В данной главе мы рассмотрим методы анимации лица при помощи взвешенных и сегментированных морфинг-мишеней. Что это значит? Вспомните свое детство. Вам когда-нибудь приходилось складывать забавную головоломку - составлять человеческое лицо, для которого нужно было выбрать из множества предлагаемых вариантов глаза, нос и рот? В результате получались различные нелепые и забавные физиономии.

Так вот, использование сегментного морфинга очень похоже на то, что я сейчас описал. Однако есть и разница. У вас появляется дополнительная возможность: создавая новое выражение лица трехмерного персонажа, вы будете оперировать также разными вариантами одной и той же части его физиономии. Среди программ, которые позволяют применять метод взвешенного морфинга, следует назвать LightWave (включает утилиту Morph Gizmo), 3D Studio MAX (имеет два встраиваемых модуля: Smirk и Morph Magic), Alias (содержит инструмент Shape Shifter) и Softimage. Соответствующие модули разрабатываются также для программ trueSpace и RayDream Studio. He будет ошибкой сказать, что взвешенный морфинг все чаще включается в стандартный набор инструментов для пакетов трехмерного моделирования.

В настоящей главе мы подробно поговорим о том, как была проведена анимация Гвидо - еще одного персонажа фильма «Dwellers». Она осуществлялась с помощью сегментного морфинга - метода, на котором мы остановимся немного позже. Сначала давайте рассмотрим взвешенный морфинг.

Взвешенный морфинг

Названный способ позволяет трансформировать одну базовую модель сразу в две морфинг-мишени. В этом заключается его главное достоинство, поскольку вы можете осуществить синхронизацию движения губ героя как с его речью, так и с мимикой лица в целом. Взгляните на рис. 6.1.

Базовый объект (колонка А) был подвергнут морфингу на 50%, то есть откорректирован таким образом, чтобы получилась верхняя модель колонки В. Этот же базовый объект был обработан методом взвешенного морфинга еще на 50%, но с другими заданными параметрами. Получилась нижняя модель столбца В. Результат совмещения обоих «портретов» -мишень, представленная в колонке С.

Если бы нам потребовались какие-то другие варианты того же лица, мы бы изменили процентное соотношение «вкладов» разных морфинг-мишеней в окончательное изображение: 20/80, 60/40 и т.д. Сумма процентов не должна превышать 100, хотя во многих программах данное условие можно нарушить и получить интересные результаты.

Файл анимации 2targetmorph.mov находится в папке Chapter6 на прилагаемом к книге компакт-диске.

В процессе анимации использовались только базовый и два целевых объекта (см. рис. 6.1, колонки A и В). Для создания ключевых кадров дизайнер подбирал нужные положения ползунков. Инструмент взвешенного морфинга удобен тем, что помогает сконструировать множество различных выражений лица из ограниченного набора мишеней, изготовленных заранее с помощью линейного морфинга. Запомните, что линейный морфинг позволяет задать степень трансформации объекта, но данный способ нельзя применить одновременно к нескольким мишеням.

В то же время процесс анимации на основе взвешенного морфинга очень напоминает аналогичную операцию с использованием линейного морфинга. Фактически вся разница заключается в том, что в первом случае можно комбинировать две мишени для создания нового выражения.

Разновидностью взвешенного морфинга является сегментный, который позволяет изменять части лица персонажа независимо друг от друга. Давайте посмотрим, как применять этот метод на практике.

Сегментный морфинг

Сегментный морфинг чем-то напоминает детскую игру. Комбинируя различные картинки из имеющегося набора, дизайнер конструирует лица с разными выражениями. Вы можете создать отдельные целевые объекты для бровей, глаз и рта. Допустим, вы заготовили по два таких объекта для всех перечисленных частей лица. «Тасуя» их и задавая суммарный уровень морфинга, равный 100%, вы получите восемь различных выражений.

Кроме того, вы можете комбинировать морфинг-мишени разных сегментов человеческого лица, устанавливая каждый раз новые весовые коэффициенты. Этот термин означает процент морфинга. Задавая коэффициент менее 100%, можно создать огромное множество вариантов на основе нескольких целевых объектов. При желании сохраните сконструированные модели и впоследствии загрузите их в качестве целевых в программу моделирования, а затем вновь подвергните морфингу, чтобы получать все новые и новые комбинации. Как видите, описанный метод помогает сделать очень многое.

