Комп'ютерна анімація обличчя

Комп'ютерна анімація обличчя

Комп'ютерна анімація обличчя-це, перш за все, область комп'ютерної графіки, яка інкапсулює моделі і методи для створення і анімації зображень людської голови і особа. Завдяки своєму предмету і типу висновку, він також пов'язаний з багатьма іншими науковими і художніми областями, від психології до традиційної анімації. Важливість людських осіб у вербальній і невербальній комунікації, а також досягнення в області апаратного та програмного забезпечення комп'ютерної графіки викликали значний науковий, технологічний та художній інтерес до комп'ютерної анімації осіб. Хоча розробка методів комп'ютерної графіки для анімації осіб почалася на початку 1970-х років, основні досягнення в цій галузі з'явилися зовсім недавно і відбулися з кінця 1980-х років. Комп'ютерна анімація обличчя включає в себе безліч технік від морфінга до тривимірного

- тривимірне моделювання та рендеринг. Він став добре відомий і популярний

завдяки анімаційним художнім фільмам і комп'ютерним іграм, але його програми включають в себе набагато більше областей, таких як комунікація, освіта, наукове моделювання та агентне моделювання. системи (наприклад, представники онлайн-служби підтримки клієнтів). Вирази людського обличчя були предметом наукових досліджень вже більше ста років. Вивчення рухів і виразів обличчя почалося з біологічної точки зору. Після деяких попередніх досліджень, наприклад, проведених Джоном Булвером наприкінці 1640-ті роки, книгу Чарльза Дарвіна "Вираження емоцій у людей і тварин "можна вважати важливим кроком вперед у сучасних дослідженнях в області поведінкової біології. Зовсім недавно однією з найбільш важливих спроб описати лицьові дії (руху) була система кодування лицьових дій (FACS). Введений Екманом і Фрізеном у 1978 році, FACS визначає 64 основних одиниці лицьової дії (AUs). Основна група з них Одиниці дії являють собою примітивні рухи лицьових м'язів в таких діях, як перехід брів, підморгування і розмови. Вісім AU призначені для жорстких тривимірних рухів голови, тобто повороту і нахилу вліво і вправо, а також руху вгору, вниз, вперед і назад. FACS Ключовий кадр був успішно використаний для опису бажаних рухів синтетичних осіб, а також в якості ключового кадру при відстеженні дій особи. Сама рання робота з комп'ютерним зображенням обличчя була виконана на початку 1970-ті роки. Перша тривимірна лицьова анімація була створена Парком в 1972 році. В У 1973 році Гілленсон розробив інтерактивну систему для складання і редагування лінійно намальованих і в 1974 році. Парк розробив параметризовану тривимірну модель обличчя.

- растрове зображення, нанесене на поверхню в комп'ютерній графіці

На початку 1980-х років Платт розробив першу фізичну модель особи, керовану м'язами, а Бреннан розробив методи створення карикатур на обличчя. У 1985 році. короткометражний анімаційний фільм Тоні де Пельтрі став віхою в розвитку лицьової анімації; вперше комп'ютерна міміка і мовна анімація стали фундаментальним частина розповіді історії. Наприкінці 1980-х років Уотерс розробив нову модель, засновану на м'язах , Маньенат-Тальманн та його колеги розробили абстрактну модель дії м'язів , а Льюїс і Хілл розробили підходи до автоматичної синхронізації мови. 1990-ті роки ознаменувалися зростанням активності в розробці методів анімації осіб і використанням комп'ютерної анімації осіб в якості ключового компонента розповіді, що було проілюстровано у таких анімаційних фільмах, як "Історія іграшок", "Антц", "Шрек" і "монстри, Inc", а також в комп'ютерних ігри, такі як Sims. Каспер (1995) є важливою віхою в цей період, будучи першим фільмом з провідним актором, знятим виключно з використанням цифрової анімації особи ("Історія іграшок" була Складність фільмів зросла після 2000 року. У Matrix Reloaded і

Matrix Revolutions щільний оптичний потік від декількох камер високої чіткості використовувавсядля захоплення реалістичних рухів обличчя в кожній точці особи. Polar Express використовувала велику систему Vicon для захоплення більше 150 точок. Хоча ці системи є автоматизований, як і раніше потрібна велика кількість зусиль з очищення вручну, щоб зробити дані придатними для використання. Ще одна віха в анімації осіб була досягнута у " Володарі кілець ", де була розроблена система визначення форми персонажа. Марк Сагар став піонером використання FACS в розважальній анімації осіб, а системи на основі FACS , розроблені Сагаром, використовувалися у фільмах "будинок монстрів", "Кінг-Конг" та інших фільмах. Двовимірна анімація обличчя зазвичай заснована на перетворенні зображень, включаючи як зображення з нерухомої фотографії, так і послідовності відео. Зображення морфінг-це метод, який дозволяє створювати проміжні перехідні зображення між парою цільових нерухомих зображень або між кадрами з послідовностей відео. Цей методи морфінгу зазвичай складаються з комбінації техніки геометричної деформації, яка вирівнює цільові зображення, і перехресного загасання, яке створює плавний перехід в текстурі зображення. Ранній приклад перетворення зображень можна побачити в Кліп Майкла Джексона на чорно-біле. У 1997 році Еззат і Поджіо, що працюють в Центрі біологічного та комп'ютерного навчання Массачусетського технологічного інституту, створили систему під назвою Miketalk, який перетворюється між ключовими кадрами зображення, що представляють візуальні образи, для створення мовна анімація. Інша форма анімації із зображень полягає в об'єднанні послідовностей , знятих з відео. У 1997 році Бреглер та ін. описали техніку, звану перезаписом відео, при якій існуючий відзнятий матеріал актора розрізається на сегменти, відповідні фонетичному комп'ютерному зору - гілки штучного інтелекту, яка обробляє одиниці, які змішуються разом для створення нових анімацій мовця. Відео з комп'ютерною обробкою - rewrite використовує методи комп'ютерного зору для автоматичного відстеження рухів губ на зображеннях з реального відео і ці функції використовуються при вирівнюванні і змішуванні витягнутих фонетичних одиниць. Цей метод анімації генерує анімацію тільки нижньої частини обличчя, потім вони об'єднуються з відео оригінального актора для створення остаточної анімації. Тривимірні моделі голови забезпечують найбільш потужний засіб створення комп'ютерної анімації особи. Одна з найбільш ранніх робіт з комп'ютеризованих моделей голів для графіки та анімації була виконана Парком. Модель являла собою сітку з 3D точок контролюється набором параметрів конформації та експресії. Перша група управляє відносним розташуванням характерних точок особи, таких як куточки очей і губ. Зміна ці параметри можуть змінити форму базової моделі для створення нових головок. Остання група (вираз) - це мімічні дії, які можна виконувати на обличчі, такі як розтягування губ або закривання очей. Ця модель була розширена іншими дослідниками, щоб включити більше рис обличчя і додати більше гнучкості. Були запропоновані різні методи ініціалізації таких "загальних" моделей на основі індивідуальних (3D або 2D) даних і успішно реалізований. Параметризовані моделі ефективні завдяки використанню обмежених параметрів, пов'язаних з основними рисами обличчя. У форматі MPEG-4 стандарт визначає мінімальний набір параметрів для анімації особи. Анімація виконується шляхом зміни параметрів з плином часу. До анімації особи підходять по-різному. Традиційні методи включають в себе: