modelagem de face 3ds max

Modelagem Facial Foto-RealistaMarco Antonio de Azevedo Van Marc Motion Design Como modelar uma face humana foto-realista, 3D, a partir do software 3ds Max/Maya para utilizao em mdias de alta-definio.

Objetivos de aprendizado da sessoNesta palestra voc ir: Conhecer as etapas de uma produo de uma modelagem facial foto-realista Conhecer e entender as principais tcnicas de modelagem tradicional A importncia da fotografia na modelagem proposta A importncia de um estudo anatmico para a modelagem Conhecer a tcnica de modelagem vrtice-a-vrtice, seus benefcios, problemas e solues

Sobre o PalestranteNo mercado da CG a mais de 14 anos possui larga experincia em produo de vdeo, finalizao, composio e modelagem e animao 3D tendo trabalhado durante 11 anos na RBS TV, emissora de TV afiliada Rede Globo como Produtor Grfico e Diretor de Arte. Leciona sobre o contedo do software 3ds Max desde 2001, tendo trabalhado junto a um Centro de Treinamento Autorizado Autodesk no passado e mais recentemente abriu seu prprio ATC em Florianpolis nos segmentos de M&E e AEC. Tem dedicado seus estudos, desde a graduao em modelagem facial humana foto-realista e assim segue junto Universidade Federal de Santa Catarina aprimorando sua pesquisa na rea. Contato e-mail:

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Modelagem Facial Foto-Realista

Modelagem Facial 3D Foto-RealistaA modelagem facial 3D tem sido um assunto amplamente abordado e discutido em fruns, revistas, congressos, eventos, etc. no meio da CG. Apesar disso, quando o foco fotorealismo, a busca pela perfeio vai mais alm e, muitas vezes, o processo se torna penoso para o artista. Alcanar a forma exata da face de uma pessoa, se utilizando da modelagem tradicional, no uma tarefa fcil. fato que nos dias de hoje existem muitos recursos tecnolgicos para se conseguir certa preciso e uma melhor definio de malha 3D. O digitalizador 3D (scanner 3D), as mltiplas fotografias estereoscpicas apresentadas na SIGGRAPH em 2010, o projeto PhotoFly da Autodesk que se utiliza de fotos comuns para gerar um objeto 3D, entre muitos outros sistemas existentes no mercado, podem gerar uma malha 3D significativamente fiel ao objeto real captado. O que ocorre nesses processos que normalmente os dados gerados por esses dispositivos so de forma automtica e no produzem uma malha prpria para o uso em animao ou mdias de alta definio em funo de suas caractersticas aleatrias ou densas demais, da malha 3D. Uma opo interessante seria fazer a re-topologia da malha gerada por dados de um sistema digitalizador 3D no Autodesk MudBox por exemplo, mas ainda assim, por vezes esses processos so caros ou inacessveis para muitos porque dependem de outros equipamentos e no somente softwares. Por outro lado, na modelagem tradicional, utilizando-se de softwares como o Autodesk 3ds Max e o Autodesk Maya, consenso entre os autores a utilizao de fotos nos imageplanes ou em backgrounds como referncia para a modelagem. Nesse caso, comum o artista fazer adaptaes na face do modelo fotogrfico, a partir de softwares de edio e manipulao 2


de imagens digitais, para se adequar sua modelagem ou, de alguma forma, facilitar o processo. O resultado acaba sendo muitas vezes foto-real, porm diferente do objeto real, ou seja, a modelagem ficou at boa, mas no corresponde exatamente face da pessoa que foi utilizada como referncia da modelagem. Nessa sesso do AU Brasil 2011, Modelagem Facial 3D Foto-Realista, ser apresentada uma tcnica de modelagem facial, se utilizando da modelagem tradicional, onde o foco o realismo e a identificao com o modelo real. Tambm sero mostradas, de modo breve, outras tcnicas de modelagens auxiliares, utilizadas conjuntamente e algumas novidades da ferramenta Graphite Modeling do Autodesk 3ds Max. Tipos de Modelagens Tradicionais Na modelagem tradicional, fotos de frente e de lado da face de uma pessoa, so colocadas nos respectivos backgrounds do software como no Autodesk 3ds Max e imageplanes no Autodesk Maya para a referncia de modelagem e a partir da d-se incio ao processo de modelagem propriamente dito. Outras fotos podem ser utilizadas como texturas e referncia de animao. relativamente comum encontrar, nos tutoriais disponveis em sites e livros do meio da CG, tcnicas como: o Extruso de arestas: o artista, geralmente a partir de um plano, faz sucessivas extruses das arestas para formar o modelo. Box Modeling: possivelmente a modelagem mais conhecida e utilizada atualmente, parte de uma geometria primitiva, normalmente um Box para construir o modelo. Modelagem por SP-lines : linhas de splines so utilizadas como ancoragem de uma malha 3D a ser adicionada por modificadores. NURBS Modeling: modelagem a partir de superfcies e curvas NURBS.

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o Entre outras.

As etapas seguintes de um processo de modelagem esto relacionadas com a texturizao, mapeamento e renderizao. Freqentemente tem se usado os fantsticos recursos do Autodesk MudBox para criao de um normal map mais realista ou mesmo uma malha rica em detalhes. Fotos tambm so utilizadas para ajudar esculpir a malha no MudBox e, principalmente, elas so usadas diretamente nas texturas da pele e no material SSS (subsurface scattering). Sistemas de renderizao como o mentalRay e o iRay proporcionam shaders, luzes e uma ambientao realista, conferindo ao final trabalho uma imagem de alta definio com uma aparncia muito prxima ao que se obtm em excelentes imagens fotogrficas, isto , o foto-realismo.

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A Fotografia e Preparao das Imagens A modelagem proposta nessa sesso do AU Brasil 2011 no tem a inteno de ser chamada de a melhor ou a mais eficiente at porque seria muito difcil se medir um tipo de performance como essa onde a habilidade e experincia do artista definem, muitas vezes, questes de desempenho. O objetivo propor um mtodo pouco usual de modelagem destacando-se os pontos positivos, os negativos e os benefcios da ferramenta Graphite Modeling do software Autodesk 3ds Max quando aplicadas a essa tcnica que est sendo chamada originalmente de vertex-to-vertex modeling ou modelagem vrtice-a-vrtice. Para tanto, foram utilizados os estudos feitos pelo autor, em nvel de Mestrado, junto Universidade Federal de Santa Catarina e, a seguir, bem como na sesso do AU Brasil 2011, ser descrito parte do estudo. Usando o mtodo de modelagem tradicional, a primeira etapa obter as fotos, de frente e de lado do modelo da face. importante observar que os backgrounds ou as image-planes funcionam como puras de projees ortogrficas (projees perpendiculares s respectivas vistas de projeo) onde, na modelagem, se faz o processo inverso ao da geometria descritiva, ou seja, o modelo efetivamente construdo a partir das fotos. Isso significa que, a rigor, as fotos deveriam estar em projees ortogrficas tambm. Se falando de fotos, preciso subtrair, portanto, as distores ticas causadas pelas lentes. O estudo mostrou que as lentes Tele-Photo ou somente Tele (teleobjetivas), normalmente utilizadas para fotografar paisagens longnquas em ambiente abertos ou tambm como lente Macro para fotografar insetos e outros animais pequenos sem perturb-los, distncia, eram as lentes prprias para a fotografia de referncia da modelagem. Para este ensaio especfico foi utilizada uma cmera Canon EOS 5D Mark II com a teleobjetiva Canon EF 75-300mm f/4-5.6 IS USM a 300mm, ISO 100 e 21 Mpixel. Foi observado que lentes acima de 55mm j comeam a ter um grau de distoro menor. Outra preocupao era a posio da modelo, em relao cmera. As fotos de frente e de lado precisavam estar na mesma altura, numa diferena precisa de 90 graus de giro horizontal, sem rotao vertical ou horizontal da cabea nas respectivas posies.

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Figura 1: Foto de making off do ensaio fotogrfico.

Tendo em vista que o objetivo era reproduzir uma face humana em 3D, nos preocupamos tambm em reproduzir as condies de visualizao dessa face no 3D. Foi ento filmado e documentado todo o processo e tambm foram feitas medidas da distncia da cmera at o ponto focal da modelo, das alturas e etc. para determinar a posio da cmera 3D. Alguns aparatos de referncia de posio para a cabea foram utilizados.

Tudo para que o que era visto na foto, tambm pudesse ser reproduzido e visto no 3D. Outras fotos a 45 graus foram utilizadas como referncia extra e acabaram sendo de extrema importncia para o resultado final. Fotos para referncia de expresses faciais e fotos para texturas foram captadas em outros ensaios. Para as fotos de textura foi utilizada uma cmera Canon EOS 7D com uma lente de menor zoom.

Figura 2: Essa imagem mostra as 4 fotos selecionadas para a modelagem. A modelo est nos seus respectivos ngulos para referncia. As linhas azuis so guias de posio. A preciso das imagens foi quase perfeita e poucos foram os ajustes no Adobe Photoshop.

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Breve Estudo Anatmico

Figura 3: As fotos posicionadas no background do Autodesk 3ds Max 2012. So utilizadas fotos dos dois lados porque uma pessoa, por mais que parea, no possui uma simetria exata bilateralmente.

Aps configurar as fotos em background no 3ds Max, um breve estudo da anatomia e das expresses recomendado. Visando uma possvel utilizao em animao, o objetivo nessa parte do processo estabelecer as linhas de expresso facial, onde o artista precisar maior resoluo de malha para poder gerar tais linhas no 3D. importante verificar o sentido em que correm essas linhas para se estabelecer uma conexo direta entre foto e a malha 3D. Para tanto, foram utilizadas algumas fotos para referncia de expresses tambm. Jason Osipa, no seu livro intitulado Facial Modeling And Animation Done Right Stop Staring, prope que as linhas da malha sero as linhas de expresses no 3D e tambm separa a modelagem em partes menores, como a testa, a mscara dos olhos, nariz e a boca, orelhas, entre outras para depois conect-las. A Figura 4, abaixo, mostra em preto as linhas de expresso com setas indicativas do movimento executado para tal. Em vermelho, as reas a serem modeladas de forma independente.

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Figura 4: Fotos enfatizando as expresses faciais e as reas de modelagem.

A Modelagem Vrtice-a-Vrtice A modelagem vrtice-a-vrtice tem incio com uma geometria primitiva plane. A partir dele, so excludos todos os polgonos e se trabalha apenas com a criao e posicionamento de vrtices. Tendo como referncia precisa as fotos de fundo, fica fcil posicionar cada vrtice. Iniciando-se pelo olho, rapidamente se obtm uma forma inicial, mesmo que apenas com vrtices. J possvel ver seus contornos. De incio o trabalho aparenta ser penoso, mas algumas questes so importantes de serem consideradas: - Diferentemente do Box modeling, nesse processo a artista j pode ir definindo o grau de resoluo ou densidade da malha para cada rea do modelo 3D. Em teoria, aps o posicionamento e fechamento da malha, o modelo praticamente est pronto. Apenas ajustes da forma em pontos-cegos se fazem necessrios; - O fechamento da malha se d utilizando se as ferramentas do Graphite Modeling de fechamento rpido. No geral as ferramentas do Graphite Modeling, so excelentes para essa modelagem. - Dado o cuidado com a etapa de fotografia, no se faz necessrio o recurso de camera match, que cria

Figura 5: detalhe da modelagem.

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uma cmera virtual a partir da foto, pois os dados j foram colhidos, s passar esses dados para a cmera 3D e pronto, a cmera j est criada; - Tambm no se faz necessrio o uso de softwares adicionais para conferncia das dimenses da forma nos pontos-cegos, pois j se tm fotos controladas para essa referncia, basta posicionar ou criar uma nova cmera 3D numa nova posio cujos dados esto relacionados a alguma foto especfica e ajustar a malha conforme a foto de referncia. - A modelo gerado possui maior preciso e identificao com o modelo real.

Figura 6: Avanos na modelagem da mscara do olho.

