7 снежня 2017
Ключавыя словы: 3d сканаванне, асабовая анімацыя, 3d аватары, 3d skinning, 3d rigging, міміка, face capture.
У гістарычнай навуцы шырока вядомы метад М.М. Герасімава рэканструкцыі асобы па касцяным парэшткаў [1] . Метад аднаўлення асобы па чэрапе атрымаў шырокае распаўсюджванне ў антрапалогіі, а колькасць паспяховых рэканструкцый выкапняў людзей і гістарычныя асоб вылічаецца сотнямі. Спадчына Герасімава і яго метаду рэканструкцыі асобы атрымаў шырокае распаўсюджанне і ў працах яго паслядоўнікаў і вучняў [2] .Пры трохмерным сканаванні работ выкананых па метадзе Герасімава з'яўляецца навукова аргументаваная трохмерная мадэль, якая ў далейшым можа выкарыстоўвацца як аснова для стварэння мімічнай рэканструкцыі на аснове сімуляцыі працы цягліц і ўзаемасувязі асаблівасцяў працы цягліц з касцянымі парэшткамі.
Аднак у пры стварэнні такой рэканструкцыі з'яўляецца цэлы шэраг пытанняў, які патрабуе дэталёвага даследавання, асноўнымі з якіх з'яўляюцца: ўзаемасувязь характэрных рысаў і асаблівасці мімікі па апісальным крыніцах для персанажа, біямеханіка працы цягліц і іх ўзаемасувязь з касцянымі дадзенымі, праблема суадносін мастацкасці і навуковасці ў такіх рэканструкцыях.
Пры выкарыстанні тэхналогіі захопу мімікі наведвальніка ў музеі, на інтэрактыўнай вітрыне, такія мімічныя рэканструкцыі "трохмерныя аватары" могуць наглядна ўявіць персанажа і яго характэрныя асаблівасці ў цікавым для наведвальніка і займальным фармаце, а быўшы прадстаўленымі ў выглядзе відэа "ажывіць" скульптуру, бюст, маску або рэканструкцыю ладу.
У абмеркаваннях на тэму метаду Герасімава мноства раз закраналася пытанне магчымасці выкарыстання камп'ютэрных тэхналогій для рэканструкцыі, але зыходзячы з агульных інтанацый гучання можна сказаць што прафесійных скульптараў ён не задавальняе ў сілу таго што з'яўляецца нязвыклым. [3] Нягледзячы на тое што на сённяшні дзень існуе вялікая колькасць праграм для так званага "скульптинга" - лепкі трохмерных мадэляў у спецыяльных рэдактарах, метад звычайнай мастацкай лепкі застаецца больш звыклым. [4]
З распаўсюджваннем трохмернага сканавальнага абсталявання з'явілася магчымасць яго комплекснага выкарыстання для рэканструкцыі па метадзе Герасімава разам з сучаснымі тэхналогіямі пост-апрацоўкі, якія прымяняюцца ў сферы кіно і пры распрацоўкі гульняў. Гэта тычыцца магчымасцяў шкілетнай анімацыі, мімічнай анімацыі, і стварэння шэйдараў і тэкстур, якія могуць перадаць не толькі прасторавыя характарыстыкі рэканструкцыі, але і оптыка-каляровыя ўласцівасці тканін цела.
Адной з такіх цікавых кінематаграфічных тэхналогій можна прывесці прыклад тэхналогію рэалістычнага стварэння скуры SSS (subsurface scattering, або подповерхностных рассейвання), які з высокай ступенню рэалістычнасці можа перадаваць характарыстыкі скуры. Упершыню гэтая тэхналогія была выкарыстаная ў фільме "Праметэй" (рэж. Рыдлі Скот, 2012), і цяпер шырока распаўсюдзілася ў кінематографе і трохмерных тэхналогіях.
Мал.1. Выніковая статычная рэканструкцыя: дададзены Шейдер скуры, маршчыны, дададзеныя валасы.
Канчатковым вынікам такой працы па "ажыўленні" рэканструкцый з'яўляецца інтэрактыўная рэканструкцыя, якая будучы выстаўленай у музеі працуе ў рэжыме "люстэрка" капіюючы міміку наведвальнікаў і прымяраючы яе на рэканструкцыю.
У аснове гэтай тэхналогіі выкарыстоўваюцца так званыя blendshape [5] мадэлі - загадзя змадэляваныя пры дапамозе трохмернага скульптинга выразы асобы трохмернага скана (так званыя мімічныя патэрны), якія пры дапамозе адмысловага праграмнага забеспячэння супастаўляюцца з выразамі асобы наведвальніка. Найбольш вядомыя праграмы для безмаркерного захопу мімікі гэта Faceshift [6] , Brekel Face Pro [7] , Faceware [8] і інш. Захоп мімікі наведвальніка вырабляецца пры дапамозе датчыка глыбіні kinect або аналагічных сэнсараў глыбіні. [9] Гатовая інтэрактыўная інсталяцыя была апрабавана на фестывалі "Навукоўцы супраць міфаў 5" і выклікала актыўны цікавасць наведвальнікаў. [10]
Мал.2. Інтэрактыўная інсталяцыя з мімічнай рэканструкцыі бюста неандэртальца, выкарыстоўваўся трохмерны скан працы М.М. Герасімава
Хацелася б больш падрабязна спыніцца на этапах працэсу работы па анімаваных і стварэнню мімічнай рэканструкцый на аснове рэканструкцый бюстаў па метадзе Герасімава, а таксама на выкарыстоўваным праграмным забеспячэннем для такой працы.
Мал.3. Настройка шэйдараў скуры і маляванне тэкстур. Autodesk 3DS MAX і Corona Render /
У самым пачатку працы было праведзена трохмернага сканавання бюста неандэртальца, выстаўленага ў Дзяржаўным дарвінаўскай музеі ў зале "Эвалюцыя чалавека". Для сканавання выкарыстоўваўся трохмерны сканер Artec Eva [11] . Гэты сканер з'яўляецца універсальным рашэннем для сканавання аб'ектаў сярэдніх і вялікіх габарытаў. Заяўленая дакладнасць сканэра складае 0.1 мм. У сваёй працы сканер выкарыстоўвае тэхналогію структураванай падсвятлення, якая дазваляе праводзіць работы па аблічбоўцы ў рэальным часе. Таксама тэхналогія структураванай падсвятлення дазваляе атрымаць тэкстуры для трохмернай мадэлі з раўнамерна засвечанай паверхняй. Трохмерны сканер выкарыстоўваўся ў звязку з праграмным забеспячэннем Artec Studio 9 . Гэта праграмнае забеспячэнне дазваляе апрацоўваць атрыманыя трохмерныя фрагменты, супастаўляць іх. У праграме ёсць унікальныя алгарытмы для выпраўлення і карэкцыі геаметрыі, а таксама пост-апрацоўкі мадэлі для атрымання найлепшых вынікаў.
Мал.4. Сканаванне рэканструкцыі М.М. Герасімава ў дарвінаўскай музеі.
Наступны этап - гэта так званая ретопология (змены геаметрыі ных формаў трохмернай мадэлі) і аптымізацыя атрыманай у працэсе сканавання мадэлі. а таксама абсталяванне трохмернага скана адтулінамі для вачэй. Паколькі праграмнае забеспячэнне прызначана ў першую чаргу для працы з низкополигональные аб'ектамі неабходна моцна скараціць шчыльнасць полигональной сеткі. Для гэтага выкарыстоўваецца метад пераносу дэталізацыі з высокополигональной мадэлі (так званае "запяканне" карты нармалей з высокополигональной мадэлі на низкополигональную). Для ретопологии выкарыстоўвалася спецыяльнае праграмнае забеспячэнне Instant Meshes - бясплатная праграма для аўтаматычнай ретопологии мешей: стварэння раўнамернай сеткі з трыкутнікаў або квадов. Яна з'яўляецца практычнай рэалізацыяй метаду, прапанаванага ў артыкуле «Instant Field-Aligned Meshes» (Wenzel Jakob, Marco Tarini, Daniele Panozzo, Olga Sorkine-Hornung), прадстаўленай на SIGGRAPH Asia 2015 спецыялістамі з Швейцарскай вышэйшай тэхнічнай школы Цюрыха. [12]
Далей, для скульптинга 42 эмоцый і апрацоўкі адтулін для вачэй і рота быў выкарыстаны графічны планшэт і бясплатны сэрвіс для онлайн скульптинга Sculpt Gl [13] . Выніковыя мадэлі былі аб'яднаны ў blendshapes пры дапамозе мадыфікатара morphing у праграме Autodesk 3ds Max. Відэа пра тое як гэта выглядае можна паглядзець па спасылцы на YouTube у канцы артыкула.
Мал.5. Ретопология і аптымізацыя трохмернага скана пры дапамозе праграмнага забеспячэння Instant Meshes.
Самым складаным і працаёмкім этапам пасля мадэлявання быў так званы скиннинг - аснастка трохмернай мадэлі косткамі і отстройка дэфармацыі мадэлі і яе сувязь з касцяной сістэмай. Для гэтых мэтаў сістэма анімацыі пры дапамозе костак у 3ds max і мадыфікатар skin. Гэта даволі карпатлівая праца, і яе прыходзілася некалькі разоў перарабляць для таго каб месцы згіну мадэлі рэалістычна перадавалі паводзіны скуры і шыйных суставаў.
Мал.4. Для таго каб трохмерная мадэль рэалістычна дэфармавалася яе трэба
наладзіць: гэтыя этапы называюцца риггинг (вос Настка косткамі) і скиннинг (дэфармацыі)
У якасці заключэння можна адзначыць, што пакуль у нашай працы ёсць вялікая ступень мастацкай складнікам, і зараз мы пачынаем працу з спецыялістамі па метадзе Герасімава для таго каб можна было пабудаваць дэфармацыі паверхняў не на аснове ручнога мадэлявання, у пры дапамозе асаблівасцяў працы мышачнай тканіны. Выніковы працэс анімацыі мімікі і інтэрактыўнага ўзаемадзеяння можна паглядзець па спасылцы на Youtube. [14]
Ахтамзян А.І.
Альшанскі Д.У.
Ахтамзян Н.І.
Аддзел мультымедыя і інтэрнэт праектаў
дарвінаўскай музея
[1] Герасімаў М. М. Аднаўленне асобы па чэрапе "(Сучасны і выкапнёвы чалавек) // Працы Інстытута этнаграфіі АН СССР. Нов. Шэры. 28, М., 1955.
[2] См. Напрыклад Д.У. Пяжэмскі Досведы М.М. Герасімава па аднаўленні вонкавага аблічча старажытнарускіх князёў
[3] Taylor, RG & Angel, C. (2005 г.). Facial Reconstruction and Approximation. Computer Graphic Facial Reconstruction. 177-185.
[4] ZBrush is the 3D industry's standard digital sculpting application URL: http://pixologic.com/ (дата звароту: 2017/11/30).
[5] Прымяненне Blend Shapes (формаў змешвання) для анімацыі URL: https://docs.unity3d.com/ru/530/Manual/BlendShapes.html (дата звароту: 2017/11/28).
[6] Пасля куплі праграмнага забеспячэння кампаніяй Apple перастаў існаваць http://faceshift.com (Дата звароту: 2017/11/28)
[7] Brekel Pro Face 2 URL: http://brekel.com/brekel-pro-face-2/ (дата звароту: 2017/11/28).
[8] Faceware prides itself and its products on core principles. URL: http://facewaretech.com/company/ (дата звароту: 2017/11/28).
[9] Kinect - бескантактавы сэнсарны гульнявы кантролер URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Kinect (дата звароту: 2017/11/28).
[10] Фестываль "Навукоўцы супраць міфаў 5" URL: http://antropogenez.ru/scientists-against-myths/ (дата звароту: 2017/11/30).
[11] Artec Eva Хуткі 3D-сканер для прафесіяналаў URL: https://www.artec3d.com/ru/portable-3d-scanners/artec-eva (дата звароту: 2017/11/30).
[12] Instant Meshes: A free quad-based autoretopology program URL: https://github.com/wjakob/instant-meshes (дата звароту: 2017/11/30).
[13] SculptGL - A WebGL sculpting app - Stephane Ginier URL: https://stephaneginier.com/sculptgl/ (дата звароту: 2017/11/30).
[14] Інтэрактыўны 3D-Аватар неандэртальца зроблены з трохмернага скана ў музеі URL: https://youtu.be/NuZ8kB37v2k (дата звароту: 2017/11/30).
Каментары могуць пакідаць толькі зарэгістраваныя карыстальнікі
