1. Клієнта потрібно правильно готувати
2. Технічні проблеми mocap
3. системи запису
4. принципові обмеження

Якщо погодитися з тим, що лінь - двигун прогресу, то найледачішими серед розробників комп'ютерних ігор виявляться аніматори. Дійсно, програмісти продовжують набивати рядки коду вручну. Графічний планшет, головне технічне досягнення художників, показує чудеса тільки в руках талановитого майстра. Тривимірні лазерні сканери і дигітайзери не врятували моделлер, і вони повернулися до Maya, 3DS Max і іншим верстатів з виробництва ігрового контенту.

Кругом перемога непродуктивного ручної праці! І тільки аніматори, здається, досягли з motion capture серйозного прориву. Ну хто сьогодні не чув про те, як з живих акторів записують руху для ігрових персонажів? Ми запросили поговорити на цю тему представників відомих зарубіжних компаній, серед них:

- Річард Хайнс (Richard Hince), Великобританія, технічний директор студії Artem Digital ( www.artem-digital.com ), Яка працювала над кінофільмами «Олександр», «Царство небесне», «Троя», «Гаррі Поттер і Кубок вогню» і безліччю комп'ютерних ігор.

- Золтан Годор (Zoltan Godor), Болгарія, керівник підрозділу MoCap компанії 3dbrigade.com - Nagual Pictures Ltd ( www.3dBrigade.com ). Ця студія найбільш відома роликами до Heroes of Might and Magic 5.

- Єва Остерман (Eva Osterman), Швеція, продюсер студії Gotland Interactive Park ( www.gotlandinteractive.com ). Крім комп'ютерних ігор, студія працює над науково-дослідними проектами в області біомеханіки.

Клієнта потрібно правильно готувати

Motion capture з боку виглядає досить цікаво. Замість морфинга, кінематики та іншого чаклунства фахівці знімають на відео руху живого актора, а потім підключають практично готову анімацію до персонажів комп'ютерної гри. У всякому разі, так все виглядає в теорії.

[Ігроманія] Прийнято вважати, що технологія захоплення руху знадобилася:

а) для спрощення праці аніматорів і скорочення часу на виробництво;

б) зменшення загальної вартості розробок;

в) щоб домогтися реалізму, недоступного традиційним методам анімації.

Чому ж метод motion capture використовується далеко не всіма і не скрізь?

«Полуничка» (кадр з гри Private Dancer) виглядає найвірогідніше, коли анімація знята за допомогою mocap.

[Ева] Скажімо прямо, так думає більшість клієнтів студій motion capture. Однак реальність відрізняється від рекламних буклетів. Сам процес захоплення руху дійсно займає мало часу. Обробка ж даних і накладення текстур можуть зажадати масу зусиль. Якщо руху не надто складні і дані не потребують тотальної зачистки, mocap (скорочення від motion capture) - хороший варіант.

[Річард] Все вірно. Однак ситуація набагато складніше. З різних причин багато ігрові компанії вважають за краще малювати і робити анімацію вручну. Іноді це виправдано особливостями проекту. Наприклад, якщо рухи персонажів в грі спочатку задумані підкреслено нереалістичними, motion capture принесе швидше шкоду, ніж користь. Доведеться витратити багато часу на доопрацювання «захопленого» матеріалу. Ну а найголовніше, багато хто все ще вважають mocap занадто дорогим способом анімації. Насправді при правильному підході mocap і швидше, і дешевше.

[Золтан] Все залежить від підготовки клієнта. Motion capture виразно зменшує загальну вартість розробки, але тільки після певної кількості замовлених роликів. Їх потрібно робити багато. Але навіть в цьому випадку керівництво компанії має заздалегідь підготуватися, інакше втратить більше, ніж виграє.