И все-таки сегментный морфинг удобен в первую очередь тем, что позволяет задать ключевой кадр для каждого отдельного участка лица. Например, вам нужно, чтобы брови персонажа некоторое время оставались приподнятыми, а затем опускались, тогда как рот продолжал бы совершать определенные движения. Применяя метод сегментного морфинга, вы можете в этом случае использовать в качестве целевых объектов одни и те же визуальные представления фонем. Если бы вы создавали аналогичную анимацию при помощи линейного морфинга, вам пришлось бы разработать два набора визуальных представлений фонем: один для лица с приподнятыми бровями, второй - с уже опустившимися. Такой подход неплох, но проблема в том, что существует огромное количество вариантов положения бровей, и в конечном итоге осуществление вашей задачи потребует значительных затрат времени и машинных ресурсов.

Метод сегментного морфинга дает разработчику две цепных возможности: формировать множество выражений лица на основе относительно малого набора мишеней и менять это выражение, когда персонаж говорит. Сегментный морфинг имеет и еще одно интересное применение. Вы можете анимировать челюсти независимо от губ.

Анимация челюсти методом сегментного морфинга

Зачем нужна анимация челюсти независимо от движения губ? Произнесите обычным голосом следующую фразу: «I climbed the Washington Monument» («Я забрался на памятник Вашингтону»). Обратите внимание: очертания рта изменились по меньшей мере 15 раз в соответствии с произносимыми фонемами, а челюсть за это время совершила движение «вверх-вниз» только 6 раз. Значит, ее положение тоже определяется звучащими словами, однако не зависит от движения губ.

Как же воспроизвести описанное явление в анимации? С помощью сегментного морфинга. Надо только сконструировать отдельные морфинг-мишени для рта и челюсти. Для каждого из названных объектов задается свой набор ползунков и устанавливаются свои ключевые кадры.

Посмотрите на рис. 6.3. Чтобы подготовить модель Гвидо к обработке методом сегментного морфинга, нужно разбить ее на отдельные участки.

Чуть отвисшая челюсть придает парню забавный вид. Не беспокойтесь: она вполне естественно займет свое привычное положение во время анима ции. Базовый объект никогда не используется в ключевом кадре, пока не будет преобразован в морфинг-мишень.

Теперь надо сформировать библиотеку морфинг-мишеней. Давайте по смотрим, как это делается.

Создание библиотеки сегментных морфинг-мишеней

Рассмотрим каждый из перечисленных типов.

Формирование выражения лица при помощи сегментных мишеней

В приложении Е вы найдете справочный материал по различным выражениям лица. Под каждой картинкой внизу указаны целевые объекты, которые использовались для создания отдельных частей лица (см. приложение А), и соответствующие весовые коэффициенты. А теперь взгляните на рис. 6.4. На нем представлено лицо, имеющее выражение «Злой смех». Его мы и будем конструировать в данной главе.

Наш первый шаг - создание морфинг-мишеней в программе моделирования. Из табл. 6.1 видно, что их потребуется пять: две для бровей, две для рта и одна для челюсти.

Сначала обсудим вопрос о том, как создаются целевые объекты для бровей.

Создание целевого объекта «Брови»

На рис. 6.5 представлен целевой объект «Брови на злом лице», который также содержится в приложении А (см. рис. А2).

Чтобы создать такую морфинг-мишень, загрузите базовый объект в программу моделирования и сместите к глазам вершины каркаса, соответствующие нижнему краю бровей, чтобы сформировать выпуклость над переносицей. (Как вы помните, движение бровей подробно описывалось в главе 3.) Самое важное - проследить, чтобы в анимации участвовали только вершины бровей и лба. Взвешенный морфинг воздействует лишь на те точки, местонахождение которых стало иным но сравнению с положением аналогичных точек базовой модели. Предположим, при построении целевого объекта для бровей случайно изменилось расположение углов рта. Значит, рот, как и брови, подвергнется морфингу, хотя это уже не входило в наши планы. Если вы использовали мишень для рта, в целом она также пострадает. Итак, при построении сегментных мишеней следите, чтобы перемещались только точки, которые принадлежат элементам одной группы.

Как только вы создадите целевой объект «Брови на злом лице», сохраните его в виде отдельной модели под соответствующим именем. Подобным же образом был сформирован и целевой объект «Сдвинутые брови» (см. рис. А4).

Внимательно рассмотрите эту картинку. Линия бровей опущена настолько низко, что брови слегка нависают над глазами. Данную модель тоже необходимо сохранить как новый объект, который мы позже используем в качестве мишени для морфинга.

Создание целевого объекта «Рот»

Согласно табл. 6.1, для формирования очертаний рта требуется два целевых объекта: «Смех» и «Широкая улыбка» (см. рис. 6.6). С помощью метода взвешенного морфинга эти мишени будут скомбинированы с учетом указанного в таблице процентного соотношения.

Обратите внимание: у некоторых моделей, представленных в приложении А, рот буквально проваливается в подбородок. Причина в том, что челюсть персонажа оставалась неподвижной, а конфигурация рта изменилась. Загрузив эти мишени в программу взвешенного морфинга, подкорректируйте положение челюсти персонажа. Возможно, поначалу такой способ работы с сегментированными целевыми объектами покажется вам непривычным. Однако после того, как вы загрузите их в программу морфинга, вы поймете, в чем дело. Поскольку мы создаем отдельные морфинг-мишени для каждого сегмента, мы не можем позволить себе перемещать другие части модели, чтобы она хорошо смотрелась. Если бы мы стали это делать, то столкнулись бы с проблемой неконтролируемого морфинга, опасности которого описывались выше.

Теперь давайте обсудим вопрос о создании целевых объектов «Челюсть». Хотя для выражения «Злой смех» нам потребуется лишь один из них, «Челюсть поджата», лучше подробно рассмотреть все пять вариантов.

Создание целевого объекта «Челюсть»

Если вы еще не прочли ту часть главы 1, где идет речь о вращении челюсти, обязательно ознакомьтесь с этим материалом. Аниматору нужно знать, где проходит ось вращения челюсти. В базовом объекте мы выделяем точки, которые принадлежат моделям челюсти и нижних зубов, но не рта (см. рис. 6.7).

Поскольку в нейтральном положении челюсть Гвидо опущена наполовину, необходимо построить два целевых объекта: «Челюсть опущена» и «Челюсть поджата».

Чтобы создать первый объект, поверните челюсть на максимально возможный угол вокруг ее оси вращения, проходящей через основание про-тивозавитка (см. рис. 6.8).

Обратите внимание: некоторые точки основания челюсти оказались в области шеи. Их нужно убрать оттуда, чтобы у Гвидо образовалась небольшая естественная складка кожи в месте, где она обычно собирается у живого человека. Кроме того, когда челюсть сдвигается вниз, под подбородком возникает выпуклость. На рис. 6.9 изображен целевой объект «Челюсть опущена». Его вершины смещены так, чтобы воспроизвести описанный эффект.

Разумеется, полученную морфинг-мишень мы опять сохраняем как новый объект. А теперь займемся созданием модели «Челюсть поджата».

Мы снова выделяем и вращаем те же вершины, что и в предыдущем случае, пока верхние зубы не сомкнутся с нижними и челюсть не займет обычного положения. Вероятно, некоторые се точки окажутся в области рта. Это не страшно: как я уже говорил, их можно будет переместить после загрузки объекта в программу взвешенного морфинга. На рис. 6.10 показана поджатая челюсть.

Проверьте, не сдвинулись ли отдельные точки нижней челюсти в область щеки. Когда челюсть опускается и поднимается, кожа лица сначала вытягивается, затем сжимается. Скорректируйте положение вершин боковой поверхности челюсти с учетом данного обстоятельства (см. рис. 6.11).

Чтобы создавать правдоподобные анимации челюсти, нужны еще три морфинг-мишени. Две из них соответствуют ее крайним правому и левому положениям, когда граница между двумя нижними передними зубами лежит на одной вертикали с внешним краем верхнего правого резца. Третья модель - мишень с выдающейся вперед челюстью.

Названные морфинг-мишени создаются так же, как и описанные выше объекты. Сначала вы выделяете точки челюсти и нижних зубов, перемещаете эти вершины влево, вправо или вперед, а затем корректируете положение точек так, чтобы показать естественное растяжение и сокращение кожи.

