بررسي سيستم Contour Reality Capture در سينما و انيميشن

[Borna66]

درود به همه


معجزه‌اي در دنياي واقع‌نمايي‌ - بررسي سيستم Contour Reality Capture در سينما و انيميشن

تاليف و ترجمه: مهدي صنعت جو
ماهنامه شبکه - دي ۱۳۸۵ شماره 72


اشاره :
هدف از اين مقاله بررسي سيستم نوظهور Contour Reality Capture است كه اولين بار در نمايشگاه Siggraph 2006 رسماً معرفي گشت. از آن‌جايي كه در توصيف Contour، تأكيد زيادي روي دو مفهوم volumetric cinematography و Uncanny valley شده است، پيش از پرداختن به Contour، نگاهي اجمالي به اين دو مفهوم خواهيم داشت تا ديد بهتري نسبت به آنچه Contour به ما ارائه مي‌دهد پيدا كنيم.

http://pnu-club.com/imported/mising.jpg

volumetric cinematography
volumetric cinematography مفهومي است كه كمابيش در بازي‌ها و انيميشن‌هاي كامپيوتري تجربه شده ولي هنوز در فيلم‌ها به طور عملي مورد استفاده قرار نگرفته است. در صورت استفاده از چنين قابليتي، بابي جديد در فيلمسازي گشوده خواهد شد و مطمئناً انقلابي در عرصه صنعت سرگرمي به پا خواهد شد.

در بازي‌هاي كامپيوتري، بازيكن از دريچه يك دوربين (virtual camera) محيط بازي را مشاهده مي‌كند. معمولاً كنترل اين دوربين در دست بازيكن است. به طوري كه مي تواند آن را به اطراف بچرخاند و حتي روي سوژه‌ها زوم كند.volumetric cinematography چيزي شبيه همين قابليت را به يك فيلمساز ارائه مي‌دهد.1در واقع اين تكنيك اشاره به روشي دارد كه با آن يك بار از صحنه با متدي خاص تصويربرداري مي شود و يك نسخه ديجيتالي و كاملاً سه بعدي (كاملاً حجمي) صحنه به داخل كامپيوتر منتقل مي‌گردد. اينجاست كه كارگردان به طور مثال پشت كامپيوتر مي‌نشيند! و كنترل دوربين مجازي را در دست مي‌گيرد: زواياي دوربين را تغيير مي‌دهد، لنزها را انتخاب مي‌كند و كارهايي از اين قبيل.

در اين حالت، ديگر كارگردان براي انتخاب زاويه ديد محدود نيست. او مي‌تواند كاملاً آزادانه بارها جاي دوربين را تغيير دهد و هر حركتي را كه مي‌خواهد، به آن بدهد. نورپردازي آزادانه صحنه، كم يا اضافه كردن لوازم صحنه، ساخت شخصيت‌هاي كامپيوتري و وارد نمودن آن‌ها به صحنه، اضافه كردن سهل و آسان جلوه‌هاي بصري ويژه به نماها، ساخت نماهايي با هزاران شخصيت و با كمترين هزينه از جمله كاربردهاي اين روش است. البته اين روش هنوز در عمل براي فيلمسازي استفاده نشده است!

بازي‌ها و انيميشن‌ها
شايد بتوان عرصه‌اي را كه جلوه هاي ويژه و گرافيك كامپيوتري در آن حضور دارند به دو حوزه تقسيم كرد: حوزه بازي‌ها و انيميشن‌هاي كامپيوتري و حوزه فيلمسازي.

در بازي‌ها و انيميشن‌هاي كامپيوتري به خوبي مي‌توان از volumetric cinematography بهره برد، ولي چالش اساسي در اين عرصه رساندن شخصيت‌ها و فضاها به حداكثر واقعيت‌گرايي است.

http://pnu-club.com/imported/2009/08/1209.jpg
شکل1- نام تام هنکس در نمايي از انيميشن Polar Express:
از Markerها


در اين حوزه، ساعت‌ها تلاش، طراحي، اسكن و تصويربرداري براي تقليد صرف از واقعيت هر چند در مواردي نتايج قابل‌توجهي به همراه داشته، در كل رضايت‌بخش نبوده است. مشكل جايي به اوج خود مي‌رسد كه سعي كنيم شخصيت‌ها خيلي به واقعيت نزديك شوند. به طوري كه مثلاً بخواهيم شخصيت انساني كه ساخته‌ايم، خصوصيات و رفتاري مشابه يك انسان واقعي داشته باشد. اينجاست كه با مشكلي به نام Uncanny valley مواجه خواهيم شد.2

اكثريت پديده‌هاي كامپيوتري كه تلاش زيادي براي واقعي‌تر شدن آن‌ها صورت گرفته است در دام Uncanny valleyافتاده‌اند. به طوري كه حس غريبي در بيننده ايجاد مي‌كنند و بيننده هميشه با خود مي‌گويد: يك جاي كار ايراد دارد! اين حالت در مورد شخصيت‌هاي كامپيوتري در تمام حوزه‌ها (بازي‌هاي كامپيوتري، انيميشن‌ها و حتي فيلم‌ها) ديده مي‌شود و احتمالاً شما هم چنين حس نامطلوبي را‌ ‌هنگام مشاهده يك شخصيت كامپيوتري تجربه كرده‌ايد.

معمولاً ساعت‌ها وقت، انرژي و پولي كه صرف ساخت اين شخصيت‌ها مي‌شود و تلاشي كه طراحان و متخصصان گرافيك كامپيوتري صرف اين كار مي‌نمايند، نتيجه ايدهآل را به بار نميآورد و شخصيت‌ها در نهايت با واقعيت فاصله دارند. براي نمونه، مي‌توان به انيميشن Polar Express اشاره كرد كه تام هنكس در آن به ايفاي نقش پرداخت (شكل 1). اين انيميشن در گيشه نسبتاً موفق بود، ولي انتقاداتي هم به آن شد كه مهم‌ترين اين انتقادات مستقيماً شخصيت‌هاي انساني فيلم را نشانه رفته بودند.

بسياري از منتقدان، شخصيت‌هاي انساني فيلم را سرد، عروسكي و فاقد حس زنده بودن توصيف كردند. اما شايد شاخص‌ترين نمونه تلاش براي رساندن شخصيت‌ها به واقعيت، انيميشن 2001Final Fantasy:The Spirits Withinباشد: يك انيميشن بسيار زيبا كه در جاي جاي آن تلاش بي‌حد سازندگانش براي رسيدن به نهايت واقعيت نمايان بود. توجه به جزئيات چهره شخصيت‌ها در Final Fantasy چنان بود كه حتي لكه‌هاي روي پوست آن‌ها نيز از قلم نيفتاده بودند و اين دقت در حركات شخصيت‌ها هم مشاهده مي‌شد. با اين وصف، انتقاداتي مشابه آنچه در موردPolar Express بيان گرديد، از شخصيت‌هاي اين انيميشن هم شد.

در كل با وجود علاقه‌اي كه صنعت سرگرمي براي رساندن خصوصيات شخصيت‌هايش به واقعيت دارد، شاهد يك عقب‌نشيني واضح در روند ساخت اين‌گونه انيميشن‌ها هستيم كه مسلماً يكي از دلايل اصلي آن، ناتواني دنياي سرگرمي در مواجهه با مشكل Uncanny Valley است. سازندگان ترجيح مي‌دهند شخصيت‌هايي ايجاد كنند كه به جاي اين‌كه تماشاگر را ياد زامبي‌ها بيندازند و شبيه عروسك‌هايي خشك و بي‌روح باشند (مانند آنچه كه در Final Fantasy يا Polar Express شاهد بوديم)، موجوداتي بسازند كه دوست‌داشتني به نظر برسند و لااقل بتوانند با بيننده ارتباط مناسبي برقرار نمايند.

بر همين اساس، اخيراً سازندگان انيميشن‌ها (و متخصصان گرافيك كامپيوتري) از ساخت شخصيت‌هايي كه خيلي شبيه انسان باشند و واقعي جلوه كنند، فاصله گرفته‌اند. به عنوان نمونه، مي‌توان به انيميشن Monster House اشاره كرد كه در آن از بازيگران و تكنيك Motion capture براي ايجاد حركات طبيعي (بشري) استفاده شده است، ولي انيماتورها شخصيت‌ها را بيشتر به صورت كاريكاتوري تصوير كرده‌اند و مانند موارد مشابه، اصراري در واقعي بودن آن‌ها نداشته‌اند (اين انيميشن را با انيميشن The Wild مقايسه كنيد.)

در بازي‌هاي كامپيوتري هم مانند انيميشن، مشكل Uncanny Valley وجود دارد و اغلب بازي‌كننده‌ها، از غيرعادي و بي‌روح بودن شخصيت‌هاي (انساني) بازي‌ها نالانند.

فيلمسازي
همان‌طور كه در انيميشن‌ها، استفاده از گرافيك كامپيوتري با جديت دنبال مي‌شود، در فيلمسازي (زنده) هم شاهد تلاش بسيار براي ارتقاي تكنيك‌ها و ابزارهاي كامپيوتري با هدف فضاسازي‌هاي بسيار واقعي و قابل قبول هستيم. فيلم‌هايي مانند دزدان دريايي كارائيب 2 بهترين نمونه براي اين مورد است. با اين حال در اين حوزه هم مشكلاتي نظير Uncanny Valley وجود دارد كه ديگر نيازي به زدن مثال در اين مورد نيست.

POV cinematography
به‌رغم پيشرفت‌هايي كه در دنياي سرگرمي، به ويژه صنعت فيلمسازي، صورت گرفته است، طريقه فيلمبرداري از صحنه‌ها همان روشي است كه از اوايل پيدايش سينما مرسوم بوده است. روش ‌Point of View) PoV) روش مرسوم فيلمبرداري از صحنه‌ها است و اينگونه از فيلمبرداري به PoV cinematography مشهور شده است.

با آن‌كه امروزه قادريم باورنكردني‌ترين تصويرسازي‌ها را با استفاده از تكنيك‌هاي كامپيوتري انجام دهيم و با مفهومvolumetric cinematography نيز آشنايي داريم و مي‌دانيم كه اين نوع فيلمبرداري چه قابليت‌هايي دارد، هنوز نتوانسته‌ايم خود را از بند دنياي PoV cinematography رها كنيم و كماكان به فيلمبرداري صحنه از ديد يك يا چند دوربين مي‌پردازيم؛ چيزي كه بي‌شك آزادي عمل فيلمساز را محدود مي‌كند.

هميشه پس از پايان فيلمبرداري، فيلمساز مجبور است از بين نماهاي ثبت شده، بهترين را انتخاب كند و پس از فيلمبرداري هيچ تغييري در صحنه، شات‌ها، نورپردازي و امثال اين نمي‌تواند ايجاد نمايد. در واقع با اين‌كه استفاده از جلوه‌هاي كامپيوتري چند سالي است در فيلم‌ها به اوج خود رسيده و استقبال خوبي هم از آن شده است (هرچند شخصيت‌هاي كامپيوتري مورد استفاده در فيلم‌ها هم به مشكل Uncanny Valley دچارند)، فيلمبرداري اكثر صحنه‌ها با همان روش PoV صورت مي‌گيرد و تحول شگرفي در زمينه استفاده از قابليت‌هاي volumetric cinematography رخ نداده است.

اين‌كه چرا با وجود پيشرفت‌هاي بسياري كه در عرصه گرافيك كامپيوتري (و نيازمندي‌هاي آن در زمينه سخت‌افزار و نرم‌افزار) صورت گرفته و با وجودي كه قابليت‌هاي volumetric cinematography براي ما آشكار است، هنوز اين روش جايگزين روش قديمي فيلمسازي POV نشده است يا لااقل به عنوان روش ديگري در فيلمبرداري از صحنه‌ها مورد استفاده قرار نگرفته است، پاسخي ساده دارد و آن اين‌ است كه اصولاً دوربيني كه اين نوع فيلمسازي را پشتيباني كند وجود ندارد! براي استفاده از volumetric cinametography به دوربين ويژه‌اي نياز داريم كه صحنه را به گونه‌اي خاص ثبت كند. در واقع ما به يك volumetric camera نياز داريم.

بي‌شك ما توانايي و مهارت كافي در ساخت صحنه‌هاي كاملاً سه‌بعدي توسط كامپيوتر را داريم و اين توانايي را هم داريم كه اين صحنه‌هاي ساخته شده توسط كامپيوتر را براي رسيدن به هدف خود، اصلاح نماييم و با اقتدار كامل از آزادي عملي كه volumetric cinematography در اختيار ما قرار مي‌دهد بهره ببريم، اما اين مطلب تنها در مورد صحنه‌هاي كامپيوتري صادق است (مثلاً در انيميشن‌هاي كامپيوتري)، ولي زماني كه هدف، استفاده از اين تكنيك براي صحنه‌هاي زنده باشد، با مشكل مواجه خواهيم شد. در حقيقت ما ابزاري در اختيار نداريم تا با آن از يك صحنه واقعي (و نه كامپيوتري!) به صورت volumetrically تصويربرداري نماييم.

نزديك‌ترين ابزاري كه عملكردي شبيه volumetric camera دارد و امروزه در اختيار ماست و با آن مي‌توان يك صحنه را (تا حدودي‌) به طور سه‌بعدي يا به طور بهتر (volumetrically)، تصويربرداري نمود، سيستم marker-based motion capture است.

در چنين سيستمي، معمولاً بازيگر يك لباس تنگ! به تن مي‌كند كه روي آن markerهايي (عموماً retroreflective markers) يا painted dots قرار گرفته است و چندين دوربين از بازيگر (و markerهاي روي بدن او) از چندين زاويه مختلف تصويربرداري مي‌كنند و طي مراحلي و با استفاده از تكنيك‌هايي نظير triangulation، موقعيت سه‌بعدي نقاطي كه روي بدن او علامتگذاري شده است، توسط كامپيوتر محاسبه مي‌گردد و يك كپي از حركات بازيگر به كامپيوتر منتقل مي شود. به طور مثال، مي‌توان از اين حركات براي حركت دادن يك شخصيت كامپيوتري استفاده نمود.

ن روش در مواردي مانند ثبت حركات بدني بازيگر و ارائه مدلي از خصوصيات اسكلت‌بندي او، بسيار كارآمد است. ولي به دليل اين‌كه در عمل از تعداد مناسبي marker نمي‌توان استفاده كرد، ثبت جزئيات با اين روش ممكن نيست و براي مواردي مانند ثبت حركات يك سطح قابل انعطاف (deformable) مثل چهره، پوست يا لباس، مناسب نيست. به طور مثال، اگر هدف، ثبت حركات صورت بازيگر باشد، از آن جايي كه روي صورت شخص تعداد محدودي 30marker تا 160عدد) مي‌توان قرار داد، دقت ثبت حركات پايين است و جزئيات از دست مي‌روند! به طوري كه نمي‌توان به طور دقيق حالت چهره و حركات آن را ثبت نمود (شكل2).

http://pnu-club.com/imported/2009/08/1210.jpg

شکل2- انتقال حرکات چهره بازيگر به صورت شخصيت پردازي

از طرفي، زماني كه از اين روش براي ثبت حركات اجسام سخت (مثلاً اسكلت‌بندي) استفاده مي‌شود، اين روش هيچ اطلاعاتي در مورد خود جسم (شكل، رنگ، بافت يا خصوصيات ديگر آن) به ما ارائه نمي‌دهد و فقط مجموعه‌اي از نقاط را مشاهده خواهيم كرد (شكل 3‌).

http://pnu-club.com/imported/2009/08/1211.jpg

شكل 3- مجموعه‌اي از نقاط: آنچه كه تكنيك motion capture ارائه مي‌دهد.

مي‌توان در مورد اين تكنيك يك مثال زد: نقاط حاصل از تكنيك motion capture را به صورت يك صورت فلكي سه‌بعدي در نظر بگيريد (مجموعه‌اي از ستارگان - يا همان نقاط)، اين نقاط به هم متصل مي‌شوند و راهنمايي مي‌گردند براي انيماتورها (يا متخصصان) تا شخصيت را به اصطلاح روي آن سوار كنند؛ درست همان كاري كه براي ترسيم يك صورت فلكي انجام مي‌گيرد!
با توجه به مطالب گفته شده، سؤالي مطرح مي‌شود و آن اين‌كه: آيا صنعت سرگرمي به كلي از Uncanny Valley شكست خورده و در برابر آن كوتاه آمده است؟ يا راهي براي عبور از Uncanny Valley و رساندن شخصيت‌ها به واقعيت ايدهآل وجود دارد؟ علاوه بر اين، آيا روزي خواهيم توانست استفاده عملي از volumetric cinematography را مشاهده نماييم؟

در اينجا مي‌توان گفت كه خيلي هم نبايد نااميد بود؛ چراكه Steve Perlman يك راه‌حل خوب در آستين دارد:Contour Reality Capture.

معجزه‌اي به نام Contour Reality Capture
نام Steve Perlman براي علاقمندان دنياي ديجيتال آشناست. Perlman ابداعات و اختراعات زيادي را به نام خود ثبت كرده است كه اكثر آن‌ها در زمينه فناوري‌هاي چندرسانه‌اي (multimedia) و ارتباطات است. او در شركت اپل، در توسعه فناوري QuickTime نقش كليدي داشت. ‌با اين‌حال بيشتر به دليل ابداع WebTV Networks شناخته مي‌شود كه در سال 1997 ميلادي توسط مايكروسافت به مبلغ 425 ميليون دلار خريداري شد و منجر به ايجاد فناوري IPTV گشت.

چهار سال قبل Perlman پيش‌بيني كرده بود كه اگر متخصصان گرافيك كامپيوتري و انيماتورها واقعاً خواهان نزديك شدن به واقعيت هستند، ناچارند با محدوديت‌ها و مشكلاتي نظير Uncanny Valley روبه‌رو شوند در واقع Perlman حل اين مشكل و عبور از Uncanny Valley را اصلي‌ترين هدف ساخت و توسعه سيستم Contour مي‌داند.

Contour Reality Capture، توسط شركت Mova (استوديوي motion capture واقع در سانفرانسيسكو) توسعه داده شد. شركت ‌Mova در سال 2004‌ با هدف فعاليت در زمينه 3d motion capture تأسيس گشت و با استفاده از سيستم‌هاي marker-based متعلق به شركت Vicon MX-40) Vicon) روي پروژه‌هايي نظير (Electronic Arts The Godfather) كار كرده است.

Steve Perlman در مورد تفاوت Contour با ديگر ابزارهاي رايج مي‌گويد: <ابزارهايي امروزه وجود دارند كه به كارگردان اجازه كنترل كامل هر موردي نظير كنترل موقعيت دوربين، تركيب‌بندي صحنه، نورپردازي، كنترل شخصيت‌ها و لوازم موجود در صحنه و مواردي از اين قبيل را در صحنه مي‌دهند. ما ابزارهاي ويرايش سه‌بعدي قدرتمندي در اختيار داريم، ولي چيزي كه فاقد آن هستيم، يك دوربين سه‌بعدي قابل استفاده و واقعي است كه بتواند از يك صحنه زنده به صورت volumetricallyبا يك كيفيت مناسب تصويربرداري نمايد Contour... يك سيستم volumetric cinematography است كه تمام سطوح قابل مشاهده يك صحنه را به طور سه بعدي ثبت مي كند.>

آنچه كه Perlman سعي در توضيح آن دارد وجود سيستمي است كه قادر به كپي‌برداري كاملاً سه‌بعدي و واقعگرايانه از محيط اطراف است. اين سيستم زحمت ساخت شخصيت‌ها و لوازم صحنه و حتي فضاهاي مورد نظر را تا حدودي از روي دوش متخصصان گرافيك كامپيوتري بر مي‌دارد و اين‌كار را چنان عالي انجام مي دهد كه تمايز بين آنچه كه توسط سيستم Contour ساخته شده با واقعيت، بسيار دشوار است ( شكل4).

در اين مورد Perlman به نكته شگفتآوري اشاره مي‌كند: <... زماني كه ما چهره ثبت شده توسط Contour ‌را به كسي نشان مي‌داديم و نظر او را در اين مورد جويا مي‌شديم، آن‌ها اغلب مي‌پرسيدند كه مگر اين ويديويي از چهره شخص نيست؟ اينجا بود كه ما در مي‌يافتيم Uncanny Valley را پشت سر گذاشته‌ايم. چهره‌هاي كامپيوتري ساخته شده توسط Contour، ديگر باعث طرح سؤالاتي نظير اين‌كه چه چيزي واقعي است و چه چيزي غيرواقعي (سؤالي كه بيننده معمولاً در زمان مواجه شدن با اينگونه موارد مي‌پرسد) نمي‌گردند؛ زيرا آنچه كه Contour تحويل مي‌دهد، واقعاً شبيه يك هنرپيشه زنده است.>

ساخت شخصيت‌هاي واقعگرايانه كامپيوتري با استفاده از Contour، بسيار ساده است. كافي است صورت شخصي را كه مي‌خواهيد چهره‌اش را ثبت كنيد با يك گريم ويژه (فسفرسان) بپوشانيد و با كمك آرايه‌اي از دوربين‌ها و لامپ‌هاي چشمك‌زن، از چهره وي تصوير بگيريد (شكل5). Contour اين تصاوير را براي پردازش به سيستم كامپيوتري منتقل مي‌كند و در نهايت يك پروسه كامپيوتري، تصاوير ثبت شده را به يك مدل سه‌بعدي تبديل مي‌نمايد. با كمك اين سيستم شما مدلي سه بعدي و بسيار واقعي از چهره شخص در اختيار خواهيد داشت كه مي‌توانيد با استفاده از ابزارهاي گرافيك كامپيوتري هرگونه اصلاح و ويرايشي را روي آن اعمال نماييد.

علاوه براين، سازندگان فيلم با استفاده از اين كپي سه بعدي قادرند هرچيزي را كه در ذهن دارند در يك فضاي مجازي پياده كنند و اين همان مفهوم volumetric cinematography است.

به دنياي volumetric cinematography خوش آمديد


Perlman در توضيح اين‌كه به فيلم ماتريكس اشاره مي‌كند: <... ما شمه‌اي از اين مفهوم را زماني كه ترينيتي (با بازي ‌Carrie-Ann Moss) در هوا معلق مي‌ماند و دوربين به دور او مي‌چرخد، مشاهده كرده‌ايم... با وجود داشتن تعداد زيادي دوربين كه بازيگر را احاطه كرده بودند، حركت دوربين محدود به يك مسير واحد مي‌شد. در حالي كه تمام صحنه (و حركت بازيگر) ثابت بود.
http://pnu-club.com/imported/2009/08/1212.jpg

شكل 4- استفاده از ‌Contour: از چپ به راست: چهره حقيقي بازيگر (تصويري كه دوربين Visual ثبت كرده است) - درخشش فسفر (تصويري كه دوربين ژئومتري ثبت كرده است) - كپي ساخته شده توسط Contour از بازيگر

Contour اجازه رسيدن به چنين سطحي از واقعگرايي را مي‌دهد. با اين تفاوت كه تمام شات (حركات بازيگر و ...) متحرك خواهد بود و انعطاف‌پذيري كامل در موقعيت دوربين و كنترل كامل بر نورپردازي و تركيب‌بندي صحنه هم وجود خواهد داشت و چنانچه (به طور مثال) هنرپيشه كاملاً به حالت و ژست مطلوب در پرش خود نرسيده باشد، شما مي‌توانيد از Contour براي تغيير وضعيت اعضاي بدن او در مرحله postproduction استفاده نماييد.>

Contour Reality Capture

سيستم Contour كه در واقع اولين سيستم volumetric camera است را مي‌توان تعميمي از سيستم‌هاي motion capture متداول دانست.

به طوري كه به جاي استفاده از markerهايي كه روي سطح مورد نظر‌(مثل بدن بازيگر) قرار داده مي‌شوند، از نوعي پودر خاص استفاده مي‌كند.

در واقع ذرات اين پودر همان وظيفه markerها‌ را در سيستم motion capture انجام مي‌دهند و نكته مهم در تعداد بسيار زياد اين ذرات در مقايسه با تعداد markerها در سيستم motion capture است كه دقت ثبت حركات و خصوصيات سطح مورد نظر را به طور شگفت‌آوري افزايش مي‌دهد.

http://pnu-club.com/imported/2009/08/1213.jpg

شكل 5- بازيگر در مقابل سيستم .Contour (آرايه دوربين‌ها و آرايه لامپ‌ها قابل مشاهده هستند.)

در اين‌حالت ديگر بازيگر مجبور به پوشيدن لباس‌هاي تنگ و مخصوص يا قراردادن صدها marker روي صورت يا بدن خود نيست. با روش جديد فقط بايد صورت (يا هر سطحي كه مورد نظر است) توسط پودر پوشانده شود. بازيگر همان لباسي را كه بايد طبق نقشش بپوشد، به تن مي‌كند و به اجراي نقش مي‌پردازد. بدين‌ترتيب، Contour بازيگر را در محيطي مشابه آنچه كه به آن عادت دارد (PoV) قرار خواهد داد.

