Torsten Reil nutzt Biologie für bessere Computeranimationen

Ich möchte über eine neue Technologie sprechen, die wir zurzeit in Oxford entwickeln von der wir glauben, dass sie die Art und Weise auf die Videospiele und Hollywoodfilme entstehen verändern wird. Diese Technologie ist die Simulation von Menschen. Simulierte Menschen mit einem simulierten Körper und einem simulierten Nervensystem, das diesen Körper kontrolliert. Bevor ich mehr über diese Technologie rede, werfen wir kurzen Blick auf das Aussehen von Charakteren in aktuellen Videospielen. Hier haben wir einen Clip aus „Grand Theft Auto 3“, das wir gestern bereits kurz gesehen haben. Wir können sehen – es ist wirklich ein sehr gutes Videospiel. Es ist eins der erfolgreichsten Spiele aller Zeiten. Aber wie wir sehen können, wiederholen sich die Animationen die ganze Zeit. Sie sehen jedes Mal gleich aus. Ich habe ihn hier immer wieder in eine Mauer laufen lassen, und seine Reaktion sieht jedes Mal gleich aus. Der Grund dafür ist, dass dieser Charakter in Wirklichkeit gar kein echter Charakter ist. Er ist eine visuelle Repräsentation eines Charakters.

Um solche Animationen herzustellen, muss der Animator vorhersehen, was im Spiel passieren wird und dann die passende Reaktion des Charakters animieren. Er oder sie setzt sich also hin und macht eine Animation, ausgehend von seiner Annahme, was passieren wird. Diese Animation wird dann einfach im passenden Moment im Spiel wiedergegeben. Das bedeutet, dass wir keine echte Interaktivität haben. Alles was passiert ist, dass die Animation im mehr oder weniger rechten Moment wiedergegeben wird. Es bedeutet also auch, dass das Spiel nicht so überraschend ist, wie es sein könnte, weil nur das, aus dem Charakter kommen kann, was vorher reingesteckt wurde. Es entsteht nichts Neues.

Und, wie ich schon sagte, sind die meisten Animationen deshalb sehr repetitiv. Der einzige Weg, das zu umgehen, ist einen wirklich menschlichen Körper zu simulieren und den Teil des Gehirns zu simulieren, der diesen Körper kontrolliert. Wenn ich mir dich mal kurz für eine kleine Demonstration ausleihen könnte um den Unterschied zu zeigen - denn es ist eigentlich ziemlich belanglos. Wenn ich Chris hier zum Beispiel so schubse, dann reagiert er entsprechend. Wenn ich ihn aus einer anderen Richtung schubse, reagiert er anders, was daran liegt, dass er einen Körper hat, und dass er diesen Körper motorisch kontrollieren kann. Es ist eine Belanglosigkeit, aber es ist etwas das in Videospielen noch gar nicht existiert. Vielen Dank. Chris Anderson: Das war’s?

Torsten Reil: Ja, das war’s. Und das ist es, was wir versuchen zu simulieren – nicht unbedingt Chris, aber Menschen an sich. Wir haben vor einer ganzen Weile angefangen an der Universität von Oxford daran zu arbeiten, mit sehr einfachen Beispielen. Wir versuchten, einem Strichmännchen das Laufen beizubringen. Dieses Strichmännchen ist eine physische Simulation, sie können es hier auf dem Bildschirm sehen. Das heißt es unterliegt den Gesetzen der Schwerkraft, hat Gelenke, etc. Wenn wir die Simulation nun starten, fällt es einfach so in sich zusammen. Der schwere Teil ist jetzt, eine künstliche Intelligenz in das Männchen einzupflanzen, die es funktionieren lässt. Diese KI haben wir nach dem Vorbild des Teils unseres Nervensystems entwickelt, den wir in unserer Wirbelsäule haben welcher uns ermöglicht, zu laufen. Wir nennen es den zentralen Verhaltensgenerator. Also simulierten wir auch das und kamen zum wirklich schwierigen Teil, nämlich dieser KI nun beizubringen zu laufen. Dafür benutzten wir künstliche Evolution – genetische Algorithmen.

