков фиксируются специальными камерами и поступают в компьютер, где сводятся в 3D модель, воспроизводящую действия актёра, на основе которой позже (или в режиме реального времени) создаётся анимация персонажа. Также этим методом создается мимика актёра
2. Безмаркерная технология, не требующая специальных датчиков или специального костюма. Безмаркерная технология основана на технологиях распознавания образов. Актер может сниматься в обычной одежде, что сильно ускоряет подготовку к съемкам и позволяет снимать сложные движения (борьба, падения, прыжки, и т. п.) без риска повреждения датчиков или маркеров.

На сегодняшний день существуют большое количество маркерных систем захвата движений. Различие между ними заключается в принципе передачи движений.

1. Оптические пассивные. На костюме, входящем в комплект такой системы, прикреплены датчики-маркеры, которые названы пассивными, потому что отражают только посланный на них свет, но сами не светятся. В таких системах свет (инфра-красный) на маркеры посылается с установленных на камерах высокочастотных стробоскопов и, отразившись от маркеров, попадает обратно в объектив камеры, сообщая тем самым позицию маркера. Минус оптических пассивных систем заключается в длительности размещения маркеров на актёре. Так же иногда при быстром движении или близком расположении маркеров друг к другу система может их путать (поскольку эта технология не предусматривает идентификации каждого маркера по отдельности).
2. Оптические активные названы так потому, что вместо светоотражающих маркеров, которые крепятся к костюму актёра, в них используются светодиоды с интегрированными процессорами и радио-синхронизацией. Каждому светодиоду назначается ID (идентификатор), что позволяет системе не путать маркеры друг с другом, а также узнавать их, после того как они были перекрыты и снова появились в поле зрения камер. Во всём остальном принцип работы таких систем схож с пассивными системами. Минусы активных систем:
• Отсутствие возможности захвата движений и мимики лица
• Дополнительный контроллер, крепящийся к актёру и подключенный к маркерам-светодиодам, сковывает его движения
• Хрупкость и относительно высокая стоимость маркеров-светодиодов
3. Магнитные системы, в которых маркерами являются магниты, а камерами — ресиверы, система высчитывает их позиции по искажениям магнитного потока. Минусы магнитных систем:
• Магнитные системы подвержены магнитным и электрическим помехам от металлических предметов и окружения (электропроводки помещения, оргтехники, арматуры в плитах строения)
• Переменчивая чувствительность сенсоров в зависимости от их положения в рабочей зоне
• Меньшая по сравнению с оптическими системами рабочая зона
• Отсутствие возможности захвата движений и мимики лица
• Дополнительный контроллер, прикреплённый к актёру и подключенный к магнитным маркерам, или даже связка проводов, тянущаяся от актёра к компьютеру.
• Высокая стоимость магнитных маркеров
4. Механические системы напрямую следят за сгибами суставов, для этого на актёра надевается специальный механический mocap-скелет, который повторяет следом за ним все движения. В компьютер при этом передаются данные об углах сгибов всех суставов. Минусы механических систем:
• Mocap-скелет, с дополнительным контроллером, прикреплённым к актёру и подключенным к сенсорам сгибов, а в некоторых случаях и провода, тянущиеся от скелета, сильно ограничивают движения актёра.
• Отсутствие возможности захвата:
• Движений и мимики лица
• Движений тесного взаимодействия двух и более актёров (борьба, танцы с поддержками и т. д.)
• Движений на полу — кувырки, падения и т. д.
• Риск поломки механики при неосторожном использовании.
5. Гироскопические / инерциальные системы для сбора информации о движении используют миниатюрные гироскопы и инерциальные сенсоры, расположенные на теле актёра — также как и маркеры или магниты в других mocap-системах. Данные с гироскопов и сенсоров передаются в компьютер, где происходит их обработка и запись. Система определяет не только положение сенсора, но также угол его наклона. Минусы гироскопических / инерциальных систем:
• Отсутствие возможности захвата движений и мимики лица
• Дополнительный контроллер, прикреплённый к актёру и подключенный к магнитным маркерам, или даже связка проводов, тянущаяся от актёра к компьютеру.
• Высокая стоимость гироскопов и инерциальных сенсоров
• Для определения положения актёра в пространстве нужна дополнительная мини-система (оптическая или магнитная)

Захват движений и мимики актера для последующего переноса на 3D модель персонажа. Отличным примером может служить фильм «Аватар», где все племя На`ви было создано с помощью этой системы.Однако пионер в этой области анимации была видеоигра для приставки Atari Jaguar — Highlander: The Last of the Macleods, созданная в 1995 году. Геймплей был похож на первые части Resident Evil, игрок управляя персонажем дрался с монстрами и решал головоломки.

Важной вехой motion capture было воссоздание персонажа из «Властелина колец» — Голлума.

Команда Питера Джексона сделала практически невозможное — воспроизвели пугающе достоверную модель, которая имитировала настолько верные движения, насколько они характерны для этого персонажа. Конечно большая заслуга актера motion capture -Энди Сёркиса, который и сыграл Голлума.

Также существует два типа захвата объектов:

- Второй вид захватывает не определенного актера, а какой либо объект взаимодействия. Например: 3D персонаж должен разрушить стену, снимают деформацию стены а потом добавляют персонажа. Наглядно этот способ демонстрируется в фильме «Я, Робот».

Но при всех видимых преимуществах motion capture (реалистичная анимация, совмещение 3D моделей с актерами в реальном времени), есть конечно и недостатки. Это дорогая стоимость систем, ограничения законами физики, малая площадь павильона и разнообразие движений.

В процессе работы над продолжениями знаменитого фильма «Аватар» Джеймсом Кэмероном использована для съемок под водой технология «motion capture». Эта технология называется еще «технологией захвата движений». Об этом сообщил популярному изданию «The Hollywood Reporter» продюсер сиквелов Джон Ландау.

Технология «motion capture» предусматривает использование во время съемок особых костюмов, на которые прикреплено множество датчиков. Специальные камеры фиксируют и отслеживают движения датчиков, контролируя их перемещение в пространстве. Эта технология захвата движений неоднократно использовалась для съемок фильмов, например, таким образом «оживлялись» инопланетяне, когда снимался первый «Аватар». Но подобные костюмы еще ни разу не применялись в подводных съемках.

Как говорит Ландау, специалисты умеют создавать воду, используя компьютерную графику, но невозможно создать полную иллюзию нахождения под водой, если у актера нет прямого ощущения контакта с жидкой средой. Именно поэтому, Кэмерон собирается снимать актеров находящихся в бассейне, наполненном настоящей водой.

Кэмерон уже объявлял еще осенью в 2010-м году, что собирается снять два продолжения фильма «Аватар». Известно, что в этих сиквелах кинематографист собирается исследовать океаны и моря Пандоры – планеты, где произошли все события первого фильма. Оба продолжения, как и первоначально снятый фильм «Аватар», вышедший в декабре 2009-го года, снимут в формате 3D.

Предлагаю вам посмотреть на то, проходят съемки очередной серии «Звездных войн 7″ на примере нескольких анимированных гифок в продолжении поста. Если вы думаете, что для всех локаций из кинофильма специально производятся дорогостоящие декорации и съемочная группа вынуждена все время перемещаться по гигантской съемочной площадке, вы сильно ошибаетесь.

А теперь еще немного про АВАТАР:

источники

http://www.newreferat.com/ref-5793-3.html

http://sulfurseven.blogspot.ru/2013/03/motion-capture.html

http://e2epro.com/tehnica/dzhejms-kemeron-vpervye-ispolzuet-texnologiyu-motion-capture-pod-vodoj-dlya-semki-avatara-2/

http://www.animapedia.ru/index.php/Motion_Capture

Вот посмотрите, Что видят актеры все чаще и чаще на площадке или например мы уже довольно подробно рассматривали что такое  Технология совмещения изображений Chromakey. А вот еще посмотрите, как создает снег ДИСНЕЙ

Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия - http://infoglaz.ru/?p=41123