TEDxUSC
Paul Debevec: Animating a photo-real digital face
Paul Devec tạo hiệu ứng cho 1 khuôn mặt số ảnh thực.
Filmed:
Readability: 4.8
881,584 views
Tại TedxUSC, nhà tiên phong đồ họa vi tính Paul Debevec giải thích công nghệ lấy cảnh đằng sau bức ảnh số của Emily, 1 khuôn mặt người có kết cấu số hóa trông rất thực, nó bao gồm 1 quy trình đa công đoạn.
Paul Debevec - Computer graphics pioneer
Paul Debevec's digital inventions have powered the breathtaking visual effects in films like The Matrix, Superman Returns, King Kong and The Curious Case of Benjamin Button. Full bio
Paul Debevec's digital inventions have powered the breathtaking visual effects in films like The Matrix, Superman Returns, King Kong and The Curious Case of Benjamin Button. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:18
One of the biggest challenges in computer graphics
0
0
3000
Một trong các thách thức lớn nhất trong ngành đồ họa vi tính
00:21
has been being able to create a photo-real,
1
3000
2000
là khả năng tạo ra 1 bức ảnh số
00:23
digital human face.
2
5000
2000
khuôn mặt người thực.
00:25
And one of the reasons it is so difficult is that, unlike aliens and dinosaurs,
3
7000
3000
Và 1 trong các lý do khiến nhiệm vụ đó khó thực hiện là, không giống người ngoài hành tinh và khủng long
00:28
we look at human faces every day.
4
10000
3000
ngày nào chúng ta cũng nhìn thấy mặt người khác.
00:31
They are very important to how we communicate with each other.
5
13000
2000
Điều đó rất quan trọng vì đó là cách con người giao tiếp.
00:33
As a result, we're tuned in to the subtlest things
6
15000
3000
Kết quả là, chúng ta được điều chỉnh với những thứ tinh vi nhất
00:36
that could possibly be wrong with a computer rendering,
7
18000
2000
có thể xảy ra với 1 hiển thị máy tính,
00:38
in order to believe whether these things are realistic.
8
20000
3000
nhằm tin chúng có thật.
00:41
And what I'm going to do in the next five minutes
9
23000
2000
Và trong 5 phút tới
00:43
is take you through a process
10
25000
2000
tôi sẽ dẫn các bạn qua 1 quy trình
00:45
where we tried to create a reasonably photo-realistic computer-generated face,
11
27000
3000
chúng tôi cố gắng tạo ra 1 khuôn mặt giống thật tạo ra trên máy tính,
00:48
using some computer graphics technology we've developed,
12
30000
3000
sử dụng công nghệ đồ họa vi tính mà chúng tôi đã phát triển
00:51
and also some collaborators at a company called Image Metrics.
13
33000
2000
và với sự cộng tác của 1 số đồng nghiệp tại công ty Image Metrics.
00:53
And we're going to try to do a photo-real face
14
35000
2000
Và chúng tôi sẽ cố gắng làm 1 khuôn mặt ảnh thực
00:55
of an actress named Emily O'Brien, who is right there.
15
37000
3000
của diễn viên Emily O'Brien ở ngay kia.
00:58
And that's actually a completely computer-generated rendering of her face.
16
40000
3000
Và đó là khuôn mặt của cô ấy hiện lên trên máy tính.
01:01
By the end of the talk, we're going to see it move.
17
43000
2000
Sau cuộc diễn thuyết này, chúng ta sẽ thấy khuôn mặt đó cử động.
01:03
The way that we did this is we tried to start with Emily herself,
18
45000
3000
Chúng tôi cố gắng bắt đầu với Emily,
01:06
who was gracious enough to come to our laboratory
19
48000
3000
cô ấy rất tốt bụng khi đồng ý đến phòng thí nghiệm của chúng tôi
01:09
in Marina Del Rey, and sit for a session in Light Stage 5.
20
51000
3000
ở Marina Del Rey, và ngồi cả buổi trong Light Stage 5.
