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“數字虛擬人”堪比真人,“原力動畫”首次公開硬核科技

3 月全球上映的《阿麗塔:戰鬥天使》重燃了大眾對影視特效的討論。在中國,36氪發現了一股在國內做「超寫實人物動畫」的力量,原力動畫。

和影視科技教父詹姆士·卡梅隆監製的《阿麗塔》不同,“阿麗塔”使用了動作捕捉、表情捕捉和 CG 等技術,她的表情動作基於一個真實的人類演員;而原力持續開發的系統,是要跳過人類演員,讓計算機直接生成無限逼近人類、難辨真偽的虛擬演員。

數字虛擬人 圖像來自原力動畫

--“影視製作公司也要推小鮮肉了?”看到趙銳發來的小視頻,我很不解。

--“這是我們做的虛擬人,真實世界不存在。” 趙銳回復道。

再細看就震驚了,影像裡的人物,從細微表情、大幅度動作、皮膚質感,甚至到眼神都相當細膩傳神,用“以假亂真”來形容實不為過。

在原力動畫南京總部,36氪專訪了原力創始人 & CEO 趙銳,得到確切回應,該虛擬人形象是由計算機動畫創造的 ——經過近 3 年研發迭代,原力具備了完整的虛擬人生產流程,相對於研發之初的「高成本全部渲染模式」,已經實現了「低成本實時動畫」模式。據悉,這項研發成果的商用範疇,將突破影視圈,陸續落地金融服務、教育、醫療等領域。

一、硬核科技,驅動虛擬世界無限逼近真實

《聖經》舊約開篇,上帝依照自己的形象創造了人類,為其注入靈氣,於是人類可以行走坐臥、起心動念。類比這兩個步驟,原力研發虛擬人時也有類似的“操作”。

原力按照人體力學、生物學原力,搭建了整套模擬系統,包括最新的面部肌肉系統、全身肌肉系統、表演捕捉系統、以及面部動畫自動識別系統等。趙銳告訴36氪,“製作超寫實的虛擬人物數字影像,絕非幾個系統就能獨立完成,最核心的是用完整的生產流程,把不同的科技進行串聯,例如肌肉系統只是底層,上層需要數據來正確驅動肌肉的運動。讓各系統的數據連接、協同是整個技術的關鍵。”

趙銳透露,原力正在開發用機器學習算法來全面模擬人面部動作的自動動畫系統。可以設想,未來虛擬人的表情動作會更“自然”、“智能”甚至“自主”。

肌肉系統示意圖 圖像來自原力動畫

我們先說說「肌肉」系統。

人體的動作,是骨骼、筋膜和肌肉的運動效果呈現,不少 3D 形象之所以僵硬,是因為它們隻調動了骨骼做粗線條的移動。這不難理解,和人類「癱瘓」類似 —— 由於運動神經缺失,無法調動骨骼、肌肉運轉來作出指令動作。

怎麽讓動作指令能直達、調動每一寸肌膚?首先得有一套人體解剖學指導下的身體系統。

為了實現人物角色真實的肌肉效果 ,原力研發團隊搭建出了 147 根肌肉,來對應人體真實肌肉反應,再依次多環節解算,得到最終皮膚效果。

原理層面,他們將運動過程的實現分為五個階段:骨骼動畫,肌肉解算,筋膜解算 ,脂肪解算和皮膚解算(及皮膚與表情合並),通過連環反應,來“還原”真實肌肉的擠壓拉伸、滑動和抖動效果。

據了解,目前國內鮮有團隊將肌肉系統應用在人物、特別是人物面部動畫上。

其次是「3D 實時表情訓練系統」。

怎麽讓虛擬人的表情更細膩、真實?為此原力投入重金研發了自己的面部表情流程,可以理解為一個便捷、高效的人工智能 CG 表情系統。

它可以將「動力學解算生成的肌肉數據」,和人類 3D 圖像工程師「手工雕刻的數據」或者「掃描數據」轉化導入「表情控制器」,高效產出表情動作。舉例來說——

以往,數字形象每做一個表情動作,需要動畫、綁定、特效工程師配合完成,其中綁定(blendshape)的工作量最大,他們需要把一個連貫的表情切分到每一幀的動作,通常一個眨眼、微笑需要完成數百幀的工作量,大約一個人要工作數百個小時才能完成。

而原力基於肌肉的「facs 面部系統」,從數據結果倒推,通過神經網絡的計算方式反向計算回控制器,不需要綁定師再去設計 MAYA DAG、去連接到每個目標體裡,減少了多餘的層級和節點,以往 Hero 角色需要 1000 多個設計節點,現在只需要 300 個左右,且靈活度、順暢度,以及整體運算速度、製作效率成倍提升。且目前面部的肌肉效果已經可以在 unreal 引擎裡導出實時圖像。

數字虛擬人 圖像來自原力動畫

二、科技突破,推動影視工業效率提升

在虛擬人的視頻裡,我們看得到的層面,是一個讓人類驚異的虛擬人在呈現超寫實表演;我們看不到的層面,是計算機模擬人體各個系統的複合運算。

趙銳告訴36氪,“之前的技術,生成一個虛擬人需要半年以上的時間,應用原力自主研發的新技術後,初始角色製作可以縮短到一個月左右。

說起來駕輕就熟,其實虛擬人能呈現出流暢自然的效果,原力付出得是超過 50 人的科研團隊 5 年來的人像製作經驗、上千 TB 量級的數據積累,上萬小時的計算機運算訓練,和每年超過千萬元的軟硬體研發投入。

此外,據了解,原力成立以來,便開始系統性積累人像數據,這也是原力的壁壘之一。

過往項目中,數千小時的數據積澱,作為機器學習的樣本,是原力研發虛擬人技術的支撐。趙銳表示,“市面上除了原力,可能很難再找到數量如此龐大、完整的 3D 人像數據源。”

趙銳告訴36氪,“公司目前正在做的課題是「虛擬人的深度學習」,同樣需要把數據集,也就是學習素材提供給計算機。以往,虛擬人物的面部表情、長相,需要 3D 藝術家來做原畫、3D 模型。基於我們的數據,很快可以全部交給機器,讓機器模擬人類的思考過程、創造路徑,產出指定的形象、表情和動作。

“當然,計算機永遠是輔助人的,藝術家仍然是這個流程中的關鍵動力,但是未來藝術家的時間精力將得到釋放,可以從事更多更有創造性的工作。”

現在原力已經著手研發下一代 AI 和機器學習方案,希望計算機能根據指令特徵,數秒內生成上百個虛擬人的 AI 系統,並且後期內容製作能夠實時生成。

未來,計算機自動生成人像過程中,將加載上匹配角色特徵、人物性格設定、AI流程科技(如燈光、渲染等)等的複合系統,虛擬人的真實感和畫面的精細度,以及內容生產的智能化程度將成倍提升。當機器能夠規模化生產形象、性格設定各異的虛擬人時,商用的可能性將變得更加有趣。

三、數字虛擬人的商業應用場景

趙銳向36氪表示,關於虛擬人的商用,雖然大眾首先會聯想到虛擬偶像、虛擬演員等影視、遊戲產業的應用,但原力卻打算突破“影遊次元壁”。對話中他多次提到金融服務、教育、醫療等落地場景。

以金融場景為例,某大型銀行正在使用原力的技術,提供 3D 虛擬智能客服。由於金融服務有其特殊性,在客戶服務中對信任、安全、可靠的訴求比較高,對虛擬客服的要求也比較高,相對於人工拍攝錄製視頻、2D 卡通視頻,通過「AI 虛擬人」配合「AI 語音識別」來完成衣務,是行業正在發生的新變。

此外,聯想到《失控》作者凱文·凱利在對未來世界進行展望時提到的「鏡像世界」觀點,我們的視角將變得更廣闊。「鏡像世界」由耶魯大學計算機科學家大衛·蓋爾納特(David Gelernter)首次提出, 作家豪爾赫·路易斯·博爾赫斯(Jorge Luis Borges)也對此做過暢想。

不久的將來,現實世界中的每一個地方和事物 —— 每一條街道、每一個燈柱、每一棟建築物和每一個房間 —— 都會在鏡像世界中擁有它的全尺寸“數字孿生兄弟”。

鏡像世界不僅反映出事物的樣子,還反映出它的場景、意義和功能。

如果你也相信這些言論,原力的虛擬人技術就變得更有想象空間了。

我們每個人都需要一套虛擬世界的印照物,需要虛擬世界裡的自己和朋友,也就意味著每一個數字平台都需要 VR、AR 內容,原力正在研發的虛擬人技術能滿足以上兩大陣營對個性、多元的數字人像內容的需求。

對此,趙銳提到,隨著 5G 的推廣,高帶寬對內容將有更大的需求,他認為虛擬數字形象將可能成為未來最有潛力的「新一代人機互動界面」。

當然,在此之上,新世界的構建離不開 Google、微軟、HTC、IMAX 等平台級公司的科研推動。基於它們的技術突破,人類對“未來”設定的時間節點,可能會加速到來。

最後,為了便於大家快速了解「原力動畫」這家長期低調的公司,對其進行簡短介紹:

原力動畫 Original Force

成立於 1999 年,主要從事高科技數字娛樂內容創製,擅長人像數字內容的研發。也是國內最大的 3D 計算機動畫公司,國內已知的在科技領域投入最多的動畫公司之一。2016 年原力獲得了來自騰訊的過億元融資,目前該公司年收入規模近 4 億元。

其原創代表作有《媽媽咪鴨》, 製作的影視、遊戲作品包括《爵跡》《馴龍高手》《GTA》《戰神》《秘境探險》等多部作品。

原力總部位於南京,迄今在中、美、泰等國家設有分公司,業務覆蓋了影視相關的 IP 開發、項目投資、內容創製、技術研發、衍生授權、人才培養等領域。現有員工 1500 人,其中包含全球近千名 3D 動畫藝術家、工程師。創始人 & CEO 趙銳,SIGGRAPH(圖形學及互交技術協會)委員會成員,帶領團隊進行技術研發、戰略規劃,長期與索尼、夢工廠等國際頂級電影公司合作。

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注:我是36氪茉小莉,關注娛樂、消費領域的新鮮事,交流可加微信 Spontaneous-Literary,勞請備注姓名、公司、職位。

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