Введение
Процесс электронного преобразования движений лица человека в цифровую базу данных. Захват движений лица — это процесс электронного преобразования движений лица человека в цифровую базу данных с использованием камер или лазерных сканеров. Эта база данных может быть использована для создания компьютерной графики (CG), компьютерной анимации для фильмов, игр или аватаров в реальном времени. Поскольку движение CG-персонажей основано на движениях реальных людей, это позволяет добиться более реалистичной и нюансированной компьютерной анимации, чем при ручном создании. База данных захвата движений лица описывает координаты или относительные положения опорных точек на лице актера. Захват может быть двухмерным, в этом случае процесс иногда называют «отслеживанием выражений», или трехмерным. Двумерный захват можно осуществить с помощью одной камеры и программного обеспечения для захвата. Это обеспечивает менее сложное отслеживание и не позволяет полностью зафиксировать трехмерные движения, такие как вращение головы. Трехмерный захват выполняется с использованием многокамерных установок или лазерных маркерных систем. Такие системы, как правило, значительно дороже, сложнее и требуют больше времени. Существуют две основные технологии: системы отслеживания с маркерами и без маркеров. Захват движений лица связан с захватом движений тела, но является более сложной задачей из-за более высоких требований к разрешению для обнаружения и отслеживания тонких выражений, возникающих при небольших движениях глаз и губ. Эти движения часто составляют менее нескольких миллиметров, что требует еще большего разрешения и точности, а также отличных от используемых при захвате всего тела методов фильтрации. Дополнительные ограничения, связанные с лицом, также открывают больше возможностей для использования моделей и правил. Захват выражений лица аналогичен захвату движений лица. Это процесс использования визуальных или механических средств для управления компьютерными персонажами на основе данных с человеческих лиц или для распознавания эмоций пользователя.
Facial motion capture is the process of electronically converting the movements of a person's face into a digital database using cameras or laser scanners. This database may then be used to produce computer graphics (CG), computer animation for movies, games, or real time avatars. Because the motion of CG characters is derived from the movements of real people, it results in a more realistic and nuanced computer character animation than if the animation were created manually. A facial motion capture database describes the coordinates or relative positions of reference points on the actor's face. The capture may be in two dimensions, in which case the capture process is sometimes called "expression tracking", or in three dimensions. Two dimensional capture can be achieved using a single camera and capture software. This produces less sophisticated tracking, and is unable to fully capture three dimensional motions such as head rotation. Three dimensional capture is accomplished using multi camera rigs or laser marker system. Such systems are typically far more expensive, complicated, and time consuming to use. Two predominate technologies exist: marker and marker less tracking systems. Facial motion capture is related to body motion capture, but is more challenging due to the higher resolution requirements to detect and track subtle expressions possible from small movements of the eyes and lips. These movements are often less than a few millimeters, requiring even greater resolution and fidelity and different filtering techniques than usually used in full body capture. The additional constraints of the face also allow more opportunities for using models and rules. Facial expression capture is similar to facial motion capture. It is a process of using visual or mechanical means to manipulate computer generated characters with input from human faces, or to recognize emotions from a user.
История
Одна из первых работ, посвященных анимации, управляемой поведением, была опубликована Лэнсом Уильямсом в 1990 году. В ней он описывает "способ захвата выражений реальных лиц и переноса их на компьютерные модели лиц".
Маркеры
Традиционные системы, основанные на маркерах, наносят до 350 маркеров на лицо актера и отслеживают движение этих маркеров с помощью камер высокого разрешения. Эта технология применялась в фильмах, таких как "Полярный экспресс" и "Беовульф", позволяя актеру, например Тому Хэнксу, управлять мимикой нескольких различных персонажей. Однако это относительно трудоемкий процесс, и в результате сглаживания и фильтрации выражения лица актеров могут становиться чрезмерно преувеличенными. Системы нового поколения, такие как CaptiveMotion, используют усовершенствованные варианты традиционных маркерных систем с более высокой степенью детализации. Технология активных светодиодных маркеров (Active LED Marker) в настоящее время используется для управления анимацией лица в реальном времени, обеспечивая обратную связь для пользователя.
Технология
Методы, основанные на цифровом видео, становятся все более предпочтительными, так как механические системы, как правило, громоздки и сложны в использовании. С помощью цифровых камер выражения лица пользователя обрабатываются для определения положения головы, что позволяет программному обеспечению находить глаза, нос и рот. Лицо первоначально калибруется с использованием нейтрального выражения. Затем, в зависимости от архитектуры, брови, веки, щеки и рот обрабатываются как отклонения от нейтрального выражения. Это достигается, например, путем поиска контуров губ и их распознавания как отдельных объектов. Часто для ускорения обработки используют контрастный макияж или маркеры, либо другие подобные методы. Как и в случае с распознаванием речи, даже лучшие технологии эффективны лишь в 90% случаев, что требует значительной ручной настройки или допустимости ошибок. Поскольку компьютерные персонажи не имеют настоящих мышц, для достижения аналогичных результатов применяются иные техники. Некоторые аниматоры создают кости или объекты, управляемые программным обеспечением захвата движений, и перемещают их соответствующим образом, что при правильной настройке персонажа обеспечивает хорошее приближение к реалистичному движению. Поскольку лица обладают высокой эластичностью, эта техника часто комбинируется с другими, с разной настройкой весов для учета эластичности кожи и других факторов, влияющих на желаемые выражения.
Использование
Несколько коммерческих компаний разрабатывают продукты, которые уже применяются, но стоят довольно дорого. Ожидается, что это устройство ввода станет ключевым для компьютерных игр, как только появится доступное по цене программное обеспечение, однако аппаратная и программная часть пока не созданы, несмотря на 15 лет исследований, которые принесли почти готовые к использованию результаты.