Кинематографическое качество детализации человеческой кожи в играх

За прошедшее десятилетие компьютерные технологии добились намного большего, чем ожидалось, но они все же зашли в тупик, когда вопрос коснулся биологических особенностей тела. Любые попытки создать цифровую версию человеческого лица заканчивались не особо реалистичными изображениями, которые не позволяют верить в происходящее. Неприятный феномен, известный как сверхъестественное освещение, все еще преследует большинство электронных игр и компьютерных фильмов. Несмотря на это, команда под руководством Абхейта Гоша и Пола Дебевец из Университета Южной Калифорнии (USC) разработала новый способ получения виртуальных лиц даже более реальными, исключая описанный ранее феномен. Секрет технологии кроется в очень глубокой работе с человеческой кожей.

Человеческий мозг очень точно настроен на то, чтобы понимать, что в данные момент представляет собой человеческое лицо. Черты лица генерируют очень важные сигналы для мозга человека и их отсутствие приводит к отрицательному восприятию виртуального объекта. В простейшем случае речь идет о движении мышц лица вокруг глаз или вокруг губ в момент разговора. Наука уже давно изучила механику данных движений, но команда из USC обратила внимание на другой, не менее важный компонент человеческого лица – кожу.

Оказалось, что моделирование отражения света на коже является очень сложной работой, так как структура кожи, само по себе, является очень сложной. Она состоит из различных неровностей, пор, родинок и волосяного покрова, особенно когда владелец кожи приближается к среднему возрасту. Когда эти детали кожи теряются, она не выглядит реалистично и мы окунаемся в область фантомных изображений, как бы реалистичны не были движения мимики лица. С помощью новой технологии, разработанной USC, удается намного реалистичнее эмулировать поверхность кожи. Для этого используется сразу несколько способов, самые важные из которых связаны с игрой света.

Каждый источник отраженного света на коже делится на четыре луча, – один из которых отражается от эпидермиса, а три других проникают в слой кожи на разную глубину и рассеиваются. В результате удается получить более реалистичный блеск кожи с естественными тенями.

Для того, чтобы заставить технологию реально заработать, команда разработчиков прибегла к расширению уровня детализации кожи. Используя специальный сканер, Глош и Дебевец получили снимки человеческой кожи с высочайшим разрешением (щеки, подбородок и лоб). Каждый пиксель полученного изображения соответствует площади кожи в 10 квадратных микрометров. При такой детализации самые маленькие неровности кожи будут описаны только тремя пикселями.

Данные сканы используются для получения невероятно детализованных 3D изображений кожи. Будучи скомбинированным с новым способом освещения, результат получается просто фантастическим. Сеть CGI изображений пор и узелков кожи позволяет придать виртуальному лицу реалистичности, с естественными бликами света на нем.