TEDxUSC
Paul Debevec: Animating a photo-real digital face
باول ديبيفيك: تحريك صورة حقيقية لوجه رقمي
Filmed:
Readability: 4.8
881,584 views
في مؤتمر تيد أكس يو أس سي، يشرح رائد الرسم بالحاسوب باول ديبيفيك تكنلوجيا سرقة المشهد خلف إميلي الرقمية، الوجه البشري الذي بُني رقمياً بحيث يصبح واقعياً حتى يأخذ أشكالاً متعددة.
Paul Debevec - Computer graphics pioneer
Paul Debevec's digital inventions have powered the breathtaking visual effects in films like The Matrix, Superman Returns, King Kong and The Curious Case of Benjamin Button. Full bio
Paul Debevec's digital inventions have powered the breathtaking visual effects in films like The Matrix, Superman Returns, King Kong and The Curious Case of Benjamin Button. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:18
One of the biggest challenges in computer graphics
0
0
3000
إن إحدى التحديات الكبيرة في فن الرسم عن طريق الحاسوب
00:21
has been being able to create a photo-real,
1
3000
2000
هي القدرة على تكوين صورة حقيقية
00:23
digital human face.
2
5000
2000
صورة رقمية لوجه بشري
00:25
And one of the reasons it is so difficult is that, unlike aliens and dinosaurs,
3
7000
3000
ونجد أن أحد الاسباب التي جعلتها صعبة وذلك على خلاف صور الكائنات الفضائية والديناصورات
00:28
we look at human faces every day.
4
10000
3000
أننا نرى الوجوه البشرية يومياً
00:31
They are very important to how we communicate with each other.
5
13000
2000
ونجد أن تعابير الوجه البشري إحدى أهم وسائل التواصل البشري
00:33
As a result, we're tuned in to the subtlest things
6
15000
3000
وكنتيجة لذلك نجد أنفسنا نستمع الى الاشياء الغير ملحوظة
00:36
that could possibly be wrong with a computer rendering,
7
18000
2000
والذي يمكن أن يكون خاطئاً مع اداء الحاسوب
00:38
in order to believe whether these things are realistic.
8
20000
3000
وللاعتقاد بمدى حقيقة هذه الاشياء
00:41
And what I'm going to do in the next five minutes
9
23000
2000
وما سأقوم بعمله خلال الخمسة دقائق القادمة
00:43
is take you through a process
10
25000
2000
إجراء عملية سأقوم بعرضها عليكم
00:45
where we tried to create a reasonably photo-realistic computer-generated face,
11
27000
3000
حيث قمنا بمحاولة تكوين وجه حقيقي عن طريق الحاسوب
00:48
using some computer graphics technology we've developed,
12
30000
3000
باستخدام إحدى برمجيات الحاسوب الخاصة بالرسوم التي تم تطويرها من قبلنا
00:51
and also some collaborators at a company called Image Metrics.
13
33000
2000
وكذلك بعض الأعمال التعاونية في شركة تسمى أيميج ماتريكس.
00:53
And we're going to try to do a photo-real face
14
35000
2000
وسنقوم بتجربة عمل وجه حقيقي
00:55
of an actress named Emily O'Brien, who is right there.
15
37000
3000
لممثلة تدعى (اميلي اوبرين) نراها الآن على الشاشة
00:58
And that's actually a completely computer-generated rendering of her face.
16
40000
3000
وذلك في الواقع وجهها تم توليده بالكامل بواسطة الكمبيوتر.
01:01
By the end of the talk, we're going to see it move.
17
43000
2000
وعند نهاية هذا العرض سنراها تتحرك
01:03
The way that we did this is we tried to start with Emily herself,
18
45000
3000
الطريقة التي فعلنا بها ذلك هو اننا بدأنا مع إيميلي بنفسها،
01:06
who was gracious enough to come to our laboratory
19
48000
3000
التي كانت كريمة بما يكفي لتحضر لمختبرنا
01:09
in Marina Del Rey, and sit for a session in Light Stage 5.
20
51000
3000
في مارينا دل راي، وتجلس لجلسة في مسرح الضوء 5.
01:12
This is a face-scanning sphere, with 156 white LEDs all around
21
54000
4000
هذا هو مخروط مسح الوجه، مع 156 ضوء أبيض في كل مكان،
01:16
that allow us to photograph her
22
58000
2000
الذي أتاح لنا تصويرها
01:18
in a series of very controlled illumination conditions.
23
60000
3000
في سلسلة من شروط الإنارة المتحكم بها للغاية.
01:21
And the lighting that we use these days looks something like this.
24
63000
3000
والإضاءة التي نستخدمها هذه الأيام تبدو شيئاً كهذا.
01:24
We shoot all of these photographs in about three seconds.
25
66000
2000
لقد تم التقاط كل هذه الصور خلال ثلاثة ثواني
01:26
And we basically capture enough information
26
68000
3000
ونحن في الأساس نلتقط معلومات كافية
01:29
with video projector patterns that drape over the contours of her face,
27
71000
4000
مع أنماط الفيديو المسقطة التي تنثني مع تقاطيع وجهها،
01:33
and different principle directions of light from the light stage,
28
75000
2000
ومختلف الإتجاهات الأساسية من مسرح الإضاءة،
01:35
to figure out both the coarse-scale
29
77000
2000
لمعرفة التفاصيل الخشنة
01:37
and the fine-scale detail of her face.
30
79000
2000
والتفاصيل الناعمة لوجهها.
01:39
If we zoom in on this photograph right here,
31
81000
2000
وعند تقريب الصورة على هذا النحو،
01:41
we can see it's a really nice photograph to have of her,
32
83000
2000
يمكننا رؤية أنها صورة جميلة حقاً نحصل عليها،
01:43
because she is lit from absolutely everywhere at the same time
33
85000
4000
لأنها مضاءة بالكامل من كل ناحية و في نفس الوقت
01:47
to get a nice image of her facial texture.
34
89000
2000
أن نحصل على صورة جميلة لنسيج وجهها.
01:49
And in addition, we've actually used polarizers on all the lights --
35
91000
3000
إضافة لذلك، لقد إستخدمنا مستقطبات لكل الأضواء --
01:52
just like polarized sunglasses can block
36
94000
2000
بالضبط مثل إستقطاب النظارة الشمسية التي يمكن أن تصد
01:54
the glare off of the road,
37
96000
2000
مرأى ومسمع الطريق،
01:56
polarizers can block the shine off of the skin,
38
98000
2000
يمكن للمستقطبات أن تصد اللمعان الخارج من البشرة،
01:58
so we don't get all those specular reflections to take this map.
39
100000
3000
بحيث لا نواجه كل تلك الإنعكاسات البراقة لنأخذ هذه الخارطة.
02:01
Now, if we turn the polarizers around just a little bit,
40
103000
2000
الآن، إذا قمنا بقلب المستقطبات قليلاً،
02:03
we can actually bring that specular reflection
41
105000
2000
يمكننا في الواقع جلب ذلك الإنعكاس البراق
02:05
of the skin back in,
42
107000
2000
للبشرة مجدداً،
02:07
and you can see she looks kind of shiny and oily at this point.
43
109000
3000
ويمكنكم رؤية أنها تبدو نوعا ما مشرقة وزيتية في هذه النقطة.
02:10
If you take the difference between these two images here,
44
112000
3000
إذا أخذت الفارق بين هاتين الصورتين هنا،
02:13
you can get an image lit from the entire sphere of light
45
115000
2000
يمكنك الحصول على صورة مضاءة من كل محيط الضوء
02:15
of just the shine off of Emily's skin.
46
117000
3000
لبشرة إيميلي غير المشرقة.
02:18
I don't think any photograph like this had ever been taken
47
120000
2000
لا أعتقد أن أي صورة مثل هذه قد أخذت من قبل
02:20
before we had done this.
48
122000
2000
قبل أن نفعل نحن هذا.
02:22
And this is very important light to capture,
49
124000
3000
وهي إضاءة مهمة للغاية لإلتقاطها،
02:25
because this is the light that reflects off the first surface of the skin.
50
127000
2000
لأن هذه هي الإضاءة التي تعكس أو سطح للبشرة.
02:27
It doesn't get underneath the translucent
51
129000
2000
إنها لا تدخل في طبقات شفافة
02:29
layers of the skin and blur out.
52
131000
2000
تحت البشرة وغير واضحة خارجها.
02:31
And, as a result, it's a very good cue
53
133000
2000
وكنتيجة لذلك، فانها إشارة جيدة للغاية
02:33
to the detailed shape of the skin-pore structure
54
135000
3000
للشكل المفصّل لهيكل مسام الجلد
02:36
and all of the fine wrinkles that all of us have,
55
138000
2000
وكل التجاعيد الجيدة التي لدينا جميعاً،
02:38
the things that actually make us look like real humans.
56
140000
2000
الشئ الذي بالفعل يجعلنا نبدو كبشر حقيقيين.
02:40
So, if we use information that comes off of this specular reflection,
57
142000
4000
لذا، إذا استخدمنا هذه المعلومات التي تأتي من هذا المنظور
02:44
we can go from a traditional face scan
58
146000
2000
يمكننا الذهاب من مسح الوجه التقليدي
02:46
that might have the gross contours of the face and the basic shape,
59
148000
4000
الذي قد يكون مسحاً إجمالياً لمعالم الوجه والشكل الأساسي،
02:50
and augment it with information
60
152000
2000
وجمعها مع المعلومات
02:52
that puts in all of that skin pore structure and fine wrinkles.
61
154000
3000
التي تقدم كل ذلك الشكل لبنية الشكل والتجاعيد.
02:55
And, even more importantly,
62
157000
2000
والأهم من ذلك،
02:57
since this is a photometric process that only takes three seconds to capture,
63
159000
3000
لأن هذه عملية صور ضوئية تستغرق فقط ثلاث ثواني لإلتقاطها،
03:00
we can shoot Emily
64
162000
2000
فانه يمكن تصوير إيميلي
03:02
in just part of an afternoon,
65
164000
2000
في وقت ما بعد الظهر،
03:04
in many different facial poses and facial expressions.
66
166000
3000
في أوضاع مختلفة للوجه وتعابير الوجه.
03:07
So, here you can see her moving her eyes around, moving her mouth around.
67
169000
3000
لذا، هنا يمكنكم رؤيتها تحرك عينيها، وتحرك فمها.
03:10
And these we're actually going to use to create a photo-real digital character.
68
172000
3000
وسنستخدم هذه في الأساس لصنع صورة لشخصية رقمية حقيقية.
03:13
If you take a look at these scans that we have of Emily,
69
175000
4000
إذا أخذتم نظرة على هذه المسوحات التي لدينا لإيميلي،
03:17
you can see that the human face does an enormous amount of amazing things
70
179000
3000
يمكنكم رؤية أن الوجه البشري يقوم بكمية كبيرة من الأشياء المذهلة
03:20
as it goes into different facial expressions.
71
182000
3000
بينما تنتقل بين مختلف تعابير الوجه.
03:23
You can see things. Not only the face shape changes,
72
185000
3000
يمكنكم رؤية أشياء. ليس فقط أشكال الوجه تتغير،
03:26
but all sorts of different skin buckling and skin wrinkling occurs.
73
188000
4000
لكن كل أنواع البشرة المختلفة وتغيرات تجاعيد البشرة التي تحدث.
03:30
You can see that the skin pore structure changes enormously
74
192000
4000
يمكنكم رؤية تغيرات بنية مسام الجلد بشكل كبير
03:34
from stretched skin pores
75
196000
2000
من تمدد مسام البشرة،
03:36
to the regular skin texture.
76
198000
2000
إلى نسيج البشرة العادي.
03:38
You can see the furrows in the brow and how the microstructure changes there.
77
200000
3000
يمكنكم رؤية النتوءات في الجبين وكيف يتغير الشكل الصغير هناك.
03:41
You can see muscles pulling down at flesh to bring her eyebrows down.