Итак, вы сконструировали ряд целевых объектов: «Брови на злом лице», «Сдвинутые брови», «Смех», «Широкая улыбка» — и все морфинг-мишени, которые позволяют продемонстрировать движения челюсти. Теперь готовые модели можно загрузить в программу взвешенного морфинга, чтобы сформировать выражение лица под названием «Злой смех».

Комбинирование сегментированных мишеней

Создав и доработав несколько целевых объектов, мы приступаем к их комбинированию. Надо показать выражение лица Гвидо в тот момент, когда герой вынашивает коварный план. Загрузите в программу взвешенного морфинга базовый объект - модель головы персонажа. Она будет подвергнута морфингу и преобразована с помощью уже построенных мишеней.

Сформируйте три группы ползунков: одну для целевого объекта «Брови», другую для объекта «Рот», третью для объекта «Челюсти». Затем загрузите модели, описанные в предыдущем разделе главы, в соответствующие группы. Работа с каждой из этих морфинг-мишеней регулируется отдельным ползунком.

Вот и все, что требуется для проведения сегментного морфинга. Позже, когда вы сформируете дополнительные целевые объекты, каждую группу моделей будет «обслуживать» ряд ползунков, с помощью которых для нее будут установлены ключевые кадры. Но продолжим работу по созданию модели из имеющихся мишеней.

Выделите группу «Брови», а ползунок морфинг-мишени «Брови на злом лице» переместите в положение 100%. В результате брови Гвидо слегка деформируются, причем остальная часть липа сохранит неестественную неподвижность.

Теперь выделите группу «Рот» и ползунок мишени «Широкая улыбка» переместите в положение 100%. Очертания рта будут выглядеть так, как у целевого объекта, а брови останутся сердито сдвинутыми.

Настала пора воочию убедиться в достоинствах метода сегментного морфинга. Передвиньте ползунок мишени «Смех» в положение 100% и скомбинируйте две мишени рта. Обратите внимание: брови по-прежнему не меняют своего изгиба.

Если челюсть модели заняла неправильное положение относительно рта, можно переместить соответствующие ползунки и подправить результат. Итак, мы получили объект с выражением лица «Злой смех». Когда вы займетесь разработкой собственных моделей, обязательно поэкспериментируйте с различными параметрами. Это поможет вам понять, как сегментные мишени взаимодействуют друг с другом, формируя выражение лица персонажа, и как объекты одной группы можно «смешивать» в разных пропорциях. Поверьте, такое занятие увлечет вас! Когда вы сконструируете с помощью взвешенного морфинга все целевые объекты, представленные в приложении А, и загрузите их в соответствующую программу, то убедитесь, что для вашей творческой фантазии открылись практически безграничные возможности.

Разумеется, прежде чем приступать к работе над говорящим Гвидо, создайте визуальные представления фонем.

Создание визуальных представлений фонем для сегментного морфинга

Визуальные представления фонем, которые используются в анимации говорящего Гвидо, приведены в их сокращенном наборе (см. рис. 5.2). Он включает десять моделей и нужен нам сейчас потому, что входящие в него мишени отличаются только очертаниями рта, а оставшиеся шесть - положением языка. Однако он принадлежит к особой морфинг-группе, и ключевые кадры для него устанавливаются отдельно. Если вы еще не проводили сегментный морфинг, то вам потребуется создать полный набор из 16 мишеней, которые соответствуют визуальным представлениям звуков человеческой речи. Визуальные представления (см. рис. 6.12) были получены так же, как морфинг-мишени, иллюстрирующие различные выражения лица персонажа.

Расхождения между некоторыми моделями на рис. 6.12 иногда малозаметны. Однако надо научиться их видеть и точно копировать каждую мишень, чтобы синхронизация выглядела достоверно. Работая над формой рта, который произносит то или иное слово, сами проговаривайте соответствующие звуки перед зеркалом. Не полагайтесь только на рисунки; изучайте движение губ, своих и собеседника, во время разговора.

Когда дело касается создания реалистичной лицевой анимации, просто невозможно перестараться!

Итак, у вас уже готовы десять моделей, которые соответствуют различным положениям рта. Теперь надо разработать аналогичные мишени, демонстрирующие разные позиции языка.

