Paul Debevec da animación a un rostro digital fotorrealista

Uno de los mayores retos en computación gráfica ha sido el poder crear un rostro humano digital fotorrealista. Y una de las razones por las que es tan difícil, a diferencia de alienígenas y dinosaurios, es porque observamos caras humanas todos los días. Son muy importantes para la forma en que nos comunicamos con los demás. Como resultado, estamos afinando las cosas más sutiles que probablemente pudieran estar erradas en un renderizado computacional, a fin de considerar si estas cosas son realistas.

Y lo que voy a hacer en los próximos cinco minutos es llevarles a través de un proceso donde intentamos crear un rostro generado por computadora razonablemente fotorrealista, usando algo de la tecnología de computación gráfica que hemos desarrollado, y también algunos colaboradores de una compañía llamada Image Metrics. Y vamos a intentar hacer una cara fotorrealista de una actriz llamada Emily O'Brian, quien está justo allí. Y ese es, de hecho, un renderizado totalmente generado en computadora de su cara. Hacia el final de la charla, lo vamos a ver moverse.

La forma en que lo hicimos fue que, para comenzar, ensayamos con la propia Emily, quien fue tan amable de venir a nuestro laboratorio en Marina Del Rey, y posar para una sesión en la Light Stage 5. Ésta es una esfera para escanear rostros, con 156 "LEDs" blancos en todo su contorno, que nos permite fotografiarla en una serie de condiciones de iluminación muy controladas. Y la iluminación que usamos estos días se ve algo parecida a ésta. Tomamos todas estas fotografías en aproximadamente tres segundos.

Y básicamente, capturamos suficiente información con los patrones de video-proyector extendidos sobre los contornos de su cara, y con las direcciones de las diferentes fuentes de luz de la Light Stage, como para resolver tanto el grano grueso como el detalle del grano fino de su cara. Si ampliamos esta fotografía justo aquí, podemos ver que es una fotografía muy buena de ella, porque está absolutamente iluminada desde todos lados al mismo tiempo para conseguir una buena imagen de su textura facial.

Y además, en efecto, hemos utilizado polarizadores para todas las luces -- exactamente como los lentes de sol polarizados pueden bloquear el resplandor del pavimento, los polarizadores pueden bloquear el brillo de la piel, así que no usamos todos esos reflejos especulares para hacer este mapa. Ahora, si giramos los polarizadores sólo un poco, podemos, realmente, devolver esa reflexión especular a la piel, y pueden ver que luce bastante brillante y grasosa en este punto. Si tomas la diferencia entre estas dos imágenes aquí, puedes obtener una imagen iluminada por toda la esfera luz de únicamente el brillo de la tez de Emily.

Creo que ninguna fotografía así se había tomado antes de que hubiésemos hecho ésta. Y ésta es una luz muy importante de captar, porque es la luz que se refleja en el primer estrato de la piel. No alcanza las capas traslúcidas inferiores de la piel y se dispersa. Y, como resultado, es una referencia muy buena para la forma detallada de la estructura de los poros de la piel y la totalidad de finas arrugas que todos tenemos, cosas que efectivamente nos hacen lucir como humanos reales.

Bien, si usamos la información proveniente de esta reflexión especular podemos ir de un tradicional rostro escaneado que podría tener los burods contornos de la cara y la forma básica, y mejorarlo con la información que introduce toda esa estructura de poros y finas arrugas. Y, aún más importante, ya que es un proceso fotométrico que sólo toma tres segundos capturar, podemos fotografiar a Emily en apenas parte de una tarde, en poses y expresiones faciales muy diversas .

Bien, aquí pueden verla moviendo sus ojos alrededor, moviendo su boca alrededor. Y estas, efectivamente, vamos a utilizarlas para crear un personaje digital fotorrealista. Si echan una mirada a estas imágenes que obtuvimos de Emily, pueden ver que el rostro humano realiza una enorme cantidad de cosas asombrosas al formar distintas expresiones faciales. Pueden ver cosas. No solo cambia la forma de la cara, sino que ocurren todo tipo de plegamientos y fruncimientos de la piel. Pueden ver que la estructura porosa de la piel cambia enormemente, desde los poros estirados, hasta la textura regular de la piel. Pueden ver los surcos en el ceño y como cambia la microestructura allí. Pueden ver los músculos tirando la carne para llevar sus cejas hacia abajo. Sus músculos sobresaliendo en la frente cuando gesticula así.

Además de este tipo de geometría de alta resolución, ya que todo se capturó con cámaras, contamos con un gran mapa de texturas que utilizar para su cara. Y al explorar cómo los diferentes canales de color de la iluminación, el rojo, y el verde y el azul, esparcen la luz diferentemente, podemos conseguir una forma de matizar la piel en la computadora. Entonces, en vez de lucir como un maniquí de yeso, efectivamente, luce como hecho de carne y hueso.

Y esto es lo que hicimos para entregarlo a la compañía Image Metrics para crear una versión articulada de Emily. Estamos apenas viendo la geometría en grueso aquí. Pero, básicamente, crearon un títere digital de ella, donde ustedes pueden halar de las diversas cuerdas, y efectivamente, mover su cara en formas que son completamente consistentes con las imágenes que tomamos. Y, además de la geometría en grueso, también usaron todo aquel detalle para crear un juego de los llamados "mapas de desplazamiento" que también dan animación. Estos aquí son los mapas de desplazamiento. Y de hecho, pueden ver esas diversas arrugas manifestándose mientras ella cobra animación.

Así que el siguiente proceso fue darle luego animación a ella. En realidad, usamos una de sus propias actuaciones para estipular los datos originales. Bien, analizando este video con técnicas de visión por computadora, ellos pudieron manejar el dispositivo facial con la ejecución generada en el computador. Por lo tanto, lo que van a ver ahora, después de esto, es un rostro digital completamente fotorrealista. Podemos subir un poco el volumen si es posible.

EMILY: Image Metrics es una compañía de animación sin marcadores orientada por resultados. Nos especializamos en animación facial de alta calidad para videojuegos y películas. Image Metrics es una compañía de animación sin marcadores orientada por resultados. Nos especializamos en animación facial de alta calidad para videojuegos y películas.

PAUL DEBEVEC: Bien, si desglosamos eso en capas, aquí está aquel difuso componente que vimos en la primera diapositiva. Aquí está el componente especular en animación. Pueden ver cómo todas las arrugas se presentan allí. Y allí está la malla de la armadura lineal subyacente. Y esa es la propia Emily.

Ahora, ¿adónde vamos con esto? Hemos ido un poquito más allá de la Light Stage 5. Ésta es Light Stage 6. Y estamos estudiando usar esta tecnología y aplicarla a cuerpos humanos enteros. Éste es Bruce Lawmen, uno de nuestros investigadores en el equipo, quien gentilmente aceptó ser captado al correr en la Light Stage. Y vamos a echar un vistazo a la versión generada por computadora de Bruce, corriendo en un nuevo ambiente. Y muchísimas gracias. Aplausos