3-D-Scanning So entstehen die Effekte für Film und Fernsehen

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Mit einem digitalen Double können Regisseure Figuren oder Gegenständen antun, was sie wollen. So ein Double entsteht unter anderem mit einem 3-D-Scanner. Wir haben für Sie hinter die Kulissen geschaut.

Mit dem 3-D-Modell kann der Regisseur machen, was er will.
Mit dem 3-D-Modell kann der Regisseur machen, was er will.
(TNG)

In einem Film ist das alles kein Problem: Eine Filmfigur wird in tausend Stücke zerbrechen, verwandelt sich in ein Ungeheuer oder springt von einem Dach, um unversehrt auf beiden Beinen zu landen.

Ohne Unternehmen wie TNG Visual Effects wären solche Stunts undenkbar. Mit den Scannern Artec Eva und Artec Spider erzeugt TNG 3D-Modelle von Figuren und Requisiten, die in Film und Fernsehen auf spektakuläre Weise explodieren, zerspringen oder sich verwandeln.

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Ein Blick hinter die Kulissen der Filmstudios: „Mit dem 3-D-Scanning kann der Regisseur mehr oder weniger machen, was er will“, erklärt der Gründer von TNG, Nick Tesi, der bereits seit 1986 in der 3-D-Computergrafik arbeitet.

In der Regel entscheidet jedoch der Visual Effects Supervisor, nicht der Regisseur, welche Mittel in einer Szene eingesetzt werden: Er legt fest, ob mit 3-D-Scanning gearbeitet wird oder nicht.

Dabei spielt das Budget eine große Rolle. Ist es eher begrenzt, entscheidet sich der Supervisor womöglich für praktische Effekte – was bedeutet, dass tatsächlich ein Haus oder Auto gesprengt wird, statt eine komplette computeranimierte Szene zu erzeugen.

Kostengünstiger ist diese Variante allerdings nur, wenn gleich die erste Aufnahme perfekt gelingt. Muss die Szene erneut gedreht werden, kann schnell viel Geld verloren gehen. Arbeitet die Filmcrew dagegen mit dem digitalen Double eines Schauspielers, einer Requisite oder Figur, können problemlos mehrere Takes gedreht werden – solange, bis die Szene im Kasten ist.

So entsteht ein digitales Double

Schon seit fünf Jahren arbeitet TNG mit den handgeführten 3-D-Scannern von Artec 3D: Dabei wird Artec Eva meist für Kopf und Körper verwendet; während Artec Spider sich gut für das Scannen von Requisiten und Nahaufnahmen des Körpers eignet, die eine besondere Detailgenauigkeit erfordern.

Um die Arbeit des 3-D Modelers und des 3-D Texture Artists zu erleichtern, werden zu Beginn des 3-D-Scan-Prozesses Referenzbilder des Objekts oder der Person aufgenommen. Sie dienen auch der abschließenden Qualitätsprüfung, wenn das in 3D erstellte Objekt mit seinem realen Vorbild abgeglichen wird.

Nach dem Einscannen werden Daten ausgerichtet und zusammengeführt. Die Zeit, die zur Verarbeitung der Daten benötigt wird, hängt dabei vor allem von der erforderlichen Auflösung ab.

Nach der Datenverarbeitung beginnt die Arbeit des 3-D-Modeler: Zum Einsatz kommen professionelle Fotoaufnahmen und die im 3-D-Scan exakt erfassten Silhouette des Scan-Objekts.

Im ersten Schritt wird aus den vielen verschiedenen gescannten Bildern ein 3-D-Modell erstellt, das er anschließend in ein 2-D-Bild umgewandelt wird. Nur so kann der 3D Texture Architect die geometrischen und materiellen Feinstrukturen des Objekts einarbeiten.

Im nächsten Arbeitsschritt, dem Texture Mapping, legt der Texture Artist die Texturen auf die Flächen des Objekts und übermalt die UV-Nähte, die durch das Auffalten entstanden sind.

Wieder zurück beim 3D Modeler arbeitet dieser während des sogenannten Sculpting noch weitere feine Details heraus. Nach der Fertigstellung des Modells werden die Normal- und Displacement-Maps generiert, damit sich das 3-D-Modell später aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten lässt.