Wir haben gestern schon ein Wenig darüber gehört, und ich schätze das ist jetzt nichts Neues für die meisten unter euch. Also nur ganz kurz: Die Idee ist, eine große Anzahl verschiedener Individuen herzustellen – in diesem Fall Nervennetze – welche zunächst allesamt zufallsgeneriert sind. Man verbindet diese dann in diesem Fall mit den virtuellen Muskeln dieser zweibeinigen Kreatur hier – und hofft, dass etwas Interessantes passiert. Zunächst werden die Resultate alle sehr langweilig sein. Die Meisten werden einfach gar nichts tun, aber ein paar wenige könnten einen kleinen Schritt tun. Der Algorithmus wählt diese Wenigen dann aus, reproduziert sie mit Mutation und Rekombination, wie bei unserer Fortpflanzung. Dann wiederholt man diesen Prozess immer und immer wieder, bis etwas Brauchbares dabei herauskommt – in diesem Fall soll die Figur, so wie ich, geradeaus laufen. Das ist der Gedanke dahinter. Als wir anfingen, startete ich eines Abends diese Simulation. Es dauerte gut drei bis vier Stunden, alles einzurichten. Am nächsten Morgen stand ich auf und sah mir die Ergebnisse an, in der Hoffnung, das Männchen könne in einer geraden Linie gehen, so wie ich es gerade demonstriert habe. Stattdessen bekam ich das hier.

(Gelächter)

Also fingen wir von vorne an. Irgendwann kriegten wir es auch hin, nach ein paar Änderungen hier und da. Hier ist ein Beispiel eines erfolgreichen Evolutionsablaufs. Was ich gleich zeigen werde, ist ein sehr einfacher Zweibeiner, der durch künstliche Evolution lernt zu laufen. Am Anfang kann er gar nicht laufen, aber mit der Zeit wird er immer besser und besser. Hier ist der erste Versuch, der gar nicht laufen kann.

(Gelächter)

Jetzt, nach Fünf Generationen unseres künstlichen Evolutionsablaufs wird der genetische Algorithmus ein kleines bisschen besser.

(Gelächter)

Mit Generation 10 geht er schon ein paar Schritte weiter – noch nicht ganz perfekt. Aber jetzt, nach der 20. Generation, geht er tatsächlich in einer geraden Linie ohne zu stürzen. Das war für uns der große Durchbruch. Es war, auf akademischer Ebene, ein recht forderndes Projekt, und als wir dieses Stadium erreichten, waren wir zuversichtlich, dass wir viele andere Erfolge mit diesem Ansatz erreichen könnten – eine echte Simulation des Körpers und des Nervensystems, das ihn kontrolliert. Nun, in diesem Stadium wurde uns langsam klar, dass diese Technologie sehr aufregend für Videospiele und Onlinewelten werden könnte. Was wir hier sehen, ist ein Charakter und ein Hindernis in seinem Weg. Wie wir sehen, stürzt er über das Hindernis. Das Interessante daran ist, wenn ich das Hindernis ein wenig nach rechts bewege, wie ich es gerade mache, fällt er auf eine völlig andere Weise. Und wenn ich das Hindernis wieder ein wenig bewege, fällt er wieder anders.

(Gelächter)

Was wir nebenbei oben rechts sehen, sind ein paar der Nervensignale, die an die virtuellen Muskeln gesendet werden. Okay. Das war das Video, danke. Das ganze mag ziemlich belanglos wirken, aber in Wirklichkeit ist es sehr wichtig, weil es sowas zurzeit in keiner interaktiven oder virtuellen Welt gibt. In diesem Stadium entschieden wir, eine Firma zu gründen und es weiter zu verbessern, denn bisher war das nur ein simpler, kantiger Zweibeiner. Was wir wirklich wollten, war der ganze menschliche Körper. Also gründeten wir die Firma. Wir stellten eine Gruppe aus Physikern, Software-Ingenieuren und Biologen zusammen, um an dem Projekt weiterzuarbeiten. Zunächst wollten wir im Grunde den menschlichen Körper nachbauen. Er musste recht einfach bleiben, sodass wir ihn auf einem normalen Computer simulieren konnten, aber er musste akkurat genug sein, so dass er gut genug aussah.