Fatores negativos em relao aos outros tipos de modelagens e solues encontradas: - Demanda um ensaio fotogrfico mais apurado, algumas vezes mais custoso e trabalhado, gerando custos para a produo. A soluo est relacionada com o conhecimento tcnico de fotografia e disponibilidade dos equipamentos por parte do artista ou produtor das fotos. Em geral o custo de um ensaio como esse no alto quando se sabe o que quer da foto. - O tempo de produo, incluindo a modelagem, pode se tornar demasiado em certas circunstncias. A soluo est relacionada com o conhecimento tcnico e experincia do artista. Estabelecer padres e critrios pode facilitar o processo. - A dificuldade em estabelecer algumas posies iniciais de alguns vrtices pode ser um problema que pode levar a um retrabalho em algumas partes e conseqentemente h um

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tempo maior de modelagem. Para esse caso, a prtica levar a um conhecimento maior de localizao dos pontos e otimizao da malha. - A malha gerada ocasionalmente pode ficar com rugas ou depresses, isto , pode no ficar limpa e uniforme tendo em vista que cada ponto foi colocado manualmente. Em geral essas depresses e rugas na malha esto presentes no modelo real e so benficos para um maior realismo. preciso identificar e selecionar o que est em conformidade com o modelo real e o que precisa ser retirado como um defeito na modelagem. Neste ltimo caso as ferramentas do Graphite Modeling so de enorme importncia e normalmente conseguem solucionar muito satisfatoriamente a totalidade dos problemas, de forma bastante rpida.

Figura 7: Quatro vistas do 3ds Max. As duas vistas inferiores so de cmeras do 3ds Max nas posies da cmera original com o efeito de clipping planes ativo e animado para conferir cada rea do rosto.

Nessa sesso do AU Brasil 2011 voc ver algumas ferramentas do Graphite Modeling para fechar, ajustar e corrigir a malhar 3D. Concluda a modelagem, ajustes finais nas propores so realizados com base nas demais fotos de outros ngulos. Fotos captadas a 45 graus normalmente complementam bem esta etapa (Figura 7). A textura de extrema importncia e tambm tem base nas fotos. Uma orientao UVW gerada a partir do UVW Unwrap e o fluxo de trabalho 3ds Max > MudBox > 3ds Max para se extrair os mapas de displace, bump e normal complementam o acabamento. Uma srie de mapas gerada para dar cor, semelhana pele, salincias, brilho, etc. 9


Figura 8: Seqncia de mapas utilizados no modelo. Utilizando o renderizador mental Ray junto com o shader subsurface scattering fast skin+displacement, possvel obter bons resultados com uma configurao de render predefinida e luzes fotomtricas. Concluso A tcnica apresentada facilita a modelagem cujo resultado esperado demanda preciso da forma. A forma orgnica da face torna a modelagem especialmente mais difcil e trabalhosa para qualquer das tcnicas empregadas, porm a modelagem vrtice-a-vrtice pode contribuir com aspectos de preciso principalmente em reas de maior detalhamento e forma mais complexa.

Figura 9: Alguns Renderings finais e um print screen da viewport no centro.

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Figura 10: Render Final

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Figura 11: Testes de Rendering alterando sutilmente os nveis de branco do Overall Diffuse Map.

Nota do Autor Algumas bibliografias so sugeridas para complementar seu estudo sobre modelagem facial foto-real. Abaixo o autor lista algumas delas

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Bibliografias

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DERAKHSHANI, Dariush; DERAKHSHANI, Randi L. Autodesk 3ds Max 2012 Essentials ed. Sybex, Compyrigth Junho 2011 by Wiley Publishing Inc., Indianapolis, Indiana. Publicado simultaneamente no Canad. ISBN: 978-1-1180-1675-6 FEDOR, Paul. et. al. CREATIVE ESSENCE THE FACE ed. Ballistic Publishing. First Edition published in Australia 2007 by Ballistic publishing. Limited Edition Collectors edition ISBN: 1921002-36-0 dartiste CHARACTER MODELING ed. Ballistic Publishing. First Edition published in Australia 2005 by Ballistic publishing. Limited Edition Collectors edition ISBN: 1-921002-12-3 AZEVEDO, Marco Antonio de. ANLISE DE MODELAGEM 3D VIRTUAL DE PERSONAGEM FOTO-REALISTA Marco Antonio de Azevedo Florianpolis 2005. Ix, 108p. Trabalho de Concluso de Curso Sistema Barddal de ensino. Faculdades Barddal de Artes Aplicadas Curso de Design Programao Visual. OSIPA, Jason Facial Modeling and Animation Done Rigth STOP STARING Second Edition ed. Sybex, Compyrigth 2007 by Wiley Publishing Inc., Indianapolis, Indiana. Publicado simultaneamente no Canad. ISBN-13: 978-0-471-78920-8 CG SOCIETY web site: www.cgsociety.org

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modelagem de face 3ds max

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