Шесть основных положений языка

Чтобы получить все шестнадцать визуальных представлений фонем, к уже имеющимся десяти необходимо добавить шесть. Они отражают изменения в позиции языка. Сами звуки и их разряды перечислены в табл. 5.1-5.2 предыдущей главы.

Итак, взгляните на рис. 6.13. Здесь показаны шесть основных поло- жений языка.

Разработать перечисленные мишени нисколько не труднее, чем создать другие целевые объекты. Мы просто выделяем модель языка и поворачиваем его фрагмент за фрагментом, пока очертания языка не будут соответствовать нужному изображению на рис. 6.13.

Чтобы правильно применять эти морфинг-мишени на практике, рекомендую обратиться к приложению В. В нем вы найдете визуальные представления всех 16 фонем, учитывающие позицию языка. Для создания визуального представления любого звука нужно лишь скомбинировать определенную форму рта с тем или иным положением языка.

Давайте приступим к анимации лица Гвидо при помощи метода сегментного морфинга.

Анимация лица методом сегментного морфинга

В данном разделе мы займемся анимацией Гвидо, произносящего фразу «Ya want some? Ya want a piece of me? Huh? Do ya?» (искаженное разговорное: «Ты чего-то хочешь? Эй, тебе что-то от меня надо? Так ведь?»). Ее аудиозапись содержится в файле youwant.wav.

Аудиофайл youwant. wav находится в папке Chapter6 на прилагаемом к книге компакт-диске.

Для анимации нужны следующие целевые объекты:

Перечисленные мишени загружаются в программу взвешенного морфинга, как описывалось в предыдущем разделе настоящей главы. Затем с помощью ползунков устанавливаются ключевые кадры.

В главе 5 уже обсуждался вопрос о том, как разбивать речь на фонемы, заносить их в таблицу, определять ключевые кадры и подбирать соответствующие объекты-мишени. Поэтому сейчас мы не станем снова рассматривать весь процесс, а перейдем сразу к анимации лица. Но сначала мы все-таки остановимся еще на одном важном аспекте работы, который тоже отражен в таблице, - на движении челюсти.

Движения челюсти

Чуть раньше, анализируя фразу «I climbed the Washington monument», мы отметили, что рот участвовал в формировании 15 визуальных представлений фонем, а челюсть опустилась и поднялась только 6 раз. Поскольку она движется независимо от губ и для нее нужно создавать отдельные морфинг-мишени, в таблице необходимо указать, когда челюсть двигалась вниз и насколько далеко.

Величина поворота челюсти измеряется в условных единицах: от 1 до 10, где 1 соответствует закрытому рту, а 10 - полностью опущенной вниз челюсти.

В табл. 6.2 речь персонажа расписана по кадрам.

Как видите, те моменты, когда челюсть поворачивалась, указаны в последнем, четвертом столбце. Величина ее поворота определялась но видеозаписи театрального спектакля. Мы наблюдали за тем, насколько широко открывался рот актера и как долго нижняя челюсть оставалась в том или ином положении.

Итак, теперь вы знаете, как отслеживать и анализировать движения челюсти. Настало время заняться расстановкой ключевых кадров.

Построение ключевых кадров с помощью метода сегментного морфинга

Завершив описанную выше работу, вы без труда определите ключевые кадры для речи персонажа. Необходимо только задать положение ползунков для каждой мишени, указанной в таблице.

Обратите внимание: движение челюсти начинается после того, как шевельнулись губы. Учтите также, что некоторые цифры, указывающие величину ее поворота, нередко оказываются завышенными. Только подобрав морфинг-мишень рта, вы будете точно знать, насколько следует поднять или опустить челюсть персонажа.

Сначала вы согласно временной карте задаете ключевые кадры для модели рта, а затем устанавливаете последовательность движений челюсти. Далее вы определяете ключевые кадры для мишени языка, если это необходимо при артикуляции каких-либо звуков. Чтобы выявить ошибки в анимации говорящего персонажа, выполните тестовую визуализацию еще до того, как добавить в свой фильм движение бровей героя и его улыбку. Результат тестовой визуализации на данном этапе представлен в файле Ptestl. mov.

Файл Ptestl. mov находится в папке Chapter6 на прилагаемом к книге компакт-диске.

Осталось устранить мелкие погрешности в синхронизации речи и удалить лишние визуальные представления фонем, о чем мы подробно говорили в главе 5. Теперь можно приступить к работе над мимикой лица. Давайте посмотрим, как это делается.

Работа над мимикой персонажа

Выразительное лицо - существенный элемент реалистичной анимации. Вспомните фразу «Ya want some? Ya want a piece of me? Huh? Do ya?», которую мы взяли в качестве примера в предыдущем разделе. Произнесите ее перед зеркалом несколько раз, чтобы отметить, в какие моменты поднимаются или опускаются брови и когда на губах персонажа проскальзывает улыбка.

Предположим, брови могут опуститься при произнесении вопроса «Ya want some?», приподняться на словах «Ya want a piece of me?», а затем взметнуться вверх на коротких угрожающих репликах «Huh?» и «Do ya?». Поскольку мы уже определили для этих вопросов время звучания, легко установить и ключевые кадры для движения бровей. Они задаются следующим образом:

С помощью ползунков устанавливаются весовые коэффициенты мишеней в соответствующих ключевых кадрах. Большая часть работы по синхронизации движения губ с речью персонажа была выполнена до определения ключевых кадров.

Теперь займемся улыбкой. Актер, который произносил фразу, усмехался в паузах между словами «some» и «ya want a», «me» и «huh». Кроме того, некое подобие ухмылки сопровождало всю маленькую речь Гвидо. Поэтому соответствующий ползунок устанавливается на уровне 20% на в ремя всей анимации и на уровне 60-70% - в указанных паузах.

Обратите внимание: говорящий ни разу не моргнул. Будь иначе, его фраза не прозвучала бы так резко. Впившийся в собеседника взгляд человека придает выражению его лица язвительность. Если нам все же потребовалось бы продемонстрировать моргающего персонажа, мы бы установили ползунок объекта «Веки закрыты» на 100% в течение одного кадра и уже в следующем кадре вернули бы указатель в положение 0%.

Чтобы посмотреть на конечный результат работы, загрузите файл анимации Guidofinal.mov.

Файл Guidofinal.mov находится в папке Chapter6 на прилагаемом к книге компакт-диске.

Не правда ли, Гвидо буквально ожил после того, как мы поработали над его мимикой? Теперь он не автоматически произносит слова, как дрессированный попугай, а думает над ними и даже провоцирует собеседника на ответную реакцию. Если нам потребуется показать на лице Гвидо страх или гнев, мы просто заменим одни целевые объекты на другие. В этом заключается огромное достоинство метода сегментной анимации. Дизайнер может создавать бесконечное множество различных выражений лица для своих персонажей, а затем выбрать самое подходящее.

Заключение

Сегментный и взвешенный морфинги - чрезвычайно мощные технологии. Надеюсь, чтение настоящей главы убедило вас в этом. Взвешенный морфинг позволяет вам комбинировать целевые объекты, передавая на лице персонажа множество эмоциональных состояний. Сегментный морфинг дает возможность изменять отдельные участки лица независимо от других, то есть в конечном итоге создавать еще большее количество разнообразных выражений. Кроме того, вы теперь знаете, что метод сегментного морфинга позволяет анимировать челюсть и рот отдельно друг от друга. Значение этих опций при работе над реалистичной лицевой анимацией трудно переоценить. С их помощью вы формируете детальный портрет своего героя без лишних затрат времени. Если у вас еще нет программы, которая содержит инструмент взвешенного морфинга, то я очень рекомендую ее приобрести - не пожалеете.

Пожалуй, на этом мы закончим наш разговор об анимации лица и его разнообразных выражений. Надеюсь, что теперь, когда вы знаете весь процесс от начала до конца, вы не считаете данное занятие таким уж трудным В настоящей книге много всевозможной информации, но в целом она носит общий характер. От вас требуется только быть терпеливыми и внимательными к мелочам.

И еще один совет. Если вы хотите побольше узнать о таком средстве синхронизации движения губ и речи, как программа Magpie, не поленитесь прочесть последнюю, седьмую главу. Она написана Майком Кометом (Mike Comet) - великолепным знатоком Magpie и просто хорошим человеком.