Es floss also eine ganze Menge biomechanischer Expertise in dieses Projekt, und wir versuchten es so realistisch wie möglich zu machen. Was wir hier auf dem Schirm sehen, ist eine sehr einfache Visualisierung dieses Körpers. sollte noch erwähnen, dass es sehr leicht ist ihm noch Haare, Kleidung, etc. zu geben doch wir verwendeten hier eine sehr einfache Visualisierung, sodass ihr euch auf die Bewegungen konzentrieren könnt. Was ich gleich tun werde, ist diesem Charakter einen kleinen Schubs geben und wir werden sehen, was passiert. Nichts wirklich Interessantes eigentlich. Er stürzt, aber er stürzt wie eine Puppe, weil hier noch keine Intelligenz am Werk ist. Interessant wird es, wenn wir eine künstliche Intelligenz einsetzen. Unser Charakter hat nun also eine motorische Intelligenz in seinem Oberkörper – noch keine in den Beinen, in diesem Beispiel. Was er nun tun wird – ich gebe ihm nochmal einen Stoß. Er wird merken, dass er gestoßen wird. Er wird seine Arme ausstrecken, sich in Fallrichtung wenden und versuchen sich abzustützen. Das sehen wir hier.

Es wird erst richtig interessant, wenn wir auch die KI für den Unterkörper hinzufügen. Wir haben hier den selben Charakter. Ich werde ihn ein wenig stärker schubsen, stärker als ich gerade Chris gestoßen habe. Er kriegt einen Stoß von links. Wir sehen, dass er einen Schritt nach hinten macht, er versucht aufrecht zu bleiben, schaut auf den Punkt wo er hin fällt. Ich zeige es noch einmal. Und nun fällt er zu Boden. Dies wird noch aufregender, wenn man den Charakter in andere Richtungen schubst, wie ich es getan habe. Sowas kann man bisher nicht machen. Zurzeit gibt es nur leere Darstellungen in Spielen. Jetzt haben wir eine echte Simulation. Das will ich euch jetzt zeigen.

Hier ist der gleiche Charakter mit dem Verhalten, dass ich gerade gezeigt habe, aber jetzt stoße ich ihn aus verschiedenen Richtungen. Zuerst ein Stoß von rechts. Die ist alles in Zeitlupe, damit wir sehen können, was passiert. Jetzt hab ich den Stoßwinkel ein klein wenig verändert, und die Reaktion ist anders. Wieder ein Stoß, diesmal von vorn. Und er fällt anders. Jetzt von links - und er fällt anders. Das zu sehen war für uns sehr aufregend. Dies war das erste Mal, dass wir so etwas sahen. Es ist auch das erste Mal, dass die Öffentlichkeit das sieht, denn wir waren im Tarnmodus, wir haben es bisher niemandem gezeigt. Jetzt kommt etwas Lustiges, was passiert, wenn man diesen Charakter - dies ist eine hölzerne Version mit der gleichen KI - wenn man diesen Charakter auf etwas rutschiges wie Eis stellt. Das haben wir nur zum Spaß gemacht, um zu sehen, was passiert.

(Gelächter)

Und das hier kam dabei heraus.

(Gelächter)

(Applaus)

Wir mussten nichts weiter tun, als diesen Charakter, von dem ich gerade erzählte, auf eine rutschige Fläche zu stellen, und das kam dabei heraus. Und das ist das faszinierende an unserer Methode. Nun, als wir Filmstudios und Spieleentwickler besuchten und ihnen diese Technologie zeigten, war ihre Reaktion sehr positiv. Und sie sagten uns, das erste, was sie brauchen sind virtuelle Stuntmänner. Stunts sind offensichtlich sehr gefährlich und sehr teuer und es gibt viele Stuntszenen, die einfach nicht möglich sind, weil der Stuntman sich dabei nicht ernsthaft verletzen darf. Also wollten sie eine digitale Version eines Stuntmans und wir haben die letzten paar Monate daran gearbeitet. Und das wird das erste Produkt, das wir veröffentlichen werden. Hier sind ein paar einfache Szenen, wie er getreten wird. Wenn die Leute sowas wollen, dann geben wir es ihnen.

(Gelächter)

Wie ihr seht gibt es immer eine Reaktion. Es ist kein toter Körper. Es ist ein Körper, der, in diesem Fall, den Tritt spürt und versucht seinen Kopf zu schützen. Hier kommt noch ein starker Schlag. Man bemitleidet ihn irgendwie, wir haben es schon so oft gesehen, dass es uns ziemlich egal ist.

(Gelächter)

Wir haben ein paar viel schlimmer Videos als das, die ich entfernt habe, aber... Hier ist noch eins. Was die Leute für ein Verhalten wollten, war eine Explosion, eine große Wucht, die den Charakter trifft, und der Charakter sollte im Flug reagieren. So, dass wir keinen Charakter haben, der schlaff ist, sondern einen Charakter der direkt für einen Actionfilm benutzt werden kann, der auch im Flug irgendwie lebendig wirkt. Dieser Charakter wird also mit großer Wucht getroffen, merkt, dass er durch die Luft fliegt und versucht seinen Arm in die Richtung in der er landen wird auszustrecken. Das war ein Blickwinkel, hier ist ein anderer. Wir denken, dass der Realismus, den wir so erreichen, gut genug ist, um in Filmen benutzt zu werden.

Schauen wir uns jetzt eine etwas andere Visualisierung an. Das hier habe ich erst gestern Nacht erhalten. von einem Londoner Studio erhalten, das unsere Software benutzt und zurzeit mit ihr experimentiert. Wie ihr seht, ist es das gleiche Verhalten wie eben, aber ein wenig besser visualisiert. Wenn man sich den Charakter genau ansieht, dann sieht man, dass sehr viele Körperbewegungen vor sich gehen, von denen keine einzige animiert werden musste, wie früher. Sie mussten alle einzeln animiert werden. In dieser Simulation passiert das vollautomatisch. Hier sehen wir es von einem etwas anderen Blickwinkel. Und nochmal in Zeitlupe. Es geht sehr schnell. Dies passiert in Echtzeit. Die Simulation kann in Echtzeit abgespielt werden, vor unseren Augen. Wir können Änderungen machen und die Animation wird uns direkt gezeigt. Zurzeit würde es wahrscheinlich einige Tage dauern, sowas von Hand zu animieren.

Das hier ist ein anderes gefordertes Verhalten. Ich bin mir nicht sicher warum, aber wir haben es trotzdem gemacht. Es ist ein einfaches Verhalten, das das Potential unseres Ansatzes demonstriert. Die Hände des Charakters sind an einem bestimmten Punkt im Raum befestigt, und wir haben dem Charakter vorgegeben, sich zu wehren. Es sieht natürlich aus, sehr realistisch. Man hat leicht Mitleid mit dem Typen. Es wird noch schlimmer - hier ist ein Video von letzter Nacht - wenn man es etwas realistischer darstellt.

Ich zeige euch das nur, um zu demonstrieren, wie natürlich sich diese Animationen anfühlen, wie realistisch sie aussehen. Es ist eine vollständige, physikalische Simulation des Körpers, die mit einer KI die virtuellen Muskeln des Körpers kontrolliert. Eine Sache, die wir zum Spaß getan haben, war ein etwas komplexerer Stunt. Einer der berühmtesten Stunts ist, James Bonds Sprung von einem Damm in der Schweiz mit einem Bungeeseil. Hier ein ganz kurzer Clip.

Das ist im Grunde alles, was es zu sehen gibt. In der Szene wurde ein echter Stuntman benutzt. Für einen sehr gefährlichen Stunt. Es wurde gerade erst, ich glaube in der Sunday Times, zu einem der beeindruckendsten Stunts gewählt. Nun, wir guckten uns unseren Charakter an und fragten uns: "Können wir das selbst nachmachen?" Können wir unsere Simulation benutzen, mit unserer künstlichen Intelligenz, die wir in unseren Charaktern einpflanzen, um die virtuellen Muskeln zu bedienen, und simulieren, wie er vom Damm springt, den Kopfsprung danach macht, und ihn dann von einem Bungeeseil auffangen lassen? Wir machten genau das. Es hat vielleicht knapp 2 Stunden gedauert, die Simulation zu produzieren. Und so sah das Ergebnis aus, hier. Es braucht noch ein wenig mehr Arbeit, es ist noch in einer frühen Phase, und wir taten es, wie gesagt, nur zum Spaß, um zu sehen was dabei rauskommt. Aber wir fanden in den letzten Monat heraus, dass unser Ansatz -- der unseren Arbeitsstandard bildet -- unglaublich wirkungsvoll ist. Wir sind selbst überrascht, was für Simulationen wir am Ende bekommen. Oft kriegen wir sehr überraschendes Verhalten, das wir so nicht erwartet hätten.

