SIGGRAPH 2008: На подходе к фотореализму

Автор: Андрей Письменный

SIGGRAPH 2008 - прошедшее на прошлой неделе в Лос-Анджелесе мероприятие, посвящённое компьютерной графике и интерактивным технологиям. На нём свои разработки представляли боле 230 компаний со всего мира. Чтобы охватить всё показанное, пришлось бы, наверное, писать не статью, а книгу, но прочесть её с интересом могли бы лишь настоящие специалисты по компьютерной графике. Мы же выбрали лишь несколько технологий, восхищаться которыми можно без каких-либо специальных знаний.

Photosynth

Разработчики из Microsoft Labs продемонстрировали технологию Photosynth, позволяющую реконструировать трёхмерное представление объекта по его фотографиям. После того, как Photosynth сравнит снимки и присвоит им трёхмерные координаты, пользователь может рассматривать запечатлённый на них объект как трёхмерную модель.

В качестве примеров на видео демонстрируются достопримечательности, сотни раз снятые разными людьми с разных ракурсов. Используя обширную базу снимков Photosynth позволяет не только разглядывать объект со всех сторон, но и приближать, чтобы рассмотреть детали (если имеются соответствующие снимки) и даже заходить внутрь зданий - фотографии интерьера будут представлены в виде максимально целостной панорамы.

Конечно, случайные снимки имеют свои недостатки - они сделаны при различном освещении, разными объективами и так далее. Но Photosynth старается справиться и с этим - отличает дневные кадры от ночных, корректирует цвета и даже перспективу (если имеется настоящая трёхмерная модель объекта). В результате - фантастический эффект, сочетающий в себе и трёхмерную графику и фотореализм.

Unwrap Mosaics

Unwrap Mosaics - ещё одна технология, разработанная в Microsoft Labs. Она позволяет вносить изменения в видео таким образом, чтобы они сопоставлялись с движущимися или деформирующимся плоскостями. Простой пример - на камеру снято лицо говорящего человека, причём оператор обходит его по кругу, а камера слегка подрагивает в его руках. Unwrap Mosaics позволяет пририсовать к этому лицу усы, и добавить их прямо в видео.

Анализ отснятого материала позволяет составить некое подобие разворота поверхности трёхмерного объекта. На этот разворот и наносятся новые элементы. Затем изменённые пользователем области снова сопоставляются с кадрами на видео и нарисованное как бы встраивается в изначальную картинку. Возможности Unwrap Mosaics велики, но не безграничны. В демонстрационном ролике показаны примеры, когда технология оказывается неприменимой - к примеру, если на видео запечатлены слишком сложные объекты или фон чересчур расплывчат. Впрочем, в последнем случае, алгоритму можно помочь, вручную выделив нужные области.

Hair Photobooth

Причёска - один из элементов, который сложнее всего воспроизвести в виде компьютерной графики. Даже достаточно сложные и проработанные модели часто снабжают схематическим изображением причёски, не пытаясь воспроизвести ту сложнейшую структуру, которую люди носят на своих головах в реальной жизни. Разработка Adobe Systems и Массачуссетского технологического института может помочь исправить этот недостаток.

Чтобы изучить устройство шевелюры, учёные использовали шестнадцать камер, 150 источников света и три проектора. На основе анализа двух с половиной тысяч получившихся кадров, были составлены алгоритмы, способные с достаточной точностью воспроизвести изