Захват движения
Захват движения (англ. Motion capture) — метод анимации персонажей и объектов, при котором анимация создаётся не вручную, а путём оцифровки («копирования») движений реального объекта (прежде всего, человека) и последующего переноса их на трёхмерную модель.
Метод применяется в производстве CGI-мультфильмов, а также для создания визуальных эффектов в фильмах. Широко используется в игровой индустрии. С использованием этого метода в 2004 году созданы мультфильмы «Полярный экспресс» (модель — Том Хэнкс), «Последняя фантазия» (в качестве моделей выступили добровольцы) и другие, также motion capture использовался при анимации сгенерированного компьютером киноперсонажа Голлума в трилогии «Властелин колец» (модель — Энди Серкис). В 2006 году при помощи этой технологии был создан «Ренессанс», в 2007 году — «Беовульф», в 2009 году — «Рождественская история» и «Аватар». Эта технология также была использована для создания лица Волан-де-Морта в фильмах «Гарри Поттер», а также при создании дракона Смауга в фильме «Хоббит: Пустошь Смауга» (актёр — Бенедикт Камбербэтч).
В марте 2007 года режиссёр Стивен Спилберг заявил об увеличении производства мультфильмов, созданных по технологии motion capture.
Существует мнение, что Американская киноакадемия отрицательно относится к созданию фильмов, полностью основанных на этой технологии, о чём говорят результаты отбора номинантов на премию «Оскар» в категории «Лучшие спецэффекты».
Существующие технологии
Существуют два основных вида систем motion capture:
- Маркерная система motion capture, где используется специальное оборудование. На человека надевается костюм с датчиками, он производит движения, требуемые по сценарию, встаёт в условленные позы, имитирует действия; данные с датчиков фиксируются камерами и поступают в компьютер, где сводятся в единую трёхмерную модель, точно воспроизводящую движения актёра, на основе которой позже (или в режиме реального времени) создаётся анимация персонажа. Также этим методом воспроизводится мимика актёра (в этом случае на его лице располагаются маркеры, позволяющие фиксировать основные мимические движения).
- Безмаркерная технология, не требующая специальных датчиков или специального костюма. Безмаркерная технология основана на технологиях компьютерного зрения и распознавания образов. Актёр может сниматься в обычной одежде, что сильно ускоряет подготовку к съёмкам и позволяет снимать сложные движения (борьба, падения, прыжки, и т. п.) без риска повреждения датчиков или маркеров. Несколько практически применимых безмаркерных систем были разработаны в последние годы[1][2], хотя исследования подобной технологии проводятся уже долгое время[3]. На сегодняшний день существует программное обеспечение «настольного» класса для безмаркерного захвата движений[4]. В данном случае не требуется специального оборудования, специального освещения и пространства. Съёмка производится с помощью обычной камеры (или веб-камеры) и персонального компьютера.
На сегодняшний день существуют большое количество маркерных систем захвата движений. Различие между ними заключается в принципе передачи движений[5]:
1. Оптические системы
1.1 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 (инфракрасный) 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:
- Длительность размещения маркеров на актёре.
- При быстром движении или близком расположении маркеров друг к другу система может их путать (технология не предусматривает идентификацию каждого маркера).
1.2 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 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.
2. 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.
3. 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 ограничивает 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.
4. 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).
Преимущества и недостатки motion capture
С одной стороны, motion capture — альтернатива живой съёмке актёров, с другой — альтернатива ручной анимации трёхмерной модели. Достоинства и недостатки mo-cap по сравнению с этими технологиями рассмотрим по отдельности.
Преимущества motion capture
- Один актёр может играть много ролей.
- Живое видео на трёхмерном фоне может смотреться несколько чужеродно. Особенно это касается 3D, исполняемого в реальном времени, наподобие компьютерных игр.
- Возможно редактирование постфактум (изменение ракурсов, света, незначительное редактирование движений).
- Более широкие возможности костюма и грима.
- Возможность сочетания motion capture с ручной мультипликацией.
- Сцену можно показать с такого ракурса, который даже для павильонных съёмок может представлять сложность.
- В сценах с большим количеством компьютерных эффектов сложно совместить живых актёров с компьютерными персонажами.
Преимущества «синего экрана»
- Большинство разновидностей motion capture дорогостоящи.
- «Синий экран» можно сделать довольно больших размеров и вести на его фоне съёмку масштабных сцен, в то время как размер студии motion capture, как правило, ограничен.
- Фотореалистичного персонажа изобразить на компьютере сложнее, чем фотореалистичное окружение. Поэтому, начиная с некоторой планки производительности, явно «компьютерный» персонаж будет чужеродно смотреться на фоне, неотличимом от реального. В качестве примера можно привести серию игр Myst и фильм «Зловещая долина».
Преимущества motion capture
- Уже через несколько минут после съёмки можно получить предварительный результат и понять, стоит ли переснимать/перекомпоновывать сцену.
- Реализм движений. Некоторые особенности движения людей, такие как перенос центра тяжести и амортизация после прыжка, трудоёмки в реализации.
Преимущества ручной мультипликации персонажей
- Большинство разновидностей motion capture дорогостоящие, компьютерная анимация дешевле.
- В motion capture движения персонажа ограничиваются законами физики.
- Если анимируемая модель имеет другие пропорции, нежели актёр, возможны проблемы. Например, у «толстого» мультяшного персонажа, который анимирован данными, снятыми даже с очень полного человека, руки могут «входить» в туловище.
- Не всегда реалистичные движения удаётся хорошо приспособить к компьютерной модели (даже имеющей обычные человеческие пропорции). Взаимодействие персонажа с крупными декорациями (например, герой подходит к двери и открывает её) в компьютерных играх часто передаётся нереалистично. Кроме того, часто в замысел режиссёра входит «гиперболизация» движений за счёт меньшего соответствия законам физики. Например, прежде чем прыгнуть, человек делает особый шаг с приседанием. В компьютерных играх этого шага зачастую нет, чтобы не было задержки между нажатием кнопки и прыжком.
- Трудности с ручным редактированием и «сшивкой» разных дублей mo-cap.
- Разнообразие. Нарисованные персонажи могут выполнять гораздо больше движений, которые люди повторить не могут.
В зависимости от ситуации, предпочтение может быть отдано в равной мере и той и другой технологии.
Применение
- Захват движения камеры для последующего совмещения отснятого видео с 3D-эффектами и персонажами.
- Захват движения или мимики актёра для переноса на 3D-персонажей, с последующей визуализацией этого персонажа либо непосредственно в 3D-среде, либо для сведения с видео.
- Захват движения используют для переноса сложных взаимодействий. Например, если трёхмерный персонаж для последующего монтажа на видео должен смахнуть со стола множество объектов и при этом ещё должен сломаться сам стол, то такое легче снять с захватом движения, чем создавать 3D-анимацию на компьютере.
- Для съемки актёров непосредственно на синем или зелёном фоне для последующей замены этого фона на 3D-сцену или нарисованный фотореалистичный фон.
Самым молодым актёром, снятым с использованием данной технологии, стал в 2008 году сын Тима Бёртона Билли (в ремейке «Франкенвини»).
В России технологию Motion Capture используют, например, телекомпания «Пилот ТВ» и студия «Анимаккорд»[6]. Технологии захвата движения компании Vicon были представлены на презентации в 2014 г. наголовного шлема Vicon Cara, организованной компанией SVGA (Россия, Москва)[7].
Примечания
- iPi Soft
- Organic Motion (недоступная ссылка). Дата обращения: 17 апреля 2010. Архивировано 10 апреля 2010 года.
- Stanford Markerless Motion Capture Project Архивная копия от 24 февраля 2010 на Wayback Machine
- RENDER.RU -> Статьи -> Эксклюзив -> Интервью с директором компании iPi Soft — Михаилом Никоновым
- RENDER.RU -> Статьи -> Эксклюзив -> Все о MOCAP
- Процесс создания анимации в технике Motion Capture на студии «Анимаккорд» на YouTube
- Демонстрация MoCap технологий VICON на YouTube