Wir können mittlerweile so viele Sachen damit veranstalten. Zunächst, wie gesagt, machen wir virtuelle Stuntmänner. Einige Studios nutzen bereits unsere Software um genau das zu tun, und wir werden schon bald ein paar von unseren Stuntmännern in ein paar großen Filmproduktionen zu sehen bekommen. Das zweite sind Videospiele. Mit dieser Technologie, werden Spiele anders aussehen und sich völlig anders anfühlen. Zum ersten Mal werden wir Charaktere sehen, die sich wirklich Interaktiv anfühlen, und echte Körper mit echten Reaktionen haben. Das wird sehr aufregend werden, glaube ich. Zunächst wahrscheinlich in Sportsimulationen, die dadurch viel Interaktiver sein werden. Ich selbst bin besonders gespannt, auf die Verwendung unserer Software in Onlinewelten, wie zum Beispiel "There", das uns Tom Melcher gezeigt hat. Der Grad der Interaktivität, den wir haben werden, wird von heutigen Spielen radikal abweichen.

Die dritte Sache, die uns zurzeit interessiert sind Simulationen. Wir wurden schon von einigen Simulationsfirmen angesprochen, aber ein Projekt, auf das wir besonders gespannt sind und mit dem wir nächsten Monat beginnen, ist die Verwendung unserer Technologie -- besonders der Laufsimulation -- um Chirurgen zu helfen, an Kindern mit Zerebralparese, den Ausgang von Operationen vorherzusehen. Wie ihr vielleicht wisst, ist es sehr schwierig vorherzusehen, welche Wirkung eine Operation haben wird, wenn man versucht die Gehbewegung zu korrigieren.

Die übliche Annahme ist, glaube ich, dass es im besten Fall unvorhersehbar ist. Das nehmen die Menschen zurzeit an. Und wir wollen mit unserer Software den Chirurgen ein Werkzeug zu geben, mit dem der Gang eines bestimmten Kindes simuliert wird, und der Chirurg kann an dieser Simulation arbeiten, und verschieden Änderungen am Gang ausprobieren, bevor er einen chirurgischen Eingriff vornimmt. Das ist ein Projekt, das uns besonders interessiert, und wir beginnen nächsten Monat damit. Zum Schluss möchte ich noch betonen: Das ist erst der Anfang. Wir können erst ein paar Verhaltensformen simulieren. Die KI ist noch nicht gut genug, um einen ganzen menschlichen Körper zu simulieren. Den Körper schon, aber nicht all unsere motorischen Fähigkeiten. Ich glaube, wir haben es erst geschafft, wenn wir Balletttanz oder sowas simulieren können. Im Moment können wir das nicht, aber ich bin mir sicher, dass wir irgendwann genau das können werden.

Eigentlich haben wir schon einen überraschenden Tänzer, der das letzte ist, was ich euch heute zeigen werde. Dies war eine KI, die wir produzierten und die sich entwickelte -- halb entwickelte, sollte ich sagen -- um Balance zu halten. Wir treten den Typen und er sollte den Tritt ausbalancieren. Wir dachten, dass er einfach nur die Balance halten würde. Aber das hier kam am Ende dabei raus.

(Musik)

Es ist etwas bizarr, weil er keinen Kopf hat. Ich weiß nicht wieso. Wir hatten überhaupt nicht vor, so etwas herzustellen. Er fing einfach an sich diesen Tanz auszudenken, von alleine. Er kann es sogar besser als ich, muss ich zugeben. Und nach einiger Zeit -- Ich glaube er hat noch einen kleinen Höhepunkt am Ende. Ich glaube -- da ist es.

(Gelächter)

Das passierte also alles vollautomatisch. Wir hatten nichts damit zu tun. Die Simulation schafft sich im Grunde einfach selbst. Es ist einfach --

(Applaus)

Danke. Noch nicht ganz John Travolta, aber wir arbeiten daran. Ich danke euch für eure Zeit. Danke.

(Applaus)

Chris Anderson: Unglaublich. Das war wirklich unglaublich.

Torsten Reil: Danke.