TEDxUSC
Paul Debevec: Animating a photo-real digital face
Ο Πωλ Ντιμπέβεκ, δίνει ζωή σε ένα φωτο-ρεαλιστικό ψηφιακό πρόσωπο
Filmed:
Readability: 4.8
881,584 views
Στο TEDxUSC, ο πρωτοπόρος ερευνητής των γραφικών υπολογιστών Πωλ Ντιμπέβεκ, εξηγεί την τεχνολογία που κλέβει την παράσταση πίσω από την Ψηφιακή Έμιλι, ένα ψηφιακά δημιουργημένο ανθρώπινο πρόσωπο τόσο ρεαλιστικό που ξεγελάει το ανθρώπινο μάτι.
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
Μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στα γραφικά υπολογιστών
00:21
has been being able to create a photo-real,
1
3000
2000
είναι η δυνατότητα να δημιουργηθεί ένα φώτο-ρεαλιστικό
00:23
digital human face.
2
5000
2000
ψηφιακό ανθρώπινο πρόσωπο.
00:25
And one of the reasons it is so difficult is that, unlike aliens and dinosaurs,
3
7000
3000
Και ένας από τους λόγους που είναι τόσο δύσκολο είναι ότι, αντιθέτως με τους εξωγήινους και τους δεινόσαυρους,
00:28
we look at human faces every day.
4
10000
3000
βλέπουμε ανθρώπινα πρόσωπα κάθε μέρα.
00:31
They are very important to how we communicate with each other.
5
13000
2000
Είναι πολύ σημαντικά στο πώς επικοινωνούμε μεταξύ μας.
00:33
As a result, we're tuned in to the subtlest things
6
15000
3000
Σαν αποτέλεσμα, προσέχουμε τις παραμικρές λεπτομέρειες
00:36
that could possibly be wrong with a computer rendering,
7
18000
2000
που θα μπορούσαν να είναι λάθος σε μια ψηφιακή εικόνα,
00:38
in order to believe whether these things are realistic.
8
20000
3000
για να πιστέψουμε εάν τα πράγματα είναι ρεαλιστικά.
00:41
And what I'm going to do in the next five minutes
9
23000
2000
Και αυτό που θα κάνω στα επόμενα πέντε λεπτά
00:43
is take you through a process
10
25000
2000
είναι να σας εξηγήσω μία διαδικασία
00:45
where we tried to create a reasonably photo-realistic computer-generated face,
11
27000
3000
στην οποία προσπαθήσαμε να δημιουργήσουμε ένα σχετικά φωτο-ρεαλιστικό ψηφιακό πρόσωπο
00:48
using some computer graphics technology we've developed,
12
30000
3000
με την χρήση τεχνολογίας γραφικών υπολογιστών που δημιουργήσαμε
00:51
and also some collaborators at a company called Image Metrics.
13
33000
2000
με κάποιους συνεργάτες στην εταιρεία Image Metrics.
00:53
And we're going to try to do a photo-real face
14
35000
2000
Θα προσπαθήσουμε να δημιουργήσουμε ένα φωτο-ρεαλιστικό πρόσωπο
00:55
of an actress named Emily O'Brien, who is right there.
15
37000
3000
της ηθοποιού Έμιλι Ο’Μπράιαν, την οποία βλέπετε εδώ
00:58
And that's actually a completely computer-generated rendering of her face.
16
40000
3000
Πρόκειται για μία εικόνα του προσώπου της, η οποία δημιουργήθηκε εξ ολοκλήρου στον υπολογιστή.
01:01
By the end of the talk, we're going to see it move.
17
43000
2000
Στο τέλος αυτής της ομιλίας, θα την δούμε να κινείται.
01:03
The way that we did this is we tried to start with Emily herself,
18
45000
3000
Για να το κάνουμε, προσπαθήσαμε να ξεκινήσουμε με την Έμιλι
01:06
who was gracious enough to come to our laboratory
19
48000
3000
η οποία πολύ ευγενικά ήρθε στο εργαστήριο μας
01:09
in Marina Del Rey, and sit for a session in Light Stage 5.
20
51000
3000
στο Μαρίνα Ντελ Ρέι, και κάθησε στο Light Stage 5.
01:12
This is a face-scanning sphere, with 156 white LEDs all around
21
54000
4000
Αυτή είναι μία σφαίρα σάρωσης προσώπου, με 156 άσπρα LED τριγύρω,
01:16
that allow us to photograph her
22
58000
2000
που μας επιτρέπουν να την φωτογραφήσουμε
01:18
in a series of very controlled illumination conditions.
23
60000
3000
σε μια σειρά από πολύ ελεγχόμενες συνθήκες φωτισμού.
01:21
And the lighting that we use these days looks something like this.
24
63000
3000
Ο φωτισμός που χρησιμοποιούμε σήμερα μοιάζει κάπως έτσι.
01:24
We shoot all of these photographs in about three seconds.
25
66000
2000
Παίρνουμε όλες αυτές τις φωτογραφίες σε περίπου τρία δευτερόλεπτα
01:26
And we basically capture enough information
26
68000
3000
Και βασικά αποθηκεύουμε αρκετή πληροφορία
01:29
with video projector patterns that drape over the contours of her face,
27
71000
4000
με σχήματα από τον προβολέα βίντεο τα οποία προβάλλονται στο περίγραμμα του προσώπου της
01:33
and different principle directions of light from the light stage,
28
75000
2000
και διαφορετικές κύριες κατευθύνσεις φωτός από την εξέδρα φωτισμού,
01:35
to figure out both the coarse-scale
29
77000
2000
για την εξακρίβωση των μεγάλων
01:37
and the fine-scale detail of her face.
30
79000
2000
αλλά και μικρών λεπτομερειών του προσώπου της.
01:39
If we zoom in on this photograph right here,
31
81000
2000
Αν μεγεθύνουμε αυτή τη φωτογραφία
01:41
we can see it's a really nice photograph to have of her,
32
83000
2000
βλέπουμε ότι είναι μία πολύ καλή φωτογραφία,
01:43
because she is lit from absolutely everywhere at the same time
33
85000
4000
επειδή φωτίζεται από παντού ταυτόχρονα
01:47
to get a nice image of her facial texture.
34
89000
2000
ώστε να έχουμε μία ωραία εικόνα της υφής του προσώπου της.
01:49
And in addition, we've actually used polarizers on all the lights --
35
91000
3000
Επιπλέον, χρησιμοποιήσαμε πολωτές σε όλα τα φώτα --
01:52
just like polarized sunglasses can block
36
94000
2000
όπως τα πολωτικά γυαλιά ήλιου σταματούν
01:54
the glare off of the road,
37
96000
2000
την αντηλιά από τον δρόμο,
01:56
polarizers can block the shine off of the skin,
38
98000
2000
οι πολωτές μπορούν να εμποδίσουν την γυαλάδα στο το δέρμα,
01:58
so we don't get all those specular reflections to take this map.
39
100000
3000
ώστε να μην έχουμε όλες αυτές τις κατοπτρικές ανακλάσεις.
02:01
Now, if we turn the polarizers around just a little bit,
40
103000
2000
Τώρα, αν περιστρέψουμε λίγο τους πολωτές,
02:03
we can actually bring that specular reflection
41
105000
2000
μπορούμε να επαναφέρουμε τις κατοπτρικές ανακλάσεις
02:05
of the skin back in,
42
107000
2000
του δέρματος,
02:07
and you can see she looks kind of shiny and oily at this point.
43
109000
3000
και έτσι μπορείτε να δείτε πως φαίνεται κάπως γυαλιστερή και λιπαρή σε αυτό το σημείο.
02:10
If you take the difference between these two images here,
44
112000
3000
Αν πάρουμε τη διαφορά μεταξύ αυτών των δύο εικόνων,
02:13
you can get an image lit from the entire sphere of light
45
115000
2000
έχουμε μία εικόνα φωτιζόμενη από ολόκληρη την σφαίρα φωτός
02:15
of just the shine off of Emily's skin.
46
117000
3000
μόνο της γυαλάδας του δέρματος της Έμιλι.
02:18
I don't think any photograph like this had ever been taken
47
120000
2000
Δεν πιστεύω να έχει ληφθεί ποτέ τέτοια φωτογραφία
02:20
before we had done this.
48
122000
2000
πριν να το κάνουμε εμείς.
02:22
And this is very important light to capture,
49
124000
3000
Και αυτό το φως είναι πολύ σημαντικό να το καταγράψουμε
02:25
because this is the light that reflects off the first surface of the skin.
50
127000
2000
καθώς είναι το φως που ανακλάται από την πρώτη στοιβάδα του δέρματος.
02:27
It doesn't get underneath the translucent
51
129000
2000
Δεν εισέρχεται μέσα στις ημιδιαφανείς
02:29
layers of the skin and blur out.
52
131000
2000
στοιβάδες του δέρματος ώστε να θολώσει.
02:31
And, as a result, it's a very good cue
53
133000
2000
Και, σαν αποτέλεσμα, είναι ένα πολύ καλό στοιχείο
02:33
to the detailed shape of the skin-pore structure
54
135000
3000
για την λεπτομερή δομή των πόρων του δέρματος
02:36
and all of the fine wrinkles that all of us have,
55
138000
2000
και όλων των λεπτών ρυτίδων που όλοι έχουμε,
02:38
the things that actually make us look like real humans.
56
140000
2000
πράγματα τα οποία μας κάνουν να φαινόμαστε πραγματικοί άνθρωποι
02:40
So, if we use information that comes off of this specular reflection,
57
142000
4000
Αν λοιπόν χρησιμοποιήσουμε την πληροφορία που προέρχεται από την κατοπτρική ανάκλαση
02:44
we can go from a traditional face scan
58
146000
2000
περνάμε από την παραδοσιακή σάρωση προσώπου
02:46
that might have the gross contours of the face and the basic shape,
59
148000
4000
που μπορεί να έχει τα γενικά περιγράμματα του προσώπου και το βασικό σχήμα,
02:50
and augment it with information
60
152000
2000
και να το επεκτείνουμε με πληροφορία
02:52
that puts in all of that skin pore structure and fine wrinkles.
61
154000
3000
η οποία προσθέτει την δομή των πόρων και τις λεπτές ρυτίδες.
02:55
And, even more importantly,
62
157000
2000
Και ακόμα πιο σημαντικό,
02:57
since this is a photometric process that only takes three seconds to capture,
63
159000
3000
καθώς αυτή είναι μια φωτομετρική διαδικασία η οποία διαρκεί μόνο 3 δευτερόλεπτα
03:00
we can shoot Emily
64
162000
2000
μπορούμε να φωτογραφίσουμε την Έμιλι
03:02
in just part of an afternoon,
65
164000
2000
σε λιγότερο από ένα απογεύμα,
03:04
in many different facial poses and facial expressions.
66
166000
3000
σε πολλαπλές διαφορετικές θέσεις προσώπου και εκφράσεις.
03:07
So, here you can see her moving her eyes around, moving her mouth around.
67
169000
3000
Εδώ μπορείτε να την δείτε να μετακινεί τα μάτια της, το στόμα της.
03:10
And these we're actually going to use to create a photo-real digital character.
68
172000
3000
Και αυτά πρόκειται να τα χρησιμοποιήσουμε για να δημιουργήσουμε ένα φωτο-ρεαλιστικό ψηφιακό χαρακτήρα
03:13
If you take a look at these scans that we have of Emily,
69
175000
4000
Αν προσέξετε τις σαρώσεις που έχουμε από την Έμιλι
03:17
you can see that the human face does an enormous amount of amazing things
70
179000
3000
μπορείτε να δείτε ότι το ανθρώπινο πρόσωπο κάνει πάρα πολλά καταπληκτικά πράγματα
03:20
as it goes into different facial expressions.
71
182000
3000
όταν αλλάζουν οι διάφορες εκφράσεις του προσώπου.
03:23
You can see things. Not only the face shape changes,
72
185000
3000
Μπορείτε να δείτε πράγματα. Όχι μόνο αλλαγές στο σχήμα του προσώπου,
03:26
but all sorts of different skin buckling and skin wrinkling occurs.
73
188000
4000
αλλά και διάφορες συσφίξεις του δέρματος και ρυτίδων.
03:30
You can see that the skin pore structure changes enormously
74
192000
4000
Μπορείτε να δείτε ότι η δομή των πόρων του δέρματος αλλάζει δραματικά
03:34
from stretched skin pores
75
196000
2000
από τεντωμένους πόρους του δέρματος,
03:36
to the regular skin texture.
76
198000
2000
στην κανονική υφή του δέρματος.
03:38
You can see the furrows in the brow and how the microstructure changes there.
77
200000
3000
Μπορείτε να δείτε τα αυλακώματα στο μέτωπο και πώς η μικρό-δομή αλλάζει εκεί.
03:41
You can see muscles pulling down at flesh to bring her eyebrows down.
78
203000
4000
Μπορείτε να δείτε τους μύες να τραβούν κάτω στη σάρκα για να κατεβάσουν τα φρύδια.
03:45
Her muscles bulging in her forehead when she winces like that.
79
207000
3000
Οι μύες της φουσκώνουν στο μέτωπο όταν συγχύζεται.
03:48
In addition to this kind of high-resolution geometry,
80
210000
3000
Πέρα από αυτού του είδους την υψηλής ανάλυσης γεωμετρία,
03:51
since it's all captured with cameras, we've got a great texture map to use for the face.
81
213000
4000
καθώς όλα έχουν καταγραφεί με φωτογραφικές, έχουμε μία καλή καταγραφή υφής για να χρησιμοποιήσουμε για το πρόσωπο
03:55
And by looking at how the different color channels of the illumination,
82
217000
2000
και βλέποντας πώς τα διαφορετικά χρωματικά κανάλια του φωτισμού
03:57
the red and the green and the blue,
83
219000
2000
το κόκκινο το πράσινο και το μπλε,
03:59
diffuse the light differently,
84
221000
2000
διαχέουν το φως διαφορετικά,
04:01
we can come up with a way of shading the skin on the computer.
85
223000
3000
μπορούμε να επινοήσουμε ένα τρόπο σκίασης του δέρματος στον υπολογιστή.
04:04
Then, instead of looking like a plaster mannequin,
86
226000
3000
Μετά, αντί να μοιάζει με μανεκέν φτιαγμένο από γύψο,
04:07
it actually looks like it's made out of living human flesh.
87
229000
3000
θα μοιάζει σαν να είναι φτιαγμένη από ζωντανή ανθρώπινη σάρκα.
04:10
And this is what we used
88
232000
2000
Και αυτό είναι που χρησιμοποιήσαμε
04:12
to give to the company Image Metrics
89
234000
2000
για να δώσουμε στην εταιρεία Image Metrics
04:14
to create a rigged, digital version of Emily.
90
236000
3000
να δημιουργήσει μια ψηφιακή εκδοχή της Έμιλι.
04:17
We're just seeing the coarse-scale geometry here.
91
239000
2000
Εδώ απλά βλέπουμε την βασική γεωμετρία.
04:19
But they basically created a digital puppet of her,
92
241000
3000
Αλλά βασικά δημιούργησαν μία ψηφιακή μαριονέτα,
04:22
where you can pull on these various strings,
93
244000
2000
στην οποία μπορείς να τραβήξεις τα διάφορα σχοινιά,
04:24
and it actually moves her face in ways that are
94
246000
2000
και το πρόσωπο της μετακινείται με τρόπους που
04:26
completely consistent with the scans that we took.
95
248000
2000
συνάδουν απολύτως με τις σαρώσεις που κάναμε.
04:28
And, in addition to the coarse-scale geometry,
96
250000
2000
Και, μαζί με την χοντροκομμένη γεωμετρία,
04:30
they also used all of that detail
97
252000
2000
Χρησιμοποίησαν και όλες τις λεπτομέρειες
04:32
to create a set of what are called "displacement maps"
98
254000
3000
για να δημιουργήσουν ένα σύνολο αυτών που λέμε "χάρτες μετατόπισης"
04:35
that animate as well.
99
257000
3000
που κινούνται επίσης.
04:38
These are the displacement maps here.
100
260000
2000
Αυτοί είναι οι χάρτες μετατόπισης.
04:40
And you can see those different wrinkles actually show up as she animates.
101
262000
3000
Και μπορείτε να δείτε τις διάφορες ρυτίδες που εμφανίζονται καθώς κινείται.
04:43
So the next process was then to animate her.
102
265000
2000
Έτσι η επόμενη διαδικασία ήταν να δώσουμε κίνηση.
04:45
We actually used one of her own performances to provide the source data.
103
267000
4000
Χρησιμοποιήσαμε υλικό από την ίδια για να πάρουμε τα δεδομένα.
