You are here

De flexibele virtuele huid van geanimeerde karakters

Ice Age, Shrek en Madagascar, slechts een paar voorbeelden van geanimeerde kaskrakers. Om de personages zo realistisch mogelijk te laten bewegen komt heel wat rekenwerk kijken. Hoe zorg je er voor dat wanneer een poppetje beweegt, zijn vel zo natuurlijk mogelijk meebeweegt, zonder dat het dagen rekenwerk kost? door Edda Heinsman

Hoe laat je het vel natuurlijk meebewegen, zonder dagen te rekenen?

Zhiping Luo werkt aan de virtuele huid van geanimeerde karakters. Hoe beweegt de huid van een arm die strekt, of de stof van een jas die wappert in de wind en hoe deukt een bal als je er tegen trapt? 'Op het moment wordt verbuiging van materiaal nog handmatig toegevoegd in animaties, dus het hangt af van de artistieke kwaliteiten van de maker hoe realistisch het er uit ziet', aldus Luo. 'Wij willen dit automatisch laten gebeuren. Zodat elastisch of buigzaam materiaal als kleding, maar ook planten of huid automatisch zo natuurlijk mogelijk meebeweegt met de beweging van het karakter.'

Interdisciplinair

Om zijn onderzoek uit te voeren moest de computer scientist zich ook buiten zijn vakgebied wagen. 'Menselijke anatomie en biomechanica, daar heb ik me helemaal in moeten verdiepen. Het is echt interdisciplinair werk.' Hij creëerde een virtueel drie dimensionaal mens, daarvoor gebruikte hij een polygon mesh om het karakter te simuleren. Om de huid op een anatomisch correcte manier te laten bewegen, modelleerde hij ook de onderliggende spieren en het skelet. 'Bot vervormt niet, maar huid en spieren wel. Het was een uitdaging om dit allemaal goed in het model te krijgen.' Maar het lukte Luo, zijn uiteindelijke karakter is niet alleen geschikt voor natuurgetrouwe animaties, het kan ook ingezet worden voor medische simulaties.

Door zijn zoektocht naar het zo realistisch mogelijk krijgen van de bewegingen van het karakter, begon Luo anders naar de wereld om hem heen te kijken. 'Ik leef in de realiteit, maar doe onderzoek in de virtuele wereld. Ik haal wel inspiratie uit de echte wereld. Toen ik net met dit onderzoek begon, leerde ik heel anders naar mensen te kijken. Als ik met ze sprak dacht ik: hoe bewegen je spieren nu onder je huid? Ik was echt gefascineerd door micro expressies, ik probeerde die ook echt te vangen in de virtuele wereld.'

Deel van gemodelleerd virtueel mens; huid, rood is spier, wit is bot.

Vervorming

Luo werkte niet alleen aan een anatomisch correct model, hij werkte ook aan het meer realistisch krijgen van vervormingen van objecten in het algemeen. Daarbij gaat het niet alleen om het modelleren van de beweging van de 'huid' van een object, maar ook om verandering van het totale volume. De huidige methodes houden daar weinig rekening mee. De meest gebruikte methodes zijn Linear Blend Skinning en Dual Quaternion Skinning. Luo ontwikkelde een nieuwe methode waarbij hij eerst de huid transformeerde naar voxels, een soort driedimensionale pixels. 'Vervolgens pas je de vervorming toe op de voxels, daardoor blijft het volume beter behouden. Het geeft een realistischer beeld en is bovendien niet langzamer dan de andere technieken.'

Luo versimpelde de bestaande methodes voor elastische deformatie. 'Dankzij mijn aanpassingen gaat de berekening een stuk sneller, waardoor het mogelijk wordt om het in computer games te gebruiken en niet alleen in de film. In games moet een karakter instantaan reageren, heel snel. Zijn kleding en huid moet dan op natuurlijke wijze meebewegen. Als dit te langzaam gaat, reageert je karakter traag en dat kan niet. Dat is denk ik het meest belangrijke geweest dat ik heb bereikt.'

Vrijheid

Voor zijn promotieonderzoek werkte Luo als onderzoeksassistent in Singapore. 'In Singapore ging het vooral om papers publiceren, hier is het onderzoek meer projectgeoriënteerd. Het is meer gericht op de praktijk en dat bevalt me wel. Bovendien heb je in Nederland meer vrijheid en de onderzoeksomgeving is vriendelijker.' Luo viel al vroeg voor het vak. 'Ik hield al van programmeren op de middelbare school. Ik houd ervan problemen op te lossen, dus koos ik voor computer science. Het leukst aan onderzoek doen is dat je een probleem hebt en weet welke techniek je moet gebruiken om het op te lossen. Dat is een ontzettend goed gevoel, je bedenkt de vraag en lost het ook zelf op.'

Minder leuk aan het onderzoek doen vond Luo het schrijven. 'Je moet alles wat je hebt gedaan zo opschrijven dat anderen die niet per se met hetzelfde onderwerp bezig zijn het ook snappen. Dat viel niet mee!' Lachend voegt hij toe: 'Als ik op een feestje vertel wat ik doe en het over 'huid' heb, denken mensen meteen dat ik een bioloog ben. Daar ben ik maar mee gestopt. Nu noem ik mezelf 'animation guy' en dat snapt iedereen.'

Hoewel het onderzoek doen hem – op een paar momenten van stress na - beviel, gaat Zhiping Luo verder in het bedrijfsleven. 'Het is lastig om op mijn onderzoeksterrein een plek te vinden aan de universiteit, maar in het bedrijfsleven in het buitenland zijn volop mogelijkheden.' Luo is in gesprek geweest met bedrijven als Disney, Double Negative en Crytek, maar waar hij uiteindelijk terecht komt en wat hij gaat doen, mag hij niet zeggen. 'Ik heb een non disclosure agreement getekend. Er waren diverse bedrijven waar ik terecht kon, maar dit was het interessantst.'

Zhiping Luo (1986) haalde zijn master computer science aan de South China University of Technology. Hij werkte hij als onderzoeksassistent aan de Singapore Management University en aan de Nanyang technological University. Bovendien werkte hij als software ontwikkelaar zowel in het bedrijfsleven als de universiteit van Illinois Urbana-Champaign. Februari 2012 begon hij zijn promotieonderzoek aan de Universiteit Utrecht. Onlangs promoveerde hij daar met het proefschrift Interactive Character Deformation Using Simplified Elastic Models. Zijn onderzoek werd deels gefinancierd door Commit, binnen het project VIEWW.