78
203000
4000
يمكنكم رؤية العضلات تنتفخ عندما تسحب حاجبيها لأسفل .
03:45
Her muscles bulging in her forehead when she winces like that.
79
207000
3000
تنتفخ عضلات جبهتها عندما تجفل هكذا.
03:48
In addition to this kind of high-resolution geometry,
80
210000
3000
بالإضافة لهذا النوع من الهندسة عالية الدقة،
03:51
since it's all captured with cameras, we've got a great texture map to use for the face.
81
213000
4000
حيث أنها ملتقطة بالكاميرا، فأننا حصلنا على خارطة عظيمة لنسيج الوجه.
03:55
And by looking at how the different color channels of the illumination,
82
217000
2000
وبالنظر لكيف أن قنوات الألوان تختلف مع الإضاءة،
03:57
the red and the green and the blue,
83
219000
2000
فأن الأحمر والأخضر والأزرق،
03:59
diffuse the light differently,
84
221000
2000
تقوم بنشر الضوء بصورة مختلفة،
04:01
we can come up with a way of shading the skin on the computer.
85
223000
3000
يمكننا التوصل لهذه الطريقة لتظليل البشرة في الكمبيوتر.
04:04
Then, instead of looking like a plaster mannequin,
86
226000
3000
ثم، عوضاً عن أن تبدو مثل عارضة أزياء الجص،
04:07
it actually looks like it's made out of living human flesh.
87
229000
3000
فأنها تبدو مثل أنها مصنوعة من لحم بشري حي.
04:10
And this is what we used
88
232000
2000
وهذا ما أستخدمناه
04:12
to give to the company Image Metrics
89
234000
2000
لتزويد شركة أيميج ماتريكس
04:14
to create a rigged, digital version of Emily.
90
236000
3000
لصنع نموذج محاكاة رقمي لإيميلي.
04:17
We're just seeing the coarse-scale geometry here.
91
239000
2000
نحن لا نشاهد سوى هندسة خشنة النطاق هنا.
04:19
But they basically created a digital puppet of her,
92
241000
3000
لكنهم قاموا في الأساس بصنع دمية رقمية لها،
04:22
where you can pull on these various strings,
93
244000
2000
حيث يمكنكم سحب هذه السلاسل المختلفة،
04:24
and it actually moves her face in ways that are
94
246000
2000
وهي في الواقع تحرك وجهها بطرق
04:26
completely consistent with the scans that we took.
95
248000
2000
متناسقة بالكامل مع المسوحات التي أخذناها.
04:28
And, in addition to the coarse-scale geometry,
96
250000
2000
وإضافة للهندسة ذات النطاق الخشن،
04:30
they also used all of that detail
97
252000
2000
لقد أستخدموا كل تلك التفاصيل
04:32
to create a set of what are called "displacement maps"
98
254000
3000
لصنع مجموعة لما يسمى خرائط الإحلال
04:35
that animate as well.
99
257000
3000
التي تتحرك أيضاً.
04:38
These are the displacement maps here.
100
260000
2000
تلك هي خرائط الإحلال هنا.
04:40
And you can see those different wrinkles actually show up as she animates.
101
262000
3000
ويمكنك رؤية تلك التجاعيد المختلفة تظهر بينما تتحرك هي.
04:43
So the next process was then to animate her.
102
265000
2000
إذاً كانت الخطوة التالية هي تحريكها هي نفسها.
04:45
We actually used one of her own performances to provide the source data.
103
267000
4000
لقد أستخدمنا أحد عروضها لتكون مصدر البيانات.
04:49
So, by analyzing this video with computer vision techniques,
104
271000
3000
إذاً، بإستخدام هذا الفيديو مع تقنيات الرؤية بالكمبيوتر،
04:52
they were able to drive the facial rig
105
274000
2000
أستطاعوا إستخلاص تفاصيل الوجه
04:54
with the computer-generated performance.
106
276000
2000
مع عرض مصنوع بواسطة الكمبيوتر.
04:56
So what you're going to see now, after this,
107
278000
2000
إذاً ما سنراه هنا الآن، بعد ذلك،
04:58
is a completely photo-real digital face.