Wenn die Bewegung erfasst wird

„Als Unternehmen, das hauptsächlich 3-D-Scans von menschlichen Körpern und Köpfen erstellt, war es nur logisch, auch das Motion Capture zu erschließen“, sagt Tesi. Mit der Motion-Capture-Technik werden statische, unbelebte Objekte in Bewegung versetzt:

Dabei wird zunächst die Oberfläche der Haut und der Kleidung einer Person eingescannt. „Nach Zusammenführung der Daten werden die UV-Maps aufgefaltet und neu vernetzt, um sie für das Texturieren vorzubereiten“, erläutert Tesi.

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„Anschließend versehen wir das Modell mit einem Skelett aus Knochen und Gelenken, so dass die Figur in Bewegung versetzt werden kann. Diesen Vorgang nennen wir ‚Rigging‘“.

Nachdem das Skelett in „die Haut“ des computergenerierten Doubles eingefügt wurde, erfolgt die Gewichtung.

In diesem Prozess wird bestimmt, welcher Anteil der Oberfläche von jedem einzelnen Gelenk bewegt wird. Hat man die perfekten Gewichtungen erreicht, lassen sich realistische Bewegungsabläufe simuliert.

Um Gelenke zu animieren, ohne die Gelenke selbst aufzunehmen, wird ein Drahtgittermodell erzeugt, das über Marker an den Gelenken mit dem Modell verknüpft ist. Auf diese Weise kann der Animator einen 3-D-Charakter einfacher und intuitiver zum Leben erwecken.

Nach der Animation wird das Video Bild für Bild in einem als „Renderfarm“ bezeichneten Computernetzwerk gerendert, um eine endgültige Darstellung zu erhalten.

Dem digitalen Double Leben einhauchen

Doch Bewegung allein reicht nicht aus, um ein 3-D-Modell lebendig und echt wirken zu lassen. Insbesondere bei bekannten Schauspielern bedeutet die vollständige Ausarbeitung eines 3-D-Doubles viel Aufwand: Man muss Gesichtsausdruck, Haare und Kleidung erzeugen sowie die richtige Beleuchtung festlegen.

Gleichzeitig gilt es sicherzustellen, dass die digitale Figur dem Schauspieler auf das Haar gleicht, damit die Übergänge fließend wirken. Soll beispielsweise der Hauptdarsteller ein digitales Double erhalten, muss viel Zeit auf den Abgleich zwischen Kopie und Original verwendet werden.

Schließlich ist er oder sie lange und deutlich auf dem Bildschirm zu sehen. Natürlich gibt es auch Figuren, die in einigem Abstand zur Kamera oder nur sehr kurz auftauchen. Für eine perfekte Illusion beanspruchen die Ausarbeitung der Details und der Abgleich in diesen Fällen weitaus weniger Zeit.

Dabei sind es vor allem drei Aspekte, die laut Tesi ein gutes 3-D-Double ausmachen: Zunächst einmal muss die Figur echt wirken. Der Aufbau des Körpers und das Aussehen der Haut müssen denen einer realen Person entsprechen.

Vom Haar bis zur Kleidung muss jedes Detail natürlich erscheinen. So natürlich, dass es dem Zuschauer unmöglich ist, den echten Darsteller vom virtuellen Charakter zu unterscheiden. Im Idealfall denkt er nicht einmal darüber nach, dass es nicht der Schauspieler selbst sein könnte, der in der aufregenden Action-Szene zu sehen ist.

Die zweite Komponente ist die vollständige Körperanimation. Man sollte darauf achten, wie sich die Figur bewegt – ob sie steif, ruckartig, zeitlich versetzt oder gar schwebend wie ein Astronaut auf dem Mond geht. Jede Bewegung muss fließend sein und der Situation entsprechen, wie bei ihrem realen Pendant.

Last but not least: Die Gesichtsanimation muss realistisch wirken. Jeder von uns ist in der Lage, in Sekundenbruchteilen die Gefühle und das Befinden aus einem Gesicht abzulesen, doch in 3D müssen diese Gefühle erst erzeugt werden.

Eine unrealistische Mimik kann alles verderben, insbesondere tote, ausdruckslose Augen mit starrem Blick. Neben dem Ausdruck spielen auch die Proportionen eine wichtige Rolle: Augen sollten daher so detailgetreu wie möglich nachgebildet werden, insbesondere die Augenwinkel. Dasselbe gilt für den Mund und die Ohren. Auch Größe und Form der Nase sind wichtig; selbst die Nasenlöcher müssen korrekt, nämlich asymmetrisch platziert sein.

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