Paul Debevec animates a photo-real digital face

Paul Debevec animiert ein fotoreales digitales Gesicht.

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2009-10-20 ・ TED


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Paul Debevec animates a photo-real digital face

Paul Debevec animiert ein fotoreales digitales Gesicht.

86,222 views ・ 2009-10-20

TED


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Übersetzung: Juan Lobeto Lektorat: Wolf Ruschke
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One of the biggest challenges in computer graphics
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Eine der größten Herausforderungen in der Computergrafik
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has been being able to create a photo-real,
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war es, ein fotoreales
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digital human face.
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menschliches Gesicht herzustellen.
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And one of the reasons it is so difficult is that, unlike aliens and dinosaurs,
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Und einer der Gründe, warum dies so schwierig ist, ist, dass wir im Gegensatz zu Aliens und Dinosaurier
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we look at human faces every day.
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jeden Tag menschliche Gesichter sehen.
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They are very important to how we communicate with each other.
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Sie sind sehr wichtig für unsere Kommunikationsweise.
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As a result, we're tuned in to the subtlest things
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Deshalb reagieren wir auf die kleinsten Details,
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that could possibly be wrong with a computer rendering,
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die möglicherweise falsch durch den Computer generiert sein könnten,
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in order to believe whether these things are realistic.
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wenn es um deren glaubwürdige Realistik geht.
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And what I'm going to do in the next five minutes
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In den nächsten fünf Minuten werde ich
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is take you through a process
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Sie durch einen Prozess führen,
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where we tried to create a reasonably photo-realistic computer-generated face,
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in welchem wir versucht haben, ein fotorealistisches computergeneriertes menschliches Gesicht herzustellen,
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using some computer graphics technology we've developed,
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mit Hilfe von Computergrafik-Technologie, die wir entwickelt haben,
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and also some collaborators at a company called Image Metrics.
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und mit Hilfe einiger Mitarbeiter einer Firma namens Image Metrics.
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And we're going to try to do a photo-real face
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Wir werden versuchen, ein fotoreales Gesicht
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of an actress named Emily O'Brien, who is right there.
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einer Schauspielerin namens Emily O'Brien, die genau dort ist, herzustellen.
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And that's actually a completely computer-generated rendering of her face.
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Dies hier ist übrigens eine ausschließlich computergenerierte Bildsynthese ihres Gesichts.
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By the end of the talk, we're going to see it move.
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Im Laufe der Vorführung werden wir sehen, wie es sich bewegt.
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The way that we did this is we tried to start with Emily herself,
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Wir taten dies, indem wir versuchten mit Emily selbst zu beginnen, die so liebenswürdig war,
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who was gracious enough to come to our laboratory
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zu uns ins Labor in Marina del Rey zu kommen
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in Marina Del Rey, and sit for a session in Light Stage 5.
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und für eine Session in der Lichtbühne 5 zu posieren.
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This is a face-scanning sphere, with 156 white LEDs all around
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Das ist ein Bereich, der das Gesicht mit 156 weißen LEDs rundherum scannt,
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that allow us to photograph her
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was uns erlaubt, Sie in einer Folge von
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in a series of very controlled illumination conditions.
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sehr kontrollierten Beleuchtungskonditionen zu fotografieren.
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And the lighting that we use these days looks something like this.
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Und die Beleuchtung, die wir heutzutage brauchen, sieht ungefähr so aus.
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We shoot all of these photographs in about three seconds.
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Wir machen all diese Fotos in ungefähr drei Sekunden
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And we basically capture enough information
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und fangen grundsätzlich genügend Information mit Hilfe von
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with video projector patterns that drape over the contours of her face,
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Videoprojektoren-Mustern ein, welche die Konturen ihres Gesichtes drapieren,
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and different principle directions of light from the light stage,
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2000
und mittels verschiedener prinzipieller Richtungen von Licht von der Lichtbühne,
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to figure out both the coarse-scale
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2000
um die groben und feinen Details
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and the fine-scale detail of her face.
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der Dimensionen ihres Gesichts herauszufinden.
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If we zoom in on this photograph right here,
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Wenn wir genau in dieses Foto hier hineinzoomen,
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we can see it's a really nice photograph to have of her,
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2000
können wir sehen, dass dies ein schönes Foto von ihr ist,
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because she is lit from absolutely everywhere at the same time
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4000
denn Sie wird von absolut überall gleichzeitig beleuchtet,
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to get a nice image of her facial texture.
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2000
sodass wir ein schönes Bild ihrer Gesichtsstrukturen erhalten.
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And in addition, we've actually used polarizers on all the lights --
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Zusätzlich haben wir eigentlich bei allen Lichtern Polarisierer gebraucht.
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just like polarized sunglasses can block
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So wie polarisierte Sonnenbrillen
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the glare off of the road,
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2000
die Blendung durch die Straße verhindern können,
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polarizers can block the shine off of the skin,
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116330
2000
können Polarisierer das Glänzen der Haut verhindern,
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so we don't get all those specular reflections to take this map.
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118330
3000
sodass wir in der Aufnahme keine spiegelnden Reflektionen erhalten.
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Now, if we turn the polarizers around just a little bit,
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121330
2000
Wenn wir nun die Polarisierer nur ein wenig umdrehen,
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we can actually bring that specular reflection
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2000
können wir jene spiegelnde Reflektion der Haut
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of the skin back in,
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2000
wieder zurückbringen,
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and you can see she looks kind of shiny and oily at this point.
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3000
und Sie können sehen, dass sie an dieser Stelle etwas glänzend und ölig aussieht.
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If you take the difference between these two images here,
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Wenn man den Unterschied zwischen diesen beiden Bildern hier nimmt,
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you can get an image lit from the entire sphere of light
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2000
kann man eine Aufnahme erhalten, die nur von der Lichtsphäre
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of just the shine off of Emily's skin.
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3000
des Glanzes der Haut von Emily beleuchtet ist.
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I don't think any photograph like this had ever been taken
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Ich glaube nicht, dass jemals solch ein Foto gemacht wurde,
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before we had done this.
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2000
bevor wir es gemacht hatten.
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And this is very important light to capture,
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142330
3000
Es ist sehr wichtig, dieses Licht zu erfassen,
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because this is the light that reflects off the first surface of the skin.
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denn es reflektiert die erste Oberfläche der Haut.
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It doesn't get underneath the translucent
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2000
Es geht nicht unter die lichtdurchlässige Schicht
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layers of the skin and blur out.
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2000
der Haut und verschwimmt.
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And, as a result, it's a very good cue
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2000
Daher ist dies ein sehr guter Hinweis auf
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to the detailed shape of the skin-pore structure
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die detaillierte Form der Hautporen-Struktur
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and all of the fine wrinkles that all of us have,
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156330
2000
und auf all die feinen Falten, die wir alle haben,
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the things that actually make us look like real humans.
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158330
2000
eben das, was uns eigentlich menschlich aussehen lässt.
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So, if we use information that comes off of this specular reflection,
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160330
4000
Wenn wir also die Information nutzen, die von dieser spiegelnden Reflektion kommt,
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we can go from a traditional face scan
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2000
können wir mit einem traditionellen Gesichtsscan beginnen,
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that might have the gross contours of the face and the basic shape,
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166330
4000
der die groben Konturen des Gesichtes und die Grundform wiedergibt,
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and augment it with information
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2000
und ihn durch diejenige Information ergänzen,
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that puts in all of that skin pore structure and fine wrinkles.
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172330
3000
welche die ganze Poren-Struktur und alle feine Falten einbezieht.
02:55
And, even more importantly,
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175330
2000
Was noch wichtiger ist,
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since this is a photometric process that only takes three seconds to capture,
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177330
3000
da dies ja ein fotometrischer Prozess ist, den man in nur drei Sekunden erfassen kann:
03:00
we can shoot Emily
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180330
2000
wir können Emily in einem Zeitraum von
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in just part of an afternoon,
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182330
2000
weniger als einem einzigen Nachmittag
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in many different facial poses and facial expressions.
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184330
3000
in mehreren verschiedenen Gesichtsposen und -ausdrücken aufnehmen.
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So, here you can see her moving her eyes around, moving her mouth around.
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187330
3000
Hier kann man sehen, wie sie ihre Augen und ihren Mund bewegt.
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And these we're actually going to use to create a photo-real digital character.
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190330
3000
Beides werden wir hauptsächlich brauchen, um einen fotorealen, digitalen Charakter zu kreieren.
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If you take a look at these scans that we have of Emily,
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193330
4000
Wenn Sie einen Blick auf diese Scans werfen, die wir von Emily haben,
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you can see that the human face does an enormous amount of amazing things
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197330
3000
können Sie sehen, dass das menschliche Gesicht eine riesige Menge von erstaunlichen Dingen ausdrückt,
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as it goes into different facial expressions.
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200330
3000
indem es verschiedene Gesichtsausdrücke annimmt.
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You can see things. Not only the face shape changes,
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203330
3000
Man kann erkennen, dass sich nicht nur die Gesichtsform verändert,
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but all sorts of different skin buckling and skin wrinkling occurs.
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4000
sondern dass auch alle möglichen verschiedenen Falten auftreten.
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You can see that the skin pore structure changes enormously
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4000
Man kann sehen, dass sich die Poren-Struktur enorm verändert,
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from stretched skin pores
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von gestreckten Poren bis hin zu einer
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to the regular skin texture.
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regelmäßigen Hautstruktur.
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You can see the furrows in the brow and how the microstructure changes there.
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3000
Sie können die Furchen in den Augenbrauen sehen und wie sich dort die Mikrostruktur verändert.
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You can see muscles pulling down at flesh to bring her eyebrows down.
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221330
4000
Sie können Muskeln sehen, die das Fleisch herunterziehen, um ihre Augenbrauen zu senken,
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Her muscles bulging in her forehead when she winces like that.
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225330
3000
und ihre Muskeln, die an ihrer Stirn herausragen, wenn sie so zusammenzuckt.
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In addition to this kind of high-resolution geometry,
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228330
3000
Zusätzlich zu dieser Art von Geometrie mit hoher Auflösung,
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since it's all captured with cameras, we've got a great texture map to use for the face.
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231330
4000
erhalten wir, da ja alles mit der Kamera erfasst wird, eine großartige Aufnahme der Strukturkarte, die wir für das Gesicht brauchen.
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And by looking at how the different color channels of the illumination,
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235330
2000
Indem wir uns ansehen, wie die verschiedenen Farbenkanäle der Beleuchtung,
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the red and the green and the blue,
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237330
2000
der rote und der grüne und der blaue,
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diffuse the light differently,
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2000
das Licht unterschiedlich streuen,
04:01
we can come up with a way of shading the skin on the computer.
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241330
3000
können wir auf eine Lösung kommen, wie man die Haut im Computer schattieren kann.
04:04
Then, instead of looking like a plaster mannequin,
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244330
3000
Dann sieht sie, anstatt einer Gipspuppe zu gleichen,
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it actually looks like it's made out of living human flesh.
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247330
3000
so aus, als wäre sie von lebendigem, menschlichem Fleisch.
04:10
And this is what we used
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250330
2000
Dies war es, was wir
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to give to the company Image Metrics
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252330
2000
der Firma Image Metrics zur Verfügung stellten,
04:14
to create a rigged, digital version of Emily.
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254330
3000
um eine manipulierte, digitale Version von Emily zu erschaffen.
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We're just seeing the coarse-scale geometry here.
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257330
2000
Hier sehen wir gerade die grobskalige Geometrie.
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But they basically created a digital puppet of her,
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259330
3000
Im Grunde aber hat man eine digitale Puppe von ihr erschaffen,
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where you can pull on these various strings,
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262330
2000
bei der man an diesen verschiedenen Fäden ziehen kann,
04:24
and it actually moves her face in ways that are
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264330
2000
und tatsächlich bewegt das ihr Gesicht so, dass
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completely consistent with the scans that we took.
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266330
2000
es vollständig konsistent ist mit den Scans, die wir aufgenommen haben.
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And, in addition to the coarse-scale geometry,
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268330
2000
Zusätzlich zur grobskaligen Geometrie
04:30
they also used all of that detail
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270330
2000
wurden all diese Details auch dazu verwendet,
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to create a set of what are called "displacement maps"
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272330
3000
eine Reihe von sogenannten "Verformungskarten" zu erstellen,
04:35
that animate as well.
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275330
3000
die ebenfalls animierend wirken können.
04:38
These are the displacement maps here.
100
278330
2000
Diese hier sind diese "Verformungskarten".
04:40
And you can see those different wrinkles actually show up as she animates.
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280330
3000
Man kann sehen,dass diese verschiedene Falten auftauchen, sobald sie animiert wird.
04:43
So the next process was then to animate her.
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283330
2000
Daher bestand der nächste Schritt darin, sie zu animieren.
04:45
We actually used one of her own performances to provide the source data.
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285330
4000
Wir verwendeten hauptsächlich einen ihrer eigenen Auftritte als Datenquelle.
04:49
So, by analyzing this video with computer vision techniques,
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289330
3000
Indem man dieses Video mit Computervision-Techniken analysierte,
04:52
they were able to drive the facial rig
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292330
2000
konnte man die Gesichtsanimation
04:54
with the computer-generated performance.
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294330
2000
mit der computergenerierten Tätigkeit vornehmen.
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So what you're going to see now, after this,
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296330
2000
Was Sie jetzt gleich sehen werden, ist also ein
04:58
is a completely photo-real digital face.
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298330
2000
vollständiges, fotoreales, digitales Gesicht.
05:00
We can turn the volume up a little bit if that's available.
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300330
2000
Wir können die Lautstärke erhöhen, falls dies möglich ist.
05:02
Emily: Image Metrics is a markerless, performance-driven animation company.
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302330
4000
Emily: Image Metrics ist eine markenfreie, leistungsgesteuerte Animationsfirma.
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We specialize in high-quality facial animation
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306330
3000
Wir sind auf Gesichtsanimation von hoher Qualität
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for video games and films.
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309330
2000
für Videospiele und Filme spezialisiert.
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Image Metrics is a markerless, performance-driven animation company.
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311330
4000
Image Metrics ist eine markenfreie,leistungsgesteuerte Animationsfirma.
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We specialize in high quality facial animation
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315330
3000
Wir sind auf Gesichtsanimation von hoher Qualität
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for video games and films.
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318330
3000
für Videospiele und Filme spezialisiert.
05:21
Paul Debevec: So, if we break that down into layers, here's that diffuse component
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321330
2000
Paul Debevec: Wenn wir dies in Schichten zerlegen, haben wir hier das diffuse Bestandteil,
05:23
we saw in the first slide.
117
323330
2000
das wir im ersten Dia gesehen haben.
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Here is the specular component animating.
118
325330
2000
Hier animiert der spiegelnde Bestandteil.
05:27
You can see all the wrinkles happening there.
119
327330
2000
Man kann da all die Falten sehen, die entstehen.
05:29
And there is the underlying wireframe mesh.
120
329330
5000
Und hier ist das zugrundeliegende Drahtgitter-Geflecht.
05:34
And that is Emily herself.
121
334330
2000
Und dies ist Emily selbst.
05:36
Now, where are we going with this here?
122
336330
2000
Wohin wird uns all dies führen?
05:38
We've gone a little bit beyond Light Stage 5. This is Light Stage 6,
123
338330
4000
Wir sind ein bisschen über Lichtbühne 5 hinaus gegangen. Dies ist Lichtbühne 6.
05:42
and we're looking at taking this technology
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342330
2000
Und wir haben vor, diese Technologie zu übernehmen
05:44
and applying it to whole human bodies.
125
344330
2000
und auf den ganzen menschlichen Körper anzuwenden.
05:46
This is Bruce Lawmen, one of our researchers in the group,
126
346330
2000
Das ist Bruce Lawmen, einer unserer Forscher in der Gruppe,
05:48
who graciously agreed to get captured running in the Light Stage.
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348330
3000
der liebenswürdigerweise damit einverstanden war, fotografiert zu werden, während er in der Lichtbühne herumlief.
05:51
And let's take a look at a computer-generated version
128
351330
2000
Zum Schluss noch ein Blick auf das computergenerierte Modell von Bruce,
05:53
of Bruce, running in a new environment.
129
353330
2000
das in einer neuen Umgebung umherläuft.
06:01
And thank you very much.
130
361330
2000
Vielen Dank.
06:03
(Applause)
131
363330
1000
(Applaus)
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