108
280000
2000
هو صورة لوجه رقمي بالكامل.
05:00
We can turn the volume up a little bit if that's available.
109
282000
2000
يمكنك رفع مستوى الصوت قليلاً إن كان ممكناً.
05:02
Emily: Image Metrics is a markerless, performance-driven animation company.
110
284000
4000
إيميلي: أيميج ماتريكس هي شركة رسوم متحركة بلا علامة تقوم على العروض.
05:06
We specialize in high-quality facial animation
111
288000
3000
نحن متخصصون في رسوم الوجه عالية الجودة
05:09
for video games and films.
112
291000
2000
لألعاب الفيديو والأفلام.
05:11
Image Metrics is a markerless, performance-driven animation company.
113
293000
4000
أيميج ماتريكس هي شركة رسوم متحركة بلا علامة تقوم على العروض.
05:15
We specialize in high quality facial animation
114
297000
3000
نحن متخصصون في رسوم الوجه عالية الجودة
05:18
for video games and films.
115
300000
3000
لألعاب الفيديو والأفلام.
05:21
Paul Debevec: So, if we break that down into layers, here's that diffuse component
116
303000
2000
باول ديبيفيك: إذاً، إن قمنا بتفتيت ذلك إلى طبقات، ها هي عناصر النشر
05:23
we saw in the first slide.
117
305000
2000
التي رأيناها في الشريحة الأولى.
05:25
Here is the specular component animating.
118
307000
2000
ها هي العناصر البراقة التي تتحرك.
05:27
You can see all the wrinkles happening there.
119
309000
2000
ها هي عناصر التجاعيد التي تحدث هناك.
05:29
And there is the underlying wireframe mesh.
120
311000
5000
وهناك تقع شبكة إطار التشبيك.
05:34
And that is Emily herself.
121
316000
2000
وهذه (اميلي) نفسها
05:36
Now, where are we going with this here?
122
318000
2000
الآن، إلى أين نذهب بهذا؟
05:38
We've gone a little bit beyond Light Stage 5. This is Light Stage 6,
123
320000
4000
لقد ذهبنا لأبعد من مرحلة الإضاءة الخامسة قليلاً. هذه مرحلة الإضاءة السادسة.
05:42
and we're looking at taking this technology
124
324000
2000
ونحن ننظر في أخذ هذه التكنلوجيا
05:44
and applying it to whole human bodies.
125
326000
2000
وتطبيقها على كل أجسام البشر.
05:46
This is Bruce Lawmen, one of our researchers in the group,
126
328000
2000
هذا هو "بروس لاومن" أحد الباحثين في المجموعة،
05:48
who graciously agreed to get captured running in the Light Stage.
127
330000
3000
الذي وافق بكل كرم على تصويره وهو يجري في خطوة الإضاءة.
05:51
And let's take a look at a computer-generated version
128
333000
2000
ولنلقي نظرة على النسخة المولدة بالكمبيوتر
05:53
of Bruce, running in a new environment.
129
335000
2000
لبروس، يعمل في بيئة جديدة
06:01
And thank you very much.
130
343000
2000
وشكرا جزيلاً لكم.
06:03
(Applause)
131
345000
1000
(تصفيق)
ABOUT THE SPEAKER
Paul Debevec - Computer graphics pioneerPaul Debevec's digital inventions have powered the breathtaking visual effects in films like The Matrix, Superman Returns, King Kong and The Curious Case of Benjamin Button.
Why you should listen
Called "Hollywood's Master of Light" by MIT's Technology Review, Paul Debevec leads the Graphics Laboratory at USC's Institute for Creative Technologies, where he directs the development of the Light Stage systems, which capture and simulate how people and objects appear in real-world illumination.
His work on lighting digital objects has been used in films like X-Men, The Golden Compass and Terminator: Salvation. He leads the design of HDR Shop, the first high-dynamic-range image editing program. He has collaborated with TEDster Golan Levin on an interactive art installation called Rouen Revisited.
Paul Debevec | Speaker | TED.com