01:12
This is a face-scanning sphere, with 156 white LEDs all around
21
54000
4000
Đây là 1 quả cầu quét khuôn mặt với 156 đèn LED trắng xung quanh
01:16
that allow us to photograph her
22
58000
2000
cho phép chúng tôi chụp ảnh cô ấy
01:18
in a series of very controlled illumination conditions.
23
60000
3000
trong 1 chuỗi các điều kiện chiếu sáng được kiểm soát.
01:21
And the lighting that we use these days looks something like this.
24
63000
3000
Và hệ thống ánh sáng chúng tôi sử dụng trông giống như thế này.
01:24
We shoot all of these photographs in about three seconds.
25
66000
2000
Chúng tôi chụp các bức ảnh này trong khoảng 3 giây.
01:26
And we basically capture enough information
26
68000
3000
Và chúng tôi lấy được đủ thông tin
01:29
with video projector patterns that drape over the contours of her face,
27
71000
4000
bằng các mẫu máy chiếu video bao quát toàn bộ đường viên khuôn mặt cô ấy,
01:33
and different principle directions of light from the light stage,
28
75000
2000
và các hướng khác nhau theo nguyên lý của chiếu sáng sân khấu,
01:35
to figure out both the coarse-scale
29
77000
2000
để xác định cả chi tiết vi mô
01:37
and the fine-scale detail of her face.
30
79000
2000
và vĩ mô trên khuôn mặt.
01:39
If we zoom in on this photograph right here,
31
81000
2000
Nếu zoom vào bức ảnh này
01:41
we can see it's a really nice photograph to have of her,
32
83000
2000
chúng ta có thể thấy 1 bức ảnh rất đẹp của cô,
01:43
because she is lit from absolutely everywhere at the same time
33
85000
4000
vì cô ấy được chiếu sáng đồng thời từ mọi nơi
01:47
to get a nice image of her facial texture.
34
89000
2000
để có 1 hình ảnh đẹp chụp được vân của khuôn mặt.
01:49
And in addition, we've actually used polarizers on all the lights --
35
91000
3000
Bên cạnh đó, chúng tôi đã sử dụng thiết bị phân cực trên các ngọn đèn
01:52
just like polarized sunglasses can block
36
94000
2000
giống như kính râm phân cực có thể chắn
01:54
the glare off of the road,
37
96000
2000
độ lóa sáng của mặt đường,
01:56
polarizers can block the shine off of the skin,
38
98000
2000
thiết bị phân cực có thể chắn độ sáng bóng của da
01:58
so we don't get all those specular reflections to take this map.
39
100000
3000
nên chúng tôi không lấy tất cả các phản chiếu sáng loáng vào bản đồ này.
02:01
Now, if we turn the polarizers around just a little bit,
40
103000
2000
Nào, nếu xoay các thiết bị phân cực 1 chút
02:03
we can actually bring that specular reflection
41
105000
2000
chúng ta có thể mang lại sự phản chiếu sáng loáng
02:05
of the skin back in,
42
107000
2000
của làn da,
02:07
and you can see she looks kind of shiny and oily at this point.
43
109000
3000
và bạn có thể thấy cô ấy trông sáng và hơi bóng dầu.
02:10
If you take the difference between these two images here,
44
112000
3000
Nếu so sánh sự khác biệt giữa 1 hình ảnh này,
02:13
you can get an image lit from the entire sphere of light
45
115000
2000
bạn có 1 hình ảnh sáng lên từ toàn bộ quả cầu đèn
02:15
of just the shine off of Emily's skin.
46
117000
3000
phản chiếu ánh sáng lên làn da của Emily.
02:18
I don't think any photograph like this had ever been taken
47
120000
2000
Tôi không nghĩ đã từng có bất kỳ bức ảnh nào giống thế này được chụp
02:20
before we had done this.
48
122000
2000
trước chúng tôi.
02:22
And this is very important light to capture,
49
124000
3000
Và đây là ánh sáng rất quan trọng cần phải lấy
02:25
because this is the light that reflects off the first surface of the skin.
50
127000
2000
vì nó phản chiếu bề mặt đầu tiên của làn da.
02:27
It doesn't get underneath the translucent
51
129000
2000
Nó không đi xuống các lớp da trong mờ
02:29
layers of the skin and blur out.
52
131000
2000
rồi mờ dần.
02:31
And, as a result, it's a very good cue
53
133000
2000
Kết quả là, nó là 1 ám hiệu rất tốt
02:33
to the detailed shape of the skin-pore structure
54
135000
3000
cho hình dạng chi tiết của kết cấu lỗ chân lông
02:36
and all of the fine wrinkles that all of us have,
55
138000
2000
và các nếp nhăn mờ mà ai cũng có,
02:38
the things that actually make us look like real humans.
56
140000
2000
những cái đó khiến chúng ta trông giống người thật.
02:40
So, if we use information that comes off of this specular reflection,
57
142000
4000
Thế nên nếu chúng ta sử dụng thông tin từ sự phản chiếu sáng bóng này
02:44
we can go from a traditional face scan
58
146000
2000
chúng ta có thể đi từ 1 lần quét khuôn mặt truyền thống
02:46
that might have the gross contours of the face and the basic shape,
59
148000
4000
bao gồm toàn bộ đường viền khuôn mặt và hình dáng cơ bản,
02:50
and augment it with information
60
152000
2000
và bổ sung thêm thông tin
02:52
that puts in all of that skin pore structure and fine wrinkles.
61
154000
3000
bao gồm kết cấu lỗ chân lông và các nếp nhăn mờ.
02:55
And, even more importantly,
62
157000
2000
Và quan trọng hơn,
02:57
since this is a photometric process that only takes three seconds to capture,
63
159000
3000
vì đây là quy trình trắc quang chụp ảnh trong 3 giây,
03:00
we can shoot Emily
64
162000
2000
chúng tôi có thể chụp Emily
03:02
in just part of an afternoon,
65
164000
2000
trong 1 lúc buổi chiều,
03:04
in many different facial poses and facial expressions.
66
166000
3000
ở nhiều biểu hiện và tạo dáng khuôn mặt khác nhau.
03:07
So, here you can see her moving her eyes around, moving her mouth around.
67
169000
3000
Bạn có thể thấy đôi mắt cô ấy chuyển động và cử động miệng.
03:10
And these we're actually going to use to create a photo-real digital character.
68
172000
3000
Và chúng tôi sẽ dùng những cái này để tạo ra 1 nhân vật số ảnh thực.
03:13
If you take a look at these scans that we have of Emily,
69
175000
4000
Nếu nhìn vào các bức ảnh quét của Emily,
03:17
you can see that the human face does an enormous amount of amazing things
70
179000
3000
bạn có thể thấy khuôn mặt người làm rất nhiều điều đáng ngạc nhiên
03:20
as it goes into different facial expressions.
71
182000
3000
khi nó biểu hiện các cử động khuôn mặt khác nhau.
03:23
You can see things. Not only the face shape changes,
72
185000
3000
Bạn có thể thấy mọi thứ. Không chỉ các thay đổi trên hình dạng khuôn mặt,
03:26
but all sorts of different skin buckling and skin wrinkling occurs.
73
188000
4000
mà cả khi lớp da lõm xuống hay nhăn lại.
03:30
You can see that the skin pore structure changes enormously
74
192000
4000
Bạn có thể thấy kết cấu lỗ chân lông thay đổi rõ ràng
03:34
from stretched skin pores
75
196000
2000
từ các lỗ chân lông bị kéo căng
03:36
to the regular skin texture.
76
198000
2000
tới tình trạng bình thường của làn da.
03:38
You can see the furrows in the brow and how the microstructure changes there.
77
200000
3000
Bạn có thể thấy các luống rãnh trên lông mày và cấu trúc vi mô thay đổi ở đó.
03:41
You can see muscles pulling down at flesh to bring her eyebrows down.
78
203000
4000
Có thể thấy các cơ kéo lớp da xuống để nhíu mày.
03:45
Her muscles bulging in her forehead when she winces like that.
79
207000
3000
Các cơ trên trán cô ấy giãn ra khi cô ấy nhăn mặt như thế này.
03:48
In addition to this kind of high-resolution geometry,
80
210000
3000
Bên cạnh loại hình học độ phân giải cao này,
03:51
since it's all captured with cameras, we've got a great texture map to use for the face.
81
213000
4000
vì nó toàn được chụp bằng camera, chúng tôi có 1 mẫu vân tuyệt vời để dùng cho khuôn mặt.
03:55
And by looking at how the different color channels of the illumination,
82
217000
2000
Bằng cách nhìn vào các kênh màu sắc chiếu sáng,
03:57
the red and the green and the blue,
83
219000
2000
đỏ, xanh lá cây và xanh da trời,
03:59
diffuse the light differently,
84
221000
2000
khuếch tán ánh sáng khác nhau,
04:01
we can come up with a way of shading the skin on the computer.
85
223000
3000
chúng tôi có thể nghĩ ra cách điều chỉnh đậm nhạt cho làn da trên máy tính.
04:04
Then, instead of looking like a plaster mannequin,
86
226000
3000
Sau đó, thay vì trông giống 1 ma-nơ-canh thạch cao
04:07
it actually looks like it's made out of living human flesh.
87
229000
3000
nó trông như cơ thể người bằng xương bằng thịt.
04:10
And this is what we used
88
232000
2000
Và chúng tôi đã đưa cái này
04:12
to give to the company Image Metrics
89
234000
2000
cho công ty Image Metrics
04:14
to create a rigged, digital version of Emily.
90
236000
3000
để tạo ra 1 phiên bản số của Emily.
04:17
We're just seeing the coarse-scale geometry here.
91
239000
2000
Chúng ta đang thấy hình học dạng thô ở đây.
04:19
But they basically created a digital puppet of her,
92
241000
3000
Nhưng họ đã tạo9 ra 1 con rối số của Emily,
04:22
where you can pull on these various strings,
93
244000
2000
bạn có thể thêm vào đó nhiều dây khác nhau,
04:24
and it actually moves her face in ways that are
94
246000
2000
và nó làm khuôn mặt cô ấy cử động theo cách
04:26
completely consistent with the scans that we took.
95
248000
2000
hoàn toàn thống nhất với các bức ảnh chúng tôi đã quét.
04:28
And, in addition to the coarse-scale geometry,
96
250000
2000
Và bên cạnh hình học dạng thô,
04:30
they also used all of that detail
97
252000
2000
họ cũng dùng toàn bộ chi tiết đó
04:32
to create a set of what are called "displacement maps"
98
254000
3000
để thiết lập "các bản đồ dịch chuyển"
04:35
that animate as well.
99
257000
3000
tạo hiệu ứng sinh động.
04:38
These are the displacement maps here.
100
260000
2000
Đây là các bản đồ dịch chuyển.
04:40
And you can see those different wrinkles actually show up as she animates.
101
262000
3000
Và bạn có thể thấy các nếp nhăn khác nhau hiện ra.
04:43
So the next process was then to animate her.
102
265000
2000
Quy trình tiếp theo là làm cô ấy trông sinh động hơn.
04:45
We actually used one of her own performances to provide the source data.
103
267000
4000
Chúng tôi đã lấy 1 trong các cử động của cô để cung cấp dữ liệu nguồn.
04:49
So, by analyzing this video with computer vision techniques,
104
271000
3000
Nhờ phân tích video này bằng kỹ thuật thị giác vi tính,
04:52
they were able to drive the facial rig
105
274000
2000
họ có thể điều khiển thiết lập khuôn mặt
04:54
with the computer-generated performance.
106
276000
2000
bằng cử động do máy tính tạo ra.
04:56
So what you're going to see now, after this,
107
278000
2000
Bây giờ các bạn sẽ thấy
04:58
is a completely photo-real digital face.
108
280000
2000
1 khuôn mặt số ảnh thực hoàn toàn.
05:00
We can turn the volume up a little bit if that's available.
109
282000
2000
Chúng ta có thể tăng âm lượng lên 1 chút nếu có thể.
05:02
Emily: Image Metrics is a markerless, performance-driven animation company.
110
284000
4000
Emily: Image Metric là 1 công ty hoạt họa không sử dụng các điểm đánh dấu.
05:06
We specialize in high-quality facial animation
111
288000
3000
Chúng tôi chuyên về hoạt họa khuôn mặt chất lượng cao
05:09
for video games and films.
112
291000
2000
cho các game video và phim.
05:11
Image Metrics is a markerless, performance-driven animation company.
113
293000
4000
Emily: Image Metric là 1 công ty hoạt họa không sử dụng các điểm đánh dấu.
05:15
We specialize in high quality facial animation
114
297000
3000
Chúng tôi chuyên về hoạt họa khuôn mặt chất lượng cao
05:18
for video games and films.
115
300000
3000
cho các game video và phim.
05:21
Paul Debevec: So, if we break that down into layers, here's that diffuse component
116
303000
2000
Paul Devec: nếu chúng ta phá vỡ nó thành các lớp, thì đây là thành phần khuếch tán
05:23
we saw in the first slide.
117
305000
2000
chúng ta đã thấy trong slide đầu tiên.
05:25
Here is the specular component animating.
118
307000
2000
Đây là thành phần phản chiếu đang tạo hiệu ứng.
05:27
You can see all the wrinkles happening there.
119
309000
2000
Bạn có thể thấy các nếp nhăn đang hoạt động ở đây.
05:29
And there is the underlying wireframe mesh.
120
311000
5000
Và có 1 lưới khung dây bên dưới.
05:34
And that is Emily herself.
121
316000
2000
Và đó là Emily.
05:36
Now, where are we going with this here?
122
318000
2000
nào, với cái này, chúng tôi sẽ đi tới đâu?
05:38
We've gone a little bit beyond Light Stage 5. This is Light Stage 6,
123
320000
4000
Chúng tôi đã tiến xa hơn Light Stage 5 1 chút. Đây là Light Stage 6.
05:42
and we're looking at taking this technology
124
324000
2000
Và chúng ta đang dùng công nghệ này
05:44
and applying it to whole human bodies.
125
326000
2000
ứng dụng nó vào toàn bộ cơ thể con người.
05:46
This is Bruce Lawmen, one of our researchers in the group,
126
328000
2000
Đây là Bruce Lawmen, 1 trong các nhà nghiên cứu của chúng tôi trong nhóm,
05:48
who graciously agreed to get captured running in the Light Stage.
127
330000
3000
anh đã rất tốt bụng đồng ý chụp ảnh khi đang chạy dưới hệ thống đèn.
05:51
And let's take a look at a computer-generated version
128
333000
2000
Chúng ta hãy nhìn phiên bản máy tính của Bruce,
05:53
of Bruce, running in a new environment.
129
335000
2000
anh đang chạy trong môi trường mới.
06:01
And thank you very much.
130
343000
2000
Và cảm ơn các bạn.
06:03
(Applause)
131
345000
1000
(Vỗ tay)
ABOUT THE SPEAKER
Paul Debevec - Computer graphics pioneerPaul Debevec's digital inventions have powered the breathtaking visual effects in films like The Matrix, Superman Returns, King Kong and The Curious Case of Benjamin Button.
Why you should listen
Called "Hollywood's Master of Light" by MIT's Technology Review, Paul Debevec leads the Graphics Laboratory at USC's Institute for Creative Technologies, where he directs the development of the Light Stage systems, which capture and simulate how people and objects appear in real-world illumination.
His work on lighting digital objects has been used in films like X-Men, The Golden Compass and Terminator: Salvation. He leads the design of HDR Shop, the first high-dynamic-range image editing program. He has collaborated with TEDster Golan Levin on an interactive art installation called Rouen Revisited.
Paul Debevec | Speaker | TED.com