علاوه بر اين، به جاي ثبت مجموعه پراكنده و نامتراكمي از نقاط، Contour سطوح سه بعدي را به طور تمام و كمال ثبت مي‌كند. به عنوان مثال، با سيستم سنتي motion capture و با استفاده از markerها، شايد فقط بتوان يك مجموعه متشكل از دويست نقطه (كمي بيشتر يا كمتر) روي صورت بازيگر را ثبت نمود. درحالي كه توسط Contour مي‌توان بيش از صدهزار نقطه را به طور سه‌بعدي روي چهره بازيگر با دقت يك دهم ميلي‌متر ثبت كرد و همزمان به طور بصري هم از چهره شخص همان‌گونه كه در صحنه نورپردازي شده است تصويربرداري نمود.

با ثبت نقاط بسيار زياد از چهره شخص، نتيجه كار ديگر شبيه مجموعه‌اي از چند نقطه نيست، بلكه بسيار شبيه چهره واقعي شخص خواهد بود؛ درست همان‌طور كه به طور pov تصويربرداري مي‌شد. با اين تفاوت كه نتيجه كاملاً سه‌بعدي است! اين موضوع هم دليلي دارد: ثبت تصوير به طور كاملاً volumetrically و سه بعدي با وضوحي مشابه تصاوير دوبعدي دوربين‌هاي سنتي (در فيلم سازيد PoV) انجام مي‌گيرد و از اين لحاظ Contour به هيچ‌وجه قابل قياس با سيستم‌هاي رايج motion capture نيست. در واقع تصويري كه Contour به ما ارائه مي‌دهد، يك تصوير كاملاً سه‌بعدي است؛ البته با وضوح تصاوير دوبعدي.

وضوح Contour خيلي بيشتر از آن چيزي است كه براي دستيابي به يك نتيجه photorealistic مورد نياز است. به طوري كه در بسياري از كاربردها و نرم‌افزارها، meshهايي با وضوح پايين‌تر (مثلاً 1000 تا 2000)
polygon مناسب‌ترند و ترجيح داده مي‌‌شوند. بر همين اساس، Contour خصيصه‌اي را ارائه مي‌كند كه به كاربر اجازه مي‌دهد به صورت retrospectively فقط نقاطي را روي چهره انتخاب نمايد كه رئوس polygon براي كاربرد به‌ويژه‌اي مورد نياز است. با اين روش، سيستم مي‌تواند يك mesh با وضوح پايين‌تر توليد نمايد كه رئوس اين mesh، حركت (مثلاً چهره بازيگر) را از روي اجراي بازيگر، فريم به فريم دنبال نمايد.

از آن جايي كه حركات بازيگر در قالب‌ mesh (درون كامپيوتر) در اختيار است، مي‌توان اين اطلاعات را براي استفاده‌هاي بعدي نگهداري نمود و هر چند بار كه مورد نياز بود، براي مقاصد مختلف مورد استفاده قرار داد كه اين امر باعث صرفه‌جويي در وقت، هزينه و انرژي خواهد شد.

پروسه‌اي كه Contour در ثبت تصاوير به كار مي‌گيرد، مجموعه‌اي از چندين تكنيك و ابزار است كه شامل گريم، نورپردازي، تصويربرداري با استفاده از آرايه دوربين‌ها و در نهايت پردازش نتايج است.

گريم

در واقع نكته كليدي اين سيستم استفاده از پودر ويژه فسفري و نحوه خاص نورپردازي سوژه است. در سيستم‌Contour، يك phosphorescent make up ويژه تأييد شده از سوي Food and Drag Administration) FDA) به اجزاي صورت بازيگر، مانند لب‌ها، بيني و كناره‌هاي چشم‌ها زده مي‌شود (شكل6).

با charge شدن اين ماده حاوي فسفر در جريان هر فريم نورپردازي شده، فسفر يك الگوي پس‌تاب (afterglow) را در طول ‌فريم‌هاي تاريك مي‌تاباند.

(emits) اين الگوها توسط دوربين‌هاي ژئومتري از زواياي مختلف ثبت مي‌گردند و نتيجه به آرايه كوچكي از كامپيوترها فرستاده مي‌شود.
http://pnu-club.com/imported/2009/08/1214.jpg

شكل 6- استفاده از پودر ويژه فسفري روي صورت بازيگر

[Borna66]

ادامه از پست قبل

يكي از مهم‌ترين چالش‌ها بر سر راه ساخت سيستم Contour، انتخاب يك ماده مناسب براي استفاده در اين سيستم بود. در طول چهار سال توسعه Contour، تلاش‌هاي زيادي براي حل اين مشكل صورت گرفت كه نهايتاً از گريم فسفرسان (phosphorescent makeup) به عنوان يك راه‌حل مبتكرانه براي اين مشكل استفاده شد.

مواد گريم فسفرسان، اساساً تحت شرايط نورپردازي طبيعي غيرمرئي هستند، در نتيجه به وسيله تركيب فسفر با مواد گريم اصلي (base makeup) و استفاده از سيستم Contour، فيلمسازان مي‌توانند تقريباً به سايه‌روشن‌هاي
(tones) يك پوست طبيعي برسند. چشم‌ها و دندان‌هاي بازيگر كه توسط گريم پوشانده نشده است، در مرحله بعد و با استفاده از كامپيوتر ايجاد خواهند شد.

‌Perlman در مورد دليل انتخاب مواد فسفري مي‌گويد: <هدف ما استفاده از ماده‌اي بود كه با آن بتوان شكل صورت شخص و بافت پوست آن را با دقت تعيين كرد ... ما چندين ماده مختلف را آزموديم ... در ابتدا استفاده از black paint روي صورت و ثبت انعكاس نور روي سطح را امتحان كرديم.

ولي مي‌دانستيم كه وقتي با نورهاي انعكاسي كار مي‌كنيم، هر دوربين انعكاس‌ها را بسته به زاويه ديد
(point of view) خود، به گونه‌اي متفاوت از ديگري مي‌بيند. اين دليلي است بر آن‌كه چرا سيستم
‌marker-based capture، از markerهاي retroreflective استفاده مي كند3.

اين markerها نور را به نقطه‌اي كه از آن تابيده شده است (منبع) باز مي‌تابانند. بنابراين در صورت حركت شخصيت، شما يك نقطه روشن واضح را در دوربين مي‌بينيد4.

اگر از مواد reflection به جاي retroreflection استفاده نماييد، حركات به صورت درهم و برهم ثبت خواهند شد و باعث مي‌شوند نتايج قابل اطميناني به دست نيايد. يك راه‌حل اين مشكل، استفاده از يك نورپردازي flat است، كه در آن سوژه در يك وضعيت ثابت قرار داده شده و از reflector boardها براي حذف highlightها استفاده مي‌شود.

شما مي‌توانيد با اين‌كار نتايج خوبي به دست آوريد، اما وقتي نياز باشد كه هنرپيشه‌ها به اطراف حركت كنند (مثلاً راه بروند) و شما به يك نورپردازي هنري نياز داشته باشيد، استفاده از اين روش در عمل ممكن نيست. عرق كردن بازيگر و درخشش عرق روي پوست او و مواردي از اين قبيل، از مشكلات ديگر كار است.>

Perlman و تيمش پس از آن به فكر استفاده از رنگ retroreflective افتادند. <... از اين مواد در مواردي مانند ساخت علايم ايمني بزرگراه‌ها استفاده مي‌شود. اما اين ماده براي استفاده روي پوست انسان مناسب نيست و از طرفي، روي صورت تغييرشكل نمي‌دهد. رنگ retroreflective، ذرات ريزي (tiny glass beads) دارد كه باعث انعكاس و بازگشت نور به منبع آن مي‌شوند.

گذشته از اين‌كه بلعيدن اين ذرات يا ورود آن‌ها به چشم خطرناك است، زماني كه اين نوع رنگ خشك شود، به علت وجود همين ذرات (glass beads)، بسيار سفت و محكم مي‌گردد. ما به چيزي نياز داشتيم كه داراي قابليت ارتجاعي باشد؛ مشابه پوست ... ما همين‌طور رنگ ultraviolet را هم آزمايش كرديم. جز در وضعيت‌هاي كنترل شده، در يك وضعيت عملي اين ماده به سادگي و به طور مناسبي عمل نمي كرد.>

ايده استفاده از لامپ‌هاي چشمك زن و مواد رنگي فسفرسان، براساس دانسته‌هايي بود كه Perlman در Apple به دست آورده بود. او زماني كه در زمينه طراحي مانيتورهاي صفحه گسترده (large-screen monitors) در اين شركت كار مي‌كرد، روي تأثير پديده Flicker و حساسيت بينايي انسان نسبت به اين پديده، تحقيق مي‌نمود. او با انجام آزمايش‌هايي دريافت كه با افزايش فركانس مانيتورها تا هشتاد يا نود هرتز تأثير اين پديده به طور چشمگيري كاهش مي‌يابد5.

‌Perlman اين دانسته‌ها را در سيستم نورپردازي Contour به كار بست و لامپ‌هاي black light) strobing ها و white lightها) كه در Contour مورد استفاده قرار گرفته بودند را با فركانس مناسب و با سرعتي كه براي چشم انسان نامحسوس باشد، خاموش و روشن نمود.

آرايه دوربين‌هاي مورد استفاده در Contour، طوري همگام شده‌اند تا شاتر دوربين‌هاي ژئومتري زماني كه چراغ‌ها خاموش (dark) هستند، باز شوند كه در اين‌صورت فقط گريم فسفر ديده مي‌گردد. از آن جايي كه فسفر به جاي اين‌كه بازتابنده نور (به طورreflective يا retroflective) باشد، منتشر كننده نور (emissive) است، مي‌توانيم بدون هيچ‌گونه highlight يا سايه اضافه‌اي به ثبت صحنه بپردازيم.



Perlman مي‌گويد:

مجموعه دوربين‌ها
Contour براي ثبت تصوير از چندين دوربين (حدوداً 44 دوربين) استفاده مي‌كند كه مي‌توان آن‌ها را به دو گروه تقسيم كرد: يك گروه كه آرايه‌اي از دوربين‌هاي ديجيتال grayscale است، به ثبت اطلاعات مربوط به ژئومتري سه‌بعدي سوژه مي‌پردازند و مجموعه ديگر هم كه آرايه كوچك‌تري از دوربين‌هاي ديجيتال رنگي است، به ثبت اطلاعات بصري سوژه به صورت تمام رنگي مي پردازد. هر دوربين از سوژه تحت زاويه‌اي كه كمي متفاوت از زاويه دوربين ديگر است، تصويربرداري مي‌نمايد. اين دو مجموعه دوربين كه با هم همگام هستند، به طور همزمان اطلاعات ژئومتري و اطلاعات بصري سوژه را (از چندين زاويه) ثبت مي‌كنند.

اين دو سري از داده‌ها با هم تركيب مي‌شوند و بدين‌طريق يك بازنمود ديجيتال، با كيفيت بالا و حجمي
(volumetric) از صحنه، تهيه مي‌شود كه در نهايت مي‌تواند import شود، اصلاح شود، تغيير داده شود يا با استفاده از يك نرم‌افزار ساخت انيميشن براي ساخت يك كاراكتر كامپيوتري مورد استفاده قرار بگيرد.

استفاده از دوربين‌هاي ديجيتال با وضوح بالا در ثبت تصاوير، اين امكان را مي‌دهد تا سوژه به منظور دستيابي به هرگونه افكتي كه مورد نظر است، به طور مجازي نورپردازي شود. علاوه‌ بر اين، دوربين‌ها مي‌توانند از استاندارد 24 فريم در ثانيه تا 120 فريم در ثانيه به ثبت تصوير بپردازند كه اين امر امكان ثبت حركات سريع يا ايجاد افكت حركت آهسته (slowmotion) را ميسر مي‌سازد.

با استفاده از دوربين‌هاي 3/1مگاپيكسلي، Contour مي‌تواند سطح سه بعدي چهره يك هنرپيشه را با دقتي بالا بازسازي نمايد (mesh سه بعدي با وضوح بالا و بيش از صدهزار polygon). اين وضوح، بيشتر از وضوح مورد نياز براي دستيابي به مدلي با فرم و چين و چروك‌هاي قابل قبول است. به عنوان مثال، در فيلم Beowulf، چهره‌ها با استفاده از سيستم marker based با كمتر از دويست polygon ثبت شده و جزئيات چهره‌ها در مرحله بعدي اضافه شدند.

نورپردازي


اساس نورپردازي سيستم Contour، تقسيم روند نورپردازي به دو مرحله خاموش و روشن است. در مرحله روشن صحنه به طور طبيعي نورپردازي مي‌گردد كه دوربين‌هاي visual مسئِول ثبت تصاوير اين مرحله هستند. در مرحله تاريك هم نورپردازي صحنه به گونه‌اي است كه فقط تابش فسفر، توسط دوربين‌هاي ژئومتري قابل ثبت است.

در اين سيستم از دو مجموعه لامپ‌هاي فلورسنت (stroboscopic fluorescent lamps) استفاده شده است كه به نورپردازي سوژه (صحنه) مي‌پردازند.

يك مجموعه از لامپ‌ها، سوژه را به وسيله نورهاي مرئي سفيد (white lights) روشن مي‌كند و مجموعه ديگر آن را توسط black lightها روشن مي‌نمايد.

http://pnu-club.com/imported/2009/08/1215.jpg

شكل 7- دوربين‌هاي مورد استفاده


اين دو مجموعه لامپ‌ها با آرايه متشكل از دو مجموعه دوربين، همگام (sync) شده‌اند.

نكته كليدي هم همين هماهنگي دوربين‌ها و لامپ‌ها است. لامپ‌ها با يك فركانس نودهرتز خاموش و روشن مي‌شوند. با توجه به اين‌كه انسان در چنين فركانسي قادر به تشخيص چشمك زدن نور نيست، در نتيجه صحنه را با يك نورپردازي نرمال خواهد ديد.

در اين ‌حالت شاتر دوربين‌هاي visual هر يك صدو‌هشتادم ثانيه باز مي‌شوند و اطلاعات را در حالي كه لامپ‌هاي فلورسنت روشن (flash on) هستند ثبت مي‌نمايند (فريم‌هاي نورپردازي شده - lit frames - وجود دارند).

http://pnu-club.com/imported/2009/08/1216.jpg

شكل 8- آرايه دوربين‌ها در سيستم Contour

شاتر دوربين‌هاي ژئومتري هم هر يك‌صدوهشتادم ثانيه باز مي‌شوند و در حالي كه لامپ‌هاي فلورسنت خاموش هستند، (flash off) و صحنه تاريك است (dark frames) به ثبت تصوير مي‌پردازند. آنچه كه اين دوربين‌هاي ژئومتري در تاريكي ثبت مي‌‌كنند، جالب‌ترين بخش سيستم Contour است.



واحدهاي نورپردازي، اصلاح شده تجهيزات Kino Flo (كه در فيلمسازي كاربرد دارد) هستند كه در آن، هم از لامپ‌هاي black light و هم از لامپ‌هاي white light استفاده شده است. black lightها دور تا دور سوژه (صحنه) به منظور روشن كردن يكنواخت و charge فسفر قرار مي‌گيرند. در حالي كه white lightها هر جايي كه براي نورپرازي مطلوب سوژه مناسب باشد، مي‌توانند قرار بگيرند. به عنوان مثال، اگر هدف، قرار دادن سوژه در سايه روشن باشد، در بخشي كه سوژه روشن است black lightها و white lightها با هم تركيب مي‌شوند (با هم ميآيند) و در بخش تاريك، فقط black lightها قرار داده مي‌شوند.

بنابراين white lightها نورپردازي طبيعي و قابل روِيت را ايجاد مي‌كنند. در حالي كه blacklightها فقط براي charge يكنواخت فسفر مورد استفاده قرار مي‌گيرند. چراغ‌ها در طول فرآيند capture، خاموش و روشن مي‌شوند (strobe) و فسفر در طول مراحل (دوره) تاريكي (dark) مي‌درخشد.

بعد از تصويربرداري توسط Contour، نوبت به بازسازي و اصلاح ژئومتري سطوح و تصاوير بصري مي‌رسد. در حال حاضر هر فريم براي محاسبه و پردازش نياز به زماني كمتر از شصت ثانيه دارد.