04:49
So, by analyzing this video with computer vision techniques,
104
271000
3000
Έτσι, αναλύοντας αυτό το βίντεο με τεχνικές υπολογιστικής όρασης,
04:52
they were able to drive the facial rig
105
274000
2000
κατάφεραν να κινήσουν το τεχνητό πρόσωπο
04:54
with the computer-generated performance.
106
276000
2000
με υλικό που δημιουργήθηκε από τον υπολογιστή.
04:56
So what you're going to see now, after this,
107
278000
2000
Έτσι αυτό που θα δούμε τώρα, μετά από αυτό,
04:58
is a completely photo-real digital face.
108
280000
2000
είναι ένα απόλυτα φωτο-ρεαλιστικό ψηφιακό πρόσωπο.
05:00
We can turn the volume up a little bit if that's available.
109
282000
2000
Μπορούμε να δυναμώσουμε την φωνή λίγο αν είναι δυνατό.
05:02
Emily: Image Metrics is a markerless, performance-driven animation company.
110
284000
4000
Έμιλι: Η Image Metrics είναι μία εταιρία κινούμενης εικόνας με γνώμονα τις υψηλές επιδόσεις.
05:06
We specialize in high-quality facial animation
111
288000
3000
Ειδικευόμαστε στην υψηλής ανάλυσης κινούμενη εικόνα προσώπου
05:09
for video games and films.
112
291000
2000
για ηλεκτρονικά παιχνίδια και ταινίες.
05:11
Image Metrics is a markerless, performance-driven animation company.
113
293000
4000
Έμιλι: Η Image Metrics είναι μία εταιρία κινούμενης εικόνας με γνώμονα τις υψηλές επιδόσεις.
05:15
We specialize in high quality facial animation
114
297000
3000
Ειδικευόμαστε στην υψηλής ανάλυσης κινούμενη εικόνα προσώπου
05:18
for video games and films.
115
300000
3000
για ηλεκτρονικά παιχνίδια και ταινίες.
05:21
Paul Debevec: So, if we break that down into layers, here's that diffuse component
116
303000
2000
Πωλ Ντιμπέβεκ: Έτσι, αν το αναλύσουμε σε επιστρώσεις, εδώ είναι η επίστρωση διάχυτου φωτισμού
05:23
we saw in the first slide.
117
305000
2000
που είδαμε στην πρώτη διαφάνεια.
05:25
Here is the specular component animating.
118
307000
2000
Εδώ είναι ο κατευθυνόμενος συντελεστής που μετακινείται
05:27
You can see all the wrinkles happening there.
119
309000
2000
Μπορείτε να δείτε όλες τις ρυτίδες που δημιουργούνται.
05:29
And there is the underlying wireframe mesh.
120
311000
5000
Και αυτό είναι το υποκείμενο πλέγμα.
05:34
And that is Emily herself.
121
316000
2000
Και αυτή είναι η ίδια η Έμιλι.
05:36
Now, where are we going with this here?
122
318000
2000
Τώρα, ποιος είναι ο στόχος μας;
05:38
We've gone a little bit beyond Light Stage 5. This is Light Stage 6,
123
320000
4000
Έχουμε προχωρήσει λίγο από το Light Stage 5. Αυτό είναι το Light Stage 6
05:42
and we're looking at taking this technology
124
324000
2000
Και σκοπεύουμε να πάρουμε αυτή την τεχνολογία
05:44
and applying it to whole human bodies.
125
326000
2000
και να την εφαρμόσουμε σε ολόκληρα ανθρώπινα σώματα.
05:46
This is Bruce Lawmen, one of our researchers in the group,
126
328000
2000
Αυτός είναι ο Μπρους Λάμεν, ένας από τους ερευνητές της ομάδας,
05:48
who graciously agreed to get captured running in the Light Stage.
127
330000
3000
ο οποίος ευγενικά συμφώνησε να κινηματογραφηθεί τρέχοντας στο Light Stage.
05:51
And let's take a look at a computer-generated version
128
333000
2000
Ας δούμε μία εκδοχή από ηλεκτρονικό υπολογιστή
05:53
of Bruce, running in a new environment.
129
335000
2000
του Μπρους, να τρέχει σε ένα νέο περιβάλλον.
06:01
And thank you very much.
130
343000
2000
Και σας ευχαριστώ πολύ.
06:03
(Applause)
131
345000
1000
(Χειροκρότημα)
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