Що потрібно зробити, перш ніж звертатися в студію:

- визначитися з конкретними об'єктами для запису (припустимо, дві людини, вертоліт, банку пепсі-коли і так далі);

- обговорити технологічний фон і вимоги до нього;

- зробити якомога більше описів, начерків і відеозамальовок того, що необхідно отримати;

- вибрати для зйомок акторів, які за всіма статтями підходять на роль комп'ютерних персонажів;

- підготувати для кожної сцени звукове оформлення, щоб відразу синхронізувати рух зі звуком;

- в подальшому представникам компанії необхідно контролювати кожен сеанс запису.

Якщо запис motion capture виконана професіоналами, аніматори зможуть приступити до роботи дуже скоро. Ніяких виправлень не буде потрібно. Причому всі рухи персонажів будуть відрізнятися високим ступенем правдоподібності. Якби те ж саме робилося вручну, треба було б набагато більше часу і грошей.

Проте є кілька причин, щоб відмовитися від захоплення руху:

- реалістичність рухів комп'ютерній грі не завжди потрібна, а іноді не може бути досягнута з motion capture (наприклад, для персонажів-негуманоїди);

- недостатня професійна підготовка представників ігрової компанії (багато часу піде на різні узгодження і навчання);

- захоплення деяких рухів коштує чимало.

Якщо руху пишуть невірно, то часом легше викинути негідний матеріал і все перезняти заново, ніж намагатися поправити дані. Тобто «дешева» студія і непрофесійна робота в кінцевому підсумку можуть обійтися в кругленьку суму.

З одного боку, motion capture існує не перший день, з іншого - багато розробників досі вважають технологію дорогою, нерентабельною. І це при тому, що насправді для великих проектів саме motion capture дозволяє швидко і дешево зробити якісну анімацію. Але, звичайно, тільки в тому випадку, якщо більша частина персонажів гри - гуманоїди. Для негуманоїди motion capture підходить далеко не завжди. Хоча бували випадки, коли робили захоплення руху декількох акторів, а потім просто складали з них якогось багаторукого, многоногого монстра. Але це швидше виняток з правила.

простір варіантів

Існує кілька систем motion capture, які розрізняються технічними особливостями. Оптичні системи бувають активними і пасивними. Пасивний захоплення заснований на обчисленні положення точок в тривимірному просторі, знятих з різних ракурсів, з відображенням світла від датчиків. Апаратура засікає набір координат і відслідковує моменти обертання точок. Припустимо, системи з датчиками типу Micron забезпечують відеопотік в 500 кадрів в секунду (зазвичай потрібно 100-120 fps) при вирішенні 1,3 мегапікселя.

Самі маркери являють собою невеликі пластмасові кульки (від 3 до 25 міліметрів в діаметрі), оброблені спеціальним матеріалом для посилення відбиття світла. Яскравість відео зменшується так, щоб на екрані не залишилося нічого, крім яскравих точок. За ним отримують дані руху актора і передають їх комп'ютерної моделі.

В активному захопленні відбувається щось схоже, але кожна мітка забезпечена власним передавачем, який безперервно сигналізує про своє становище в просторі. В активних оптичних системах це джерело світла. А в магнітних системах motion capture замість камер використовують приймачі сигналів, які випромінюють датчики магнітного поля. Однак в цьому випадку до актора потрібно підводити електроживлення. Здалеку він схожий на новорічну ялинку, обплутану гірляндами.

Більш високу точність забезпечують оптичні системи. Маркери можуть бути дуже маленького розміру (до 3 міліметрів). Пасивні системи (Motion Analysis, BTS, Vicon-Peak) можуть фіксувати положення міток зі швидкістю до 2000 fps. Активні (Visualeyez, Optotrak) - майже вдвічі більше, до 5000 fps.

Технічні проблеми mocap

Незважаючи на те, що технологія motion capture придумана досить давно і програмне забезпечення прекрасно вигострить, при захопленні рухів виникає чимало проблем. Більш того, різні студії підходять до цього по-різному. З одного боку, так начебто і має бути: моделлера, аніматори, художники теж використовують різні техніки. З іншого боку, технологія як і раніше не універсальна.

Вражаючий ролик з HoMM 5 створювала команда Золтана Годора.

[Ігроманія] З якими проблемами стикаються фахівці при захопленні руху? Як ви їх вирішуєте?

[Річард] Обладнання та програми - у всякому разі, від головних виробників - розвивалися досить довго. Взяти, приміром, motion capture-системи від фірм Vicon або Motion Analysis - вони адже практично бездоганні. Правити щось руками доводиться вкрай рідко, найчастіше матеріал готовий до вживання негайно, без додаткового доведення.

Теоретично можна робити захоплення будь-якого руху, але на ділі ми все ще стикаємося з проблемою перекриття маркерів при використанні оптичних систем motion capture (ситуація, коли між міткою на тілі актора і камерами виявляється непрозорий предмет). Іноді доводиться спеціально розробляти сцену таким чином, щоб система могла бачити маркери хоча б частково. Наприклад, щити для акторів, які використовувалися в захопленні руху для гри King Arthur: Pendragon Chronicles, довелося робити з дроту. Уявляєте, лицарі короля Артура з дротяними щитами! Перекриття маркерів - головна проблема в оптичних системах захоплення. Якщо камера не бачить їх, захоплення в принципі неможливий. Інша проблема - фізичний розмір області, на якій можна виконати зйомку. Об'єкт записи повинен бути в міру великим. Поки на тілі можна розмістити достатню кількість датчиків і вони видимі для камер, ніяких проблем немає. Сучасна апаратура високочутлива, іноді навіть бувають сюрпризи: ми робимо запис в таких умовах, які здаються просто неможливими.

Для підвищення швидкості з анімацією працюють без текстур. Їх додають на заключному етапі.

[Золтан] Часом під час запису трапляються збої. По-перше, маркери можуть переплутати або виявляться прихованими для камер. По-друге, система може помилково спрацювати на відбите світло, шуми. Наслідки подібних збоїв доводиться виправляти вручну. Краще отримати хоч щось, ніж заново починати роботу. Вдалий результат справи в першу чергу залежить від професійної підготовки фахівців mocap.

[Ева] Коли мультиплікація добре спланована, виконати захоплення нескладно. Ми заздалегідь намагаємося налаштувати клієнтів і просимо продумувати «чисті» руху. Але якщо вони хочуть, щоб актор більшу частину часу повзав по підлозі, нехай готуються до повторних зйомок і тривалої чищенні анімації.

Більшість проблем motion capture пов'язано з нерозумінням девелоперами принципів роботи технології. Зазвичай у них є тільки якесь загальне уявлення, що потрібно пояснити фахівцям, яке рух записати, а далі «вони вже самі як-небудь зроблять». Насправді ж робота професіоналів mocap більше схожа на працю, скажімо, художників або 3D-моделлер.

Вони зможуть зробити правильний захоплення тільки в тому випадку, якщо девелопер чітко пояснив, як має виглядати рух. Описи типу «ось тут лицар повинен виставити щит і вихопити меч» категорично не підходять. Так само як і поради в дусі «маленька дівчинка-припевочка весело біжить по доріжці, збирає ромашки, несе в кошику пиріжки». Потрібні детальні технічні описи, а бажано ще й замальовки.

Не менш важливий момент - простота рухів. Зробити якісний захоплення послідовності «персонаж повзе на животі два метри, перекочується вліво, різко схоплюється на ноги, роблячи помах руками по широкій амплітуді і при цьому сморкаясь» вкрай складно. Зате цю ж послідовність можна скласти з простих елементів.

лицьова анімація

Лицьову анімацію системи 4D Facial Capture обкатував на грі TOCA Race Driver 3.

Ідея відокремити лицьову анімацію, виділити її в окреме провадження не нова. LifeStudio: HEAD SDK застосовувалася для ворушіння губ і управління мімікою комп'ютерних героїв у фільмах «Володар Кілець» і Final Fantasy. Але їй не потрібні живі актори. Розробники LifeStudio побудували комп'ютерну модель людського обличчя, в якій рух кожного м'яза запрограмовано на певну реакцію. Кожна «кісточка» математично прорахована.

Щоб «обличчя» показало емоцію, потрібно набрати комбінацію команд. Основна складність - прив'язати до загального «обличчя» свою модель і навчитися смикати «за ниточки». HEAD SDK використовувалася в грі «Мор: Утопія». Artem Digital пішла по зовсім іншому шляху.

[Ігроманія] Що являє собою система лицьового захоплення 4D Facial Capture?

[Річард] У motion capture при звичайному захопленні на обличчя актора приклеюють невелика кількість маркерів. Вони можуть передати лише малу частину міміки. Щоб отримати лицьову анімацію високої якості, міток потрібно набагато більше. Ми з'ясували, що можна точно передати фактичне вираз обличчя актора в кожен момент часу, якщо знімати його з декількох камер, зафіксованих в певному положенні.

Отримане відео обробляється спеціальними програмними методами. Зображення покривається мережею контрольних точок, а потім відстежується зміна їх положення відносно один одного. Наче на фізіономії актора розміщуються тисячі особових маркерів!

Ми вже випробували систему в грі TOCA Race Driver 3 для Codemasters. З дуже непоганими результатами закінчили роботу для Pivotal Games. Причому якщо раніше тільки з заздалегідь прописаними сценами, то тепер додамо в систему кісткову анімацію. Це дозволить використовувати дані безпосередньо в ігровому движку, що відкриває широкі перспективи, особливо для нових платформ (Xbox 360, PS3). Чи не залишиться в стороні і старий добрий PC. Нова система лицьовій анімації буде затребувана в іграх з традиційно «балакучими» NPC.

системи запису

Хороший автомобіль для motion capture повинен бути, по-перше, дерев'яним, а по-друге, дірявим з усіх боків.

Принцип роботи апаратури для mocap не змінювався з моменту винаходу технології. А ось самі прилади постійно удосконалюються. Давайте розберемося, на яких системах працюють сучасні фахівці із захоплення руху.

[Ігроманія] Яка апаратура використовується для захоплення руху? Що вибирати?

[Річард] Все залежить від того, що ви хочете зробити, яка кінцева мета. Багато хто віддає перевагу системи, від яких легше отримати дані в режимі реального часу. До них відносяться магнітні (наприклад, Ascension, Polhemus) або системи кінематики (на кшталт Gypsy). Деякі вважають за краще апаратуру активного оптичного захоплення. Вона теж непогано працює в режимі реального часу. Але, без сумніву, найбільш широкого поширення набули пасивні оптичні системи. За якістю даних вони абсолютні лідери. Ми, наприклад, використовуємо і оптичні, і магнітні системи.

[Золтан] Магнітна система занадто чутлива. Щоб працювати з нею, потрібно виключити будь-який вплив стороннього електромагнітного поля. Крім того, магнітну систему непросто налаштувати. Однак у неї свої переваги. Наприклад, немає проблем з розпізнаванням маркерів - вони не перемішуються і не ховаються від камери за іншими предметами.

Основна проблема захоплення міміки - на обличчі не можна розмістити сотні датчиків. У кращому випадку поміщається штук 40-50.

[Ігроманія] У деяких студій на озброєнні до півсотні камер. Навіщо так багато?

[Річард] Для оптичних систем обсяг захоплення чітко пов'язаний з кількістю камер, і всі вони активні під час запису. Та й число маркерів на тілі актора при звичайному захопленні змінюється рідко.

Є певна кількість точок, достатню для опису руху (близько 50). Для гарантії додають кілька надлишкових маркерів. Втім, завжди є бажання поставити їх трохи більше. Але чим більше маркерів наліплено на актора, тим більше має бути відстань між ним і камерами. Занадто далеко камери ставити теж не можна, магнітні датчики почнуть створювати перешкоди, а оптичні зіллються в однорідне світла пляма. Ось і доводиться вибирати: або побільше маркерів і купа перешкод, або невелике число датчиків, але трохи смикається анімація. Проте техніка йде вперед, ми ось розробили власну систему 4D Facial Capture для захоплення лицьовій міміки.

[Ева] Ми для зйомок використовуємо 12 оптичних камер Eagle (виробництва Motion Analysis Corporation), такі ж застосовували в «Матриці». Коли камер не вистачає, орендуємо додаткове обладнання в іншій компанії.

Все залежить від того, скільки акторів буде працювати на майданчику одночасно. Три камери здатні зафіксувати на актора по крайней мере 1 маркер. Тоді система зможе «з'єднати» отриману інформацію в єдине ціле. 12 камер цілком впораються зі сценами, в яких беруть участь один-два актори (по 45 маркерів на кожному). Якщо з'явиться ще один, доведеться додавати камери.

Основні обмеження mocap - число датчиків на тілі акторів; кількість камер і відстань, на якому рух може бути нормально захоплено. Чим далі віднесені камери від сцени, тим більше число акторів потрапить в кадр, але якщо віднести камери занадто далеко, то система не буде розрізняти сигнал від різних датчиків. Доводиться йти на компроміс. У деяких випадках жертвувати деталізацією, в деяких - числом акторів і амплітудою рухів.

принципові обмеження

Екіпірування для mocap іноді буває складніше костюмів аквалангістів або спецназівців.

На завершення розмови про motion capture давайте розберемося в найважлівішому пітанні. У якіх ж випадки розробник краще звернути до технології Захоплення рухів, а коли простіше (або даже нужно) використовуват Класичні технології 3D-моделлинг? Практика показує, що навіть професійні девелопери не завжди знають відповідь на це питання і роблять неправильний вибір. В результаті страждає якість, та й з економічної точки зору програш.

[Ігроманія] Яку частину анімації персонажів бажано, на ваш погляд, виконувати саме з motion capture? А де потрібно повернутися до традиційних методів?

[Річард] Звичайно, мультиплікація з motion capture виходить набагато швидше, ніж, наприклад, при ротоскопіювання. З motion capture ви отримуєте те, що дійсно потрапило в об'єктив. Припустимо, планувався удар в стрибку рівно на півсантиметра вище голови супротивника. Як акторові забезпечити таку точність? Чи не прилаштовувати ж до ноги лінійку. У фіналі буде так, як вийшло на зйомках.

При ручному анімації персонажі повністю під контролем творця. Коли є чітка мета і розуміння того, як повинен виглядати кінцевий результат, хороший аніматор зробить все в кращому вигляді. Зате йому буде потрібно дуже багато часу, щоб передати непомітні характерні деталі, які надають достовірність будь-якого руху.

[Золтан] Сила motion capture саме в її реалістичності. Принципове обмеження методу в тому, що не можна повторити «мультяшних» рухів. Ми не можемо запросити на зйомки Вінні-Пуха з кроликом Роджером. У цьому випадку вихід один - записати в системі motion capture тільки ключові, найскладніші моменти.

[Ева] Я обговорювала це питання з багатьма аніматорами, які професійно працюють із захопленням рухів. При всіх плюсах, зазначених колегами, вони помічають загальну негативну тенденцію. Традиційна мультиплікація починає використовуватися як доповнення до mocap. Молодь хоче швидких чудес і не бажає слухати старих майстрів. У гонитві за швидкістю мистецтвом жертвують на користь технологічності. Так поступово з анімації йде душа.

ротоскопіювання

Ротоскопіювання прийшло в комп'ютерні ігри з Голлівуду. Метод винайшли давно, ще в епоху німого кіно. Саме там вперше були використані комп'ютерні спецефекти, для чого в кожному кадрі вручну домальовували потрібні деталі (або прибирали зайве). У комп'ютерній анімації, як правило, під ротоскопіювання розуміється покадровий висновок на екран (механізм Display Background) реального відео і подальшу ручну підгонку моделі під положення частин тіла актора. Це дуже довгий і трудомісткий процес.