پردازش


پس از تصويربرداري، اطلاعات به دست آمده به آرايه‌اي از كامپيوترها منتقل مي‌گردد تا روي آن‌ها پردازش‌هاي لازم انجام بگيرد. در حال حاضر، Contour روي چهل پردازنده تيغه‌اي (custom-designed blade processors) اجرا مي‌شود كه از GPUهاي متعلق به Nvidia استفاده مي‌نمايند.

كامپيوترها الگوهاي random ثبت شده توسط دوربين‌هاي ژئومتري‌اي كه از زواياي مختلف به دست آمده‌اند را correlate مي‌نمايند و با انجام triangulation بين دوربين‌ها (تصاوير دوربين‌ها)، يك مدل سه بعدي از تمام سطوح قابل مشاهده در صحنه در جريان آن فريم توليد مي‌كنند. واضح است هرآنچه كه توسط پوشش فسفرسان پوشانده نشده باشد، توسط اين دوربين‌ها ثبت نيز نخواهد شد (شكل 9).

http://pnu-club.com/imported/2009/08/1217.jpg

شكل 9- روند كار: از چهره حقيقي تا چهره مجازي

Perlman در مورد تكنيكي كه Contour براي محاسبه عمق صحنه و مكان‌يابي الگوهاي فسفر استفاده مي‌كند توضيح مي‌دهد: <... دو دوربين را كه با زاويه‌اي سي درجه نسبت به هم قرار گرفته‌اند در نظر بگيريد. هر دو دوربين به سوژه يكساني در فضا نگاه مي‌كنند؛ مثلاً چهره يك شخص، ولي از زواياي متفاوت. فرض مي‌كنيم ما سعي در تعيين موقعيت يك نقطه (Z) روي گونه راست شخص داريم.


از يك دوربين استفاده مي‌كنيم و يك الگوي منحصر به‌فرد از فسفر كه روي آن نقطه‌گونه قرار دارد، مي‌بينيم. سپس از دوربين دوم استفاده مي‌كنيم و الگويي را كه آن مي‌بيند، با الگويي كه دوربين اول ثبت نموده است مقايسه مي‌نماييم تا جايي كه در نهايت الگويي كه دقيقاً مشابه آنچه دوربين اول ثبت كرده است، بيابيم. سپس بين دو دوربين عمل triangulation را انجام مي‌دهيم. زاويه هر دوربين نسبت به نقطه مورد نظر را اندازه مي‌گيريم و با استفاده از هندسه، موقعيت نقطه را (در فضا) معين مي كنيم.>

در عمل اين كار بسيار پيچيده است؛ چراكه سطوح مسطح نيستند و اين مي تواند باعث شود تا مثلاً دوربين دوم نتواند نقطه مورد نظر را مشابه دوربين اول ببيند. ممكن است نويز در تصوير وجود داشته باشد، يك دوربين نسبت به ديگري چرخيده باشد، يك تصوير ممكن است به دليل زاويه‌اي كه دارد، روشن‌تر از تصوير ديگري باشد و نظاير آن. قطعاً يك فرآيند بسيار دقيق تنظيم (calibration) كه دقيقاً مكان و زاويه هر دوربين نسبت به بقيه و اعوجاج دقيق هر لنز را معين كند، مورد نياز است. گذشته از اين‌ها، اگر تمام اين موارد بدون برنامه‌ريزي درست و بهينه انجام شود، پردازش هر فريم روزها زمان خواهد برد. در كل مي‌توان گفت كه Contour يك سيستم بسيار پيشرفته و سطح بالاي پردازش تصوير است كه به طور عالي براي كاربردهاي عملي بهينه شده است.


تعامل با ساير ابزارها


Perlman در مورد طيف وسيع ابزارهايي كه مي‌توانند از نتايج به دست آمده از Contour استفاده نمايند مي‌گويد: <ما Contour را براي كار با بيشترين تعداد ممكن ابزارها طراحي نموديم... ما مي‌توانيم بدون هيچ دردسري، داده‌ها را از Contour به (ابزارهايي مانند Poser ( منتقل كنيم.>

در حقيقت نتيجه‌اي كه Contour ارائه مي‌دهد به صورت يك بازنمايي سه بعدي طبيعي با وضوح بالا و به صورت full motion از سوژه خواهد بود كه مي‌تواند به آساني در اختيار برنامه‌هايي نظير Maya ،3ds Max و MotionBuilder ،Softimage XSI و Face Robot قرار بگيرد.

به گفته مقامات شركت ‌Softimage ،Contour نخستين سيستمي است كه چنين داده‌هاي با كيفيت بالايي را به طور عملي و سودمند فراهم نموده است و SoftImage XSI و Face Robot ابزارهاي ايدهآلي براي كار با Contour هستند.

از طريق همكاري بين ‌Mova و Vicon (توليدكننده سخت‌افزارهاي motion capture)، سيستم Contour مي‌تواند به طور همزمان با سيستم‌هاي marker-based capture سري MX مورد استفاده قرار بگيرد كه اين امر، امكان آن‌را براي Contour فراهم مي‌نمايد تا مواردي نظير حركات صورت، پوست يا لباس را ضبط نمايد و در همين حال به طور همزمان اطلاعاتي نظير حركات اسكلت‌بندي شخص توسط دوربين‌هاي Vicon MX 40 ثبت شوند.

قابليت‌هاييContour

Perlman معتقد است كه Contour مي‌تواند هزينه ساخت چهره‌هاي متحرك‌سازي شده و ثبت تصاوير انسان را بسيار كاهش دهد. او مي گويد اين سيستم مي‌تواند زمان ساخت يك صحنه را از چندين روز به پنج يا حتي چند دقيقه تقليل دهد. Contour مي‌تواند براي استفاده با هر نوع سيستم دوربين متحرك (moving camera platform) نظير steadicam يا Helmetcam تطبيق داده شود و وسعت عمل بديعي را به كاربر ارائه دهد.

ثبت ژئومتري و بافت منسوجات، يكي از كاربردهاي جالب اين سيستم است. شبيه‌سازي دقيق پوشاك با استفاده از تكنيك‌هاي انيميشن كامپيوتري، كاري زمانبر و مشكل است و نياز به الگوريتم‌هاي پيچيده و توان محاسباتي بالايي دارد و اين پيچيدگي زماني كه هدف، انجام شبيه‌سازي‌هايي نظير ساخت يك پرچم در حال اهتزاز باشد، چندين برابر خواهد شد6. اما Contour مي‌تواند ژئومتري، حركت و بافت دقيق يك لباس (يا هر مورد مشابهي) را ثبت كند. به جاي پوشيدن لباس‌هاي ويژه‌اي كه در روش marker-based motion capture مورد نياز است، هنرپيشه‌ها مي‌توانند هر لباسي را (كه مربوط به نقش آن‌ها است) بپوشند و Contour، هم حركات بازيگر و هم حركات لباس او را به طور همزمان ثبت خواهد كرد.

Perlman استفاده از Contour در ساخت انيميشن‌هاي سنتي stop motion را پيش‌بيني مي‌كند.او مي‌گويد: <شما فقط بايد فسفر را با مواد سازنده (مورد استفاده در اين نوع انيميشن) مانند خاك رس (clay) يا سيليكون
(silicone) مخلوط كنيد ...در فيلم The Corpse Bride از عروسك‌هاي ساخته شده از سيليكون و آرماتورهاي فلزي استفاده شد. در حالي كه فيلم Wallace ِGromit:The Curse of the Were-Rabbit با استفاده از modeling clay ساخته شد.

مي‌توان فسفر را به مقداري كه تحت نورپردازي طبيعي صحنه (stage lighting) موجب جلب توجه نشود، مخلوط كرد. در اين حالت فقط رنگ طبيعي ماده سازنده مدل (سيليكون يا Clay) مشاهده خواهد شد. اما زماني كه چراغ‌ها ( نور طبيعي صحنه) خاموش شوند، اين ماده حاويِ فسفر خواهد درخشيد و به دليل اين‌كه فسفر مخلوط شده با مواد به صورت پودر است، موجب تشكيل يك الگوي random مي‌گردد ... يك شات پيچيده مانند حركت ماشين از ميان باغچه‌هاي مردم در فيلم Wallace and Gromit، بسيار پرهزينه است و دليل آن، وجود موارد و اشياي متعدد و مختلفي است كه بايد متحرك‌سازي شوند... همچنين يك دوربين متحرك (كنترل شده) هم وجود دارد كه حركت را دنبال مي‌كند. هماهنگ كردن و اجراي تمام اين موارد بسيار مشكل است.

يك چاره كار مي‌تواند تصويربرداري از صحنه با استفاده از سيستم Contour و تقسيم آن به بخش‌هايي مجزا و نورپردازي و متحرك‌سازي آن‌ها و سپس تركيب اين تصاوير و رندر كردن آن‌ها به صورت سه بعدي و مشاهده آن‌ها روي يك مانيتور با كيفيت بالا به منظور برسي نتيجه كار باشد. به دليل اين‌كه نتيجه استفاده از Contour در چنين كاربردي، يك نسخه ديجيتال ‌از عروسك‌هاي فيزيكي است، قادر خواهيم بود شخصيت‌ها و عناصر را با استفاده از ابزارهايي مانند Maya، با يكديگر تركيب نماييم.

در اين حالت، Contour مي‌تواند لزوم استفاده از يك دوربين متحرك كنترل شده (motion controlled camera) را از ميان بردارد؛ زيرا وقتي كه اطلاعات به صورت ديجيتال ثبت شدند، براي حركت در يك دنياي سه بعدي ، كاملاً آزاد خواهيم بود. به طوري كه مي‌توان زوم كرد، عقب رفت يا در آسمان پرواز نمود!...>

همچنين Contour امكان تصويربرداري همزمان از چندين هنرپيشه را در صحنه هاي گروهي پيچيده فراهم مي كند. حركات دست هنرپيشه‌ها وحركات بياني نيز مي‌توانند ثبت شوند. لازم به ذكر است، اگر به طور مثال دستي يك شيء را نگهداشته باشد، به طوري كه فقط سطح خارجي دست براي دوربين‌ها قابل مشاهده باشد، Contour فقط قادر به بازسازي سطح خارجي خواهد بود.

Contour با ارائه يك كنترل On-set، خود را به آنچه كه در سينماگري سنتي مورد انتظار بوده است، نزديك مي‌نمايد. هرچند كه اين سيستم براي بازسازي يك فصل تصويربرداري شده با حداكثر وضوح، نياز به يك رندر overnight دارد، با اين‌حال يك پيش نمايش با وضوح پايين (low-res) و سه بعدي هم، فراهم مي‌كند كه به سرعت به صورت On-set مي‌تواند توليد شود و در اختيار قرار بگيرد. اين امر به فيلمبردار اجازه نورپردازي درست و مناسب سوژه براي رسيدن به افكت‌هاي مطلوب و به كارگردان اجازه بررسي نحوه اجراي صحنه را مي‌دهد. با چنين سيستمي ديگر نياز نيست كارگردان براي ديدن نتيجه كار خود و اعمال اصلاحات احتمالي، ماه‌ها انتظار بكشد.

يكي از نقايص تكنيك ‌motion capture متداول، آفستي است كه به دليل استفاده از markerهاي مرجع در اين تكنيك ايجاد مي شود (مكان دقيق پوست ثبت نمي‌شود) و باعث مي‌گردد داده‌هاي منتج از motion capture هميشه يك بازنمايي دقيق از چگونگي حركات سطح مورد نظر نباشد. Contour با دراختيار داشتن الگوهاي فسفرسان كه مستقيماً روي پوست استفاده مي‌شود، ژئومتري دقيق سطح را ثبت مي‌كند و تقريباً ميزان آفست را به صفر مي‌رساند.

اين سيستم پيوند بسيار خوبي با سيستم‌هاي سنتي marker-based motion capture ايجاد مي‌نمايد. از طريق تركيب اطلاعات بسيار دقيقي كه Contour ارائه مي‌دهد با حركات اسكلت‌بندي كه توسط روش‌هاي معمول mo-cap قابل دستيابي است، Contour مي‌تواند همراه با سيستم marker-based استفاده شود و به فيلمساز اجازه استفاده از هر دو فناوري را مي‌دهد.

يكي از مواردي كه با حضور Contour به طور چشمگيري در صنعت سرگرمي استفاده خواهد شد، digital Makeup است. نمونه‌هايي از اين تكنيك را به وفور در فيلم‌هايي نظير دزدان دريايي كارائيب 2 ديده‌ايم digital Makeup .تكنيكي است كه در آن ابتدا از چهره بازيگر به طور سه‌بعدي تصويربرداري مي‌شود و سپس اين چهره سه‌بعدي توسط كامپيوتر اصلاح مي‌گردد و موارد مورد نظر روي چهره بازيگر اعمال مي‌شود. در اين‌حالت مي‌توان كاراكتر را پير كرد، جوان ساخت يا حتي او را به يك موجود خيالي تبديل نمود.

تا به امروز، هميشه هنرپيشه‌ها صداي خود را به شخصيت‌هاي كارتوني (يا ساخته شده توسط كامپيوتر) قرض مي‌دادند، ولي با استفاده از تكنيك digital makeup، بازيگر سبك بازي و حتي تركيب صورت خود را هم به شخصيت منتقل خواهد نمود. digital makeup هنوز به طور مطلق در مورد هنرپيشه‌ها استفاده نشده است و اكثر كارهايي كه در اين حوزه صورت گرفته با استفاده از داده‌هاي motion capture بوده است. ولي Contour مسلماً در ارتقاي اين تكنيك هم به كمك خواهد آمد.

با استفاده از سيستم Contour هيچ نيازي به سيستم‌هاي Lip-sync نيست؛ زيرا‌ Contour تمام حركات و خصوصيات چهره، از جمله حركت لب‌ها را به دقت ثبت مي‌كند و از اين نظر مشكلي وجود ندارد. Lip-sync كابوسي براي انيماتورها است؛ چراكه ارائه حركات لب، مطابق با ديالوگ‌هاي شخصيت بسيار مشكل است. در حقيقت دو گونه سينك حركات لب وجود دارد: اولين نوع، سينك حركات لب با صدا است. اين كار چندان مشكل نيست؛ زيرا ابزارهايي وجود دارند كه اين‌كار را مي‌كنند.

نوع دوم كه مشكل‌تر است، ساخت حركات قابل قبول لب براساس ديالوگ‌هايي است كه قبلاً ضبط شده‌اند. انجام اين كار بسيار سخت و پرهزينه است و به ندرت ديده مي‌شود كه اين‌كار به طور قانع‌كننده‌اي انجام‌ ‌گردد؛ مگر اين‌كه هزينه بسياري براي آن صرف شود. دليل آن هم اين است كه لب‌ها اعضاي بسيار پيچيده‌اي هستند كه مدل‌سازي حركات آن‌ها به صورت سه‌بعدي بسيار مشكل است.

در نهايت به طور خلاصه مي‌توان گفت كه ارائه يك دوربين Volumetric كه روِياي صنعت سرگرمي بود، ارائهvolumetric cinematography، پيروزي قاطع بر Uncanny Valley، رهايي بازيگر از شر سيستم‌هاي پر دردسرcapture نظيرسيستم‌هاي marker-based motion capture، استفاده از قابليت‌هايي نظير digital makeup، تحقق روِياي متخصصان گرافيك كامپيوتري در شبيه‌سازي بي‌نقص منسوجات، بي‌نيازي به هرگونه Lip-sync، تعامل كامل و پرقدرت با اكثر ابزارهاي گرافيكي معتبر، قابليت تركيب با سيستم‌هاي marker-based motion capture و كاربرد در ساخت انيميشن‌هاي Stop-motion نمونه‌هايي از آنچه است كه Contour ‌به ما عرضه كرده است.

http://pnu-club.com/imported/2009/08/1218.jpg

شكل10- ارتباط Contour با Face Robot


Contour؛ دشمن شماره يك هنرمندان؟


بيان اين‌كه ظهور چنين سيستمي به معني پايان كار انيماتورها و مدل‌سازان است، شايد زياد صحيح نباشد؛ چراكهContour فقط يك ابزار است كه روند كار را تسهيل مي‌نمايد و به هيچ عنوان نمي‌تواند جاي يك هنرمند خلاق را بگيرد. همان‌طور كه گفته شد، با اين‌كه Contour به طور معجزه آسايي يك كپي سه‌بعدي از سوژه مورد نظر ارائه مي‌دهد، در نهايت اين مدل بايد توسط متخصصان گرافيك كامپيوتري مورد بازبيني قرار بگيرد و بسته به نوع كار، اصلاحاتي در آن ايجاد شود تا به نتيجه مطلوب نزديك گردد. از طرفي شايد اين تصور ايجاد شود كه با وجود Contour ‌ديگر نيازي به بازيگران نيست. اين مورد هم درست نيست؛ زيرا اصولاً سيستم Contour كاملاً وابسته به يك هنرپيشه زنده است و بازيگر، يكي از اركان اصلي اين سيستم به شمار مي‌رود.

