TEDxUSC
Paul Debevec: Animating a photo-real digital face
Paul Debevec animeaza o imagine fotorealistă digitală
Filmed:
Readability: 4.8
881,584 views
Paul Debevec, un pionier în domeniul graficii pe calculator, explică, pe scena TEDxUSC, tehnologia de captare a imaginilor care se află în spatele "E-miliei", o fizionomie umană digitalizată care este atât de realistă încât suportă mai multe fotografii la rand.
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
Una dintre cele mai mari provocări în domeniul graficii pe calculator
00:21
has been being able to create a photo-real,
1
3000
2000
este capacitatea de a crea
00:23
digital human face.
2
5000
2000
o fizionomie umană digitală fotorealistă.
00:25
And one of the reasons it is so difficult is that, unlike aliens and dinosaurs,
3
7000
3000
Unul dintre motivele pentru care este un lucru atât de dificil este faptul că, spre deosebire de extratereştri şi dinozauri,
00:28
we look at human faces every day.
4
10000
3000
fizionomiile umane sunt ceva ce vedem în fiecare zi.
00:31
They are very important to how we communicate with each other.
5
13000
2000
Fizionomiile sunt foarte importante pentru felul în care comunicăm între noi.
00:33
As a result, we're tuned in to the subtlest things
6
15000
3000
În consecinţă, suntem sensibili la cele mai subtile imperfecţiuni
00:36
that could possibly be wrong with a computer rendering,
7
18000
2000
care ar putea apărea în redările pe calculator,
00:38
in order to believe whether these things are realistic.
8
20000
3000
pentru a ne convinge ca aceste lucruri sunt reale.
00:41
And what I'm going to do in the next five minutes
9
23000
2000
Ceea ce voi face in urmatoarele cinci minute
00:43
is take you through a process
10
25000
2000
este de a va prezinta un proces
00:45
where we tried to create a reasonably photo-realistic computer-generated face,
11
27000
3000
prin care am încercat să creăm o fizionomie generată pe calculator suficient de fotorealistă
00:48
using some computer graphics technology we've developed,
12
30000
3000
cu ajutorul unei tehnologii de grafică pe calculator pe care am dezvoltat-o,
00:51
and also some collaborators at a company called Image Metrics.
13
33000
2000
împreună cu colaboratorii noştri de la compania Image Metrics.
00:53
And we're going to try to do a photo-real face
14
35000
2000
Am încercat să construim o imagine fotorealistă
00:55
of an actress named Emily O'Brien, who is right there.
15
37000
3000
a feţei actriţei Emily O'Brien, care este prezentă printre noi.
00:58
And that's actually a completely computer-generated rendering of her face.
16
40000
3000
Este de fapt o redare a feţei ei generată în totalitate pe pe calculator.
01:01
By the end of the talk, we're going to see it move.
17
43000
2000
În finalul prezentării, vom vedea imaginea în mişcare.
01:03
The way that we did this is we tried to start with Emily herself,
18
45000
3000
Pentru a ajunge la acest rezultat, am început cu Emily,
01:06
who was gracious enough to come to our laboratory
19
48000
3000
care a fost amabila si a venit la laborattorul nostru
01:09
in Marina Del Rey, and sit for a session in Light Stage 5.
20
51000
3000
din Marina Del Rey şi să participe la o şedinţă în Light Stage 5.
01:12
This is a face-scanning sphere, with 156 white LEDs all around
21
54000
4000
Este vorba despre o sferă pentru scanarea fizionomiei, cu 156 de LED-uri de jur-împrejur,
01:16
that allow us to photograph her
22
58000
2000
care ne permit să o fotografiem
01:18
in a series of very controlled illumination conditions.
23
60000
3000
în diferite condiţii de iluminare foarte controlată.
01:21
And the lighting that we use these days looks something like this.
24
63000
3000
Iluminarea pe care o folosim la ora actuală arată cam aşa.
01:24
We shoot all of these photographs in about three seconds.
25
66000
2000
Realizam toate aceste fotografii în aproximativ trei secunde.
01:26
And we basically capture enough information
26
68000
3000
De fapt, captăm suficiente informaţii
01:29
with video projector patterns that drape over the contours of her face,
27
71000
4000
cu modele de videoproiecţie care se mulează pe contururile feţei ei
01:33
and different principle directions of light from the light stage,
28
75000
2000
şi cu diferite direcţii principale ale luminii din interiorul sferei Light Stage
01:35
to figure out both the coarse-scale
29
77000
2000
pentru a detecta atât detaliile vizibile ale feţei,
01:37
and the fine-scale detail of her face.
30
79000
2000
cât şi pe cele fine.
01:39
If we zoom in on this photograph right here,
31
81000
2000
Dacă mărim această fotografie
01:41
we can see it's a really nice photograph to have of her,
32
83000
2000
vedem că este o fotografie bună
01:43
because she is lit from absolutely everywhere at the same time
33
85000
4000
pentru că este iluminată din absolut toate direcţiile în acelaşi timp
01:47
to get a nice image of her facial texture.
34
89000
2000
pentru a obţine o imagine bună a texturii faciale.
01:49
And in addition, we've actually used polarizers on all the lights --
35
91000
3000
În plus, am utilizat filtre de polarizare pe toate luminile
01:52
just like polarized sunglasses can block
36
94000
2000
aşa cum ochelarii de soare polarizaţi pot bloca
01:54
the glare off of the road,
37
96000
2000
lumina reflectată din şosea,
01:56
polarizers can block the shine off of the skin,
38
98000
2000
filtrele de polarizare pot bloca reflecţiile de pe piele,
01:58
so we don't get all those specular reflections to take this map.
39
100000
3000
astfel încât să eliminăm toate reflecţiile luminoase atunci când construim o hartă a feţei.
02:01
Now, if we turn the polarizers around just a little bit,
40
103000
2000
Dacă rotim puţin filtrele de polarizare,
02:03
we can actually bring that specular reflection
41
105000
2000
putem să redăm pielii
02:05
of the skin back in,
42
107000
2000
acel efect de refracţie
02:07
and you can see she looks kind of shiny and oily at this point.
43
109000
3000
şi puteti observa că acum arată puţin lucioasă si uleioasă.
02:10
If you take the difference between these two images here,
44
112000
3000
Dacă extragem diferenţa dintre aceste două imagini,
02:13
you can get an image lit from the entire sphere of light
45
115000
2000
putem obţine o imagine iluminată de întreaga sferă luminoasă
02:15
of just the shine off of Emily's skin.
46
117000
3000
formată numai din refracţia de pe pielea Emiliei.
02:18
I don't think any photograph like this had ever been taken
47
120000
2000
Nu cred că s-a mai făcut vreodat o fotografie de acest fel,
02:20
before we had done this.
48
122000
2000
înainte s-o facem pe aceasta.
02:22
And this is very important light to capture,
49
124000
3000
Captarea acestei lumini este foarte importantă,
02:25
because this is the light that reflects off the first surface of the skin.
50
127000
2000
pentru că aceasta este lumina reflectată de prima suprafaţă a pielii.
02:27
It doesn't get underneath the translucent
51
129000
2000
Nu pătrunde sub straturile translucide
02:29
layers of the skin and blur out.
52
131000
2000
ale pielii şi se pierde.
02:31
And, as a result, it's a very good cue
53
133000
2000
Prin urmare, este o indicaţie foarte bună
02:33
to the detailed shape of the skin-pore structure
54
135000
3000
despre forma detaliată a structurii porilor pielii
02:36
and all of the fine wrinkles that all of us have,
55
138000
2000
şi despre ridurile fine pe care fiecare dintre noi le are
02:38
the things that actually make us look like real humans.
56
140000
2000
şi care de fapt ne fac să arătăm ca nişte fiinţe umane.
02:40
So, if we use information that comes off of this specular reflection,
57
142000
4000
Prin urmare, dacă utilizăm informaţiile care se desprind din această refracţie
02:44
we can go from a traditional face scan
58
146000
2000
putem porni de la o scanare tradiţională a feţei
02:46
that might have the gross contours of the face and the basic shape,
59
148000
4000
care ar putea să aibă contururile generale ale feţei şi forma de bază,
02:50
and augment it with information
60
152000
2000
şi le putem completa cu informaţii
02:52
that puts in all of that skin pore structure and fine wrinkles.
61
154000
3000
care adaugă structura porilor şi ridurile fine.
02:55
And, even more importantly,
62
157000
2000
Şi, un lucru şi mai important,
02:57
since this is a photometric process that only takes three seconds to capture,
63
159000
3000
întrucât avem de a face cu un proces fotometric care poate fi captat în numai 3 secunde,
03:00
we can shoot Emily
64
162000
2000
putem să o fotografiem pe Emily
03:02
in just part of an afternoon,
65
164000
2000
în mai puţin de o după-amiază
03:04
in many different facial poses and facial expressions.
66
166000
3000
în multe ipostaze şi expresii faciale diferite.
03:07
So, here you can see her moving her eyes around, moving her mouth around.
67
169000
3000
Aici puteţi să o vedeţi rotindu-şi ochii şi mişcându-şi gura.
03:10
And these we're actually going to use to create a photo-real digital character.
68
172000
3000
Vom folosi aceste expresii de fapt pentru a crea un personaj digital fotorealist.
03:13
If you take a look at these scans that we have of Emily,
69
175000
4000
Dacă vă uitaţi la aceste imagini scanate pe care le avem cu Emily,
03:17
you can see that the human face does an enormous amount of amazing things
70
179000
3000
puteţi observa că faţa unui om face un număr impresionant de lucruri extraordinare
03:20
as it goes into different facial expressions.
71
182000
3000
în timp ce trece de la o expresie facială la alta.
03:23
You can see things. Not only the face shape changes,
72
185000
3000
Puteţi vedea că nu numai forma feţei se modifică,
03:26
but all sorts of different skin buckling and skin wrinkling occurs.
73
188000
4000
ci şi că au loc tot felul de încreţiri şi ridări ale pielii.
03:30
You can see that the skin pore structure changes enormously
74
192000
4000
Puteţi observa că structura porilor pielii se modifică enorm
03:34
from stretched skin pores
75
196000
2000
de la pori întinşi,
03:36
to the regular skin texture.
76
198000
2000
la textura normală a pielii.
03:38
You can see the furrows in the brow and how the microstructure changes there.
77
200000
3000
Puteţi vedea cum sprâncenele se brăzdează şi microstructura se modifică aici.
03:41
You can see muscles pulling down at flesh to bring her eyebrows down.
78
203000
4000
Puteţi vedea cum muşchii trag pielea în jos pentru a-i coborî sprâncenele
03:45
Her muscles bulging in her forehead when she winces like that.
79
207000
3000
şi cum muşchii frunţii se bombează când se crispează.
03:48
In addition to this kind of high-resolution geometry,
80
210000
3000
Pe lângă această geometrie la o rezoluţie ridicată,
03:51
since it's all captured with cameras, we've got a great texture map to use for the face.
81
213000
4000
întrucât totul este înregistrat cu camere, avem un peisaj de texturi pe care îl putem folosi pentru faţă.
03:55
And by looking at how the different color channels of the illumination,
82
217000
2000
Observand modul cum diferitele canale de culoare ale iluminarii,
03:57
the red and the green and the blue,
83
219000
2000
cel roşu,cel verde şi cel albastru,
03:59
diffuse the light differently,
84
221000
2000
propaga lumina în mod diferit,
04:01
we can come up with a way of shading the skin on the computer.
85
223000
3000
putem găsi o metodă de a crea pe calculator umbre pe piele.
04:04
Then, instead of looking like a plaster mannequin,
86
226000
3000
În acest fel, în loc să arate ca un manechin de plastic,
04:07
it actually looks like it's made out of living human flesh.
87
229000
3000
arată ca un om în carne şi oase.
04:10
And this is what we used
88
232000
2000
Şi asta am oferit
04:12
to give to the company Image Metrics
89
234000
2000
companiei Image Metrics
04:14
to create a rigged, digital version of Emily.
90
236000
3000
pentru a crea o versiune digitală tridimensională a lui Emily.
04:17
We're just seeing the coarse-scale geometry here.
91
239000
2000
Aici se vede numai structura de bază,
04:19
But they basically created a digital puppet of her,
92
241000
3000
dar de fapt au creat o păpuşă digitală după imaginea lui Emily,
04:22
where you can pull on these various strings,
93
244000
2000
care poate fi manevrată ca o marionetă,
04:24
and it actually moves her face in ways that are
94
246000
2000
şi care îşi mişcă faţa în moduri
04:26
completely consistent with the scans that we took.
95
248000
2000
care păstrează o coerenţă perfectă cu imaginile noastre scanate.
04:28
And, in addition to the coarse-scale geometry,
96
250000
2000
Şi, pe lângă structura de bază,
04:30
they also used all of that detail
97
252000
2000
au folosit şi toate detaliile
04:32
to create a set of what are called "displacement maps"
98
254000
3000
pentru a crea un set de aşa-numite "hărţi de mişcări"
04:35
that animate as well.
99
257000
3000
care pot fi de asemenea animate.
04:38
These are the displacement maps here.
100
260000
2000
Acestea sunt "hărţile de mişcări".
04:40
And you can see those different wrinkles actually show up as she animates.
101
262000
3000
Şi puteţi vedea cum diferitele riduri devin vizibile când chipul se animează.
04:43
So the next process was then to animate her.
102
265000
2000
Prin urmare, următorul proces este animarea lui Emily.
04:45
We actually used one of her own performances to provide the source data.
103
267000
4000
Ne-am folosit de fapt de expresiile lui Emily pentru a furniza datele-sursă.
04:49
So, by analyzing this video with computer vision techniques,
104
271000
3000
Şi, analizând acest film cu tehnici de vizualizare computerizată,
04:52
they were able to drive the facial rig
105
274000
2000
au reuşit să coordoneze expresia facială
04:54
with the computer-generated performance.
106
276000
2000
cu performanţa generată pe calculator.
04:56
So what you're going to see now, after this,
107
278000
2000
Deci ce veţi vedea acum, după aceasta,
04:58
is a completely photo-real digital face.
108
280000
2000
este o faţă digitalizată fotorealistă.
05:00
We can turn the volume up a little bit if that's available.
109
282000
2000
Să dăm puţin mai tare dacă se poate.
05:02
Emily: Image Metrics is a markerless, performance-driven animation company.
110
284000
4000
Emily: Image Metrics este o companie de animaţie care vizează performanţa şi utilizează tehnica monitorizării directe (markerless).
05:06
We specialize in high-quality facial animation
111
288000
3000
Suntem specializaţi în animaţii faciale de înaltă calitate
05:09
for video games and films.
112
291000
2000
pentru jocuri video şi filme.
05:11
Image Metrics is a markerless, performance-driven animation company.
113
293000
4000
Image Metrics este o companie de animaţie care vizează performanţa şi utilizează tehnica monitorizării directe (markerless).
05:15
We specialize in high quality facial animation
114
297000
3000
Suntem specializaţi în animaţii faciale de înaltă calitate
05:18
for video games and films.
115
300000
3000
pentru jocuri video şi filme.
05:21
Paul Debevec: So, if we break that down into layers, here's that diffuse component
116
303000
2000
Paul Debevec: Prin urmare, dacă separăm straturile, iată acea componentă difuză
05:23
we saw in the first slide.
117
305000
2000
pe care am văzut-o pe prima pagină a prezentării.
05:25
Here is the specular component animating.
118
307000
2000
Iată componenta de refracţie animată.
05:27
You can see all the wrinkles happening there.
119
309000
2000
Puteţi observa aici cum toate ridurile devin vizibile.
05:29
And there is the underlying wireframe mesh.
120
311000
5000
Şi iată structura pe care se bazează.
05:34
And that is Emily herself.
121
316000
2000
În fine, iat-o pe Emily însăşi.
05:36
Now, where are we going with this here?
122
318000
2000
Ce urmărim deci cu aceasta?
05:38
We've gone a little bit beyond Light Stage 5. This is Light Stage 6,
123
320000
4000
Am mers chiar dincolo de Light Stage 5. Iată Light Stage 6.
05:42
and we're looking at taking this technology
124
324000
2000
Intenţionăm să aplicăm această tehnologie
05:44
and applying it to whole human bodies.
125
326000
2000
la întregul corp omenesc.
05:46
This is Bruce Lawmen, one of our researchers in the group,
126
328000
2000
Iată-l pe Bruce Lawmen, unul dintre cercetătorii grupului,
05:48
who graciously agreed to get captured running in the Light Stage.
127
330000
3000
care a avut amabilitatea să se lase scanat de Light Stage în alergare.
05:51
And let's take a look at a computer-generated version
128
333000
2000
Şi iată versiunea generată pe calculator
05:53
of Bruce, running in a new environment.
129
335000
2000
a lui Bruce alergând într-un nou mediu.
06:01
And thank you very much.
130
343000
2000
Vă mulţumesc foarte mult.
06:03
(Applause)
131
345000
1000
(Aplauze)
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