جالب اين‌كه اين سيستم روش جديدي در استفاده از بازيگر ارائه داده است. همان‌طور كه بيان شد، در گذشته هنرپيشه‌ها صداي خود را به شخصيت‌هاي انيميشن وام مي‌دادند. در حالي كه با استفاده از Contour، مي‌توانند سبك بازي خود را هم به شخصيت منتقل كنند. هر چند چنين چيزي با استفاده از تكنيك marker-based تجربه شده بود، با Contour رفتار و خصوصيات شخصيت ارائه شده، به بازيگر بسيار شبيه‌تر خواهد بود.

[Borna66]

ادامه از پست قبل

هراس از Contour

از مهم‌ترين بحث‌هايي كه با توجه به قابليت‌هاي منحصربه‌فرد اين سيستم نوظهور ايجاد شده است، نگراني‌هايي است كه در مورد نحوه استفاده از اطلاعات جمعآوري شده توسط اين سيستم وجود دارد. اين مطلب خصوصاً باعث نگراني بازيگران شده است. يكي از موارد مطرح شده، امكان تحريف گفته‌هاي شخصي است كه عمل ثبت داده روي او انجام شده است. نگراني مهم‌تري كه مطرح شده، امكان استفاده غيراخلاقي از اين سيستم و اطلاعات ثبت شده توسط آن است كه شايد استفاده از Contour را به جنجال بكشد.

Perlman اصولاً چنين نگراني‌هايي را بي‌مورد مي‌داند و بيان مي‌كند: <براي انجام چنين كاري، شما هيچ نيازي به‌Contour نداريد. شما اين‌كار را مي‌توانيد با ابزارهاي ويرايش (و تدوين) ويديويي كه به سهولت در دسترس هستند انجام دهيد. من روش عملي را كه بتوان با استفاده از ‌Contour چنين كاري كرد، نمي‌شناسم؛ زيرا فقط در صورتي مي‌توانيد به كمك Contour به ثبت اطلاعات شخص بپردازيد كه او اجازه اعمال گريم فسفري را داده باشد و در اين صورت است كه مي‌توانيد در Mova به تصويربرداري از وي بپردازيد. وقتي بازيگر مشغول اجراي نقش مي‌شود (چه در تكنيك motion capture و چه در اجراي زنده) تقريباً در اكثر اوقات در قراردادي كه بين او و مسئولا‌ن بسته مي‌شود، محدوديت‌هايي در زمينه نحوه استفاده از اطلاعات ضبط شده پيش‌بيني شده است. بنابراين ما اجازه نداريم از داده‌هايي كه ثبت كرده‌ايم، براي مواردي جز آنچه در قرارداد ذكر شده است، استفاده نماييم...>

Contour در عمل


با آن‌كه استفاده از Contour هنوز جنبه تجاري پيدا نكرده است، از هم اكنون هم صنعت فيلمسازي و هم صنعت ساخت بازي‌هاي كامپيوتري بي‌صبرانه منتظر استفاده از آن هستند. ديويد فينچر (كارگردان فيلم‌ هفت) در نظر دارد از اين سيستم در فيلم آتي خود استفاده نمايد. اين فيلم‌ كه بر اساس داستان كوتاهي از F.Scott Fitzgerald است و براد پيت در آن نقش شخصيتي را بازي خواهد كرد كه دوران زندگي خود را به طور معكوس از پيري به جواني طي مي‌كند.

به نظر مي‌رسد اين داستان‌، بهترين وسيله براي آزمودن سيستم Contour است. بايد ديد براد پيتي كه Contour مي‌سازد تا چه حد ما را قانع خواهد كرد.

آينده؛ فاصله بين حقيقت و دروغ


آينده‌اي را مي‌توان تصور كرد كه در آن، فيلم‌ها به سبك بازي‌هاي كامپيوتري نزديك خواهند شد و بازي‌ها هم به سمت استفاده از استانداردهاي فيلم‌هاي سينمايي سوق داده خواهند شد. درآينده بيننده قادر خواهد بود پايان فيلمي را كه مي‌بيند، انتخاب كند، در دنياي فيلم غرق شود، با شخصيت‌هاي بازي‌ها تعامل داشته باشد و به طور كلي مرز بين دنياي واقعي و دنياي مجازي باريك‌تر از مو خواهد شد و اين مي‌تواند هيجاني مضاعف براي علاقمندان سينما و بازي‌هاي كامپيوتري و دنياي ديجيتال در پي داشته باشد. ولي فناوري‌هايي نظير Contour، علاوه بر تمام جذابيت‌ها، ممكن است كمي هم موجب سردرگمي و بي‌اعتمادي افراد گردند. به عنوان مثال، همان‌طور كه در توضيح اين سيستم گفته شد، مي‌توان يك كپي نزديك به اصل از يك شخص را توسط اين سيستم ذخيره نمود و هرجا كه لازم بود، آن را از آرشيو درآورد، به دلخواه ويرايش نمود و به كار بست.

با اين‌كه حتي Perlman هم استفاده نامناسب از اين فناوري را به كلي رد مي‌كند، احتمال دارد از چنين سيستمي براي فريب بيننده يا موارد نامتعارف ديگر استفاده شود كه اين مورد بحث مفصلي را مي‌طلبد.

پي‌نوشت:
1- با اين‌كه كارگردان‌ها در ساخت انيميشن‌هاي كامپيوتري چنين قابليتي را تجربه كرده‌اند، در فيلمسازي هنوز چنين چيزي به طور كامل تجربه نشده است .

2- مفهوم ‌Uncanny Valley نخستين بار در دهه 1970 توسط Masahiro Mori معرفي گشت. وي واكنش بيننده در مواجهه با روبات‌هاي انسان‌گونه را به صورت نموداري نشان داد. براساس اين نمودار، با افزايش شباهت روبات به انسان، واكنش مثبت بيننده هم سير صعودي دارد تا جايي كه روبات بسيار شبيه انسان (و نه كاملاً شبيه) مي‌شود. در اينجا نمودار، واكنش كاملاً منفي انسان را نشان مي‌دهد و به صورت يك دره عميق! در نمودار مشاهده مي‌شود كه به ناحيه Uncanny Valley معروف شده است. با افزايش شباهت روبات به انسان، نمودار سير طبيعي خود را مي‌يابد.

3-‌نور پس از برخورد به يك سطح retroreflective، صرف‌نظر از اين‌كه با چه زاويه‌اي به آن تابيده شده باشد، مستقيماً به منبع خود باز مي‌گردد و به اطراف پراكنده نمي‌شود؛ برخلاف آيينه كه بازگشت نور به منبع تنها در صورتي ممكن است كه نور به طور عمود بر سطح آيينه تابيده باشد. اين خاصيت كاربرد زيادي دارد؛ به ويژه در ساخت علايم راهنمايي و رانندگي در جاده‌ها.

4- در روش motion capture از دوربين‌هايي استفاده مي‌شود كه در اطراف لنز آن‌ها منبع نور وجود دارد. در اين‌حالت، هر دوربين به طور مستقل به عنوان يك منبع نور هم عمل مي‌كند و در صورت استفاده از موادretroreflective به عنوان شاخص روي بدن بازيگر، هر دوربين انعكاس مربوط به نور خود را ثبت خواهد كرد.

5- چشم انسان در بخش پيراموني (peripheral) ميدان ديد خود، حساسيت بيشتري به flicker نسبت به بخش foveal (بخش مركزي) ميدان ديد دارد. بيشترين بخش مساحت مانيتورهاي بزرگ هم در ناحيه peripheral ديد است. بنابراين راه‌اندازي مانيتورها در فركانس شصت هرتز، مي‌تواند باعث ايجاد لرزش (flicker) ناراحت‌كننده‌اي در گوشه‌هاي چشم (ميدان ديد) گردد.

شايد يكي از بهترين نمونه‌هايي كه مي‌توان در زمينه شبيه‌سازي منسوجات و پارچه بيان كرد، انيميشن شگفت‌انگيزها باشد.

منابع

1- Volumetric Cinematography :The World No Longer Flat / Steve Perlman
2- Contour Reality Capture / David E.Williams Motion Capture / Computer Power User
3- Escaping The Uncanny Valley With Contour
4- (Mova WebSite (www.mova.com (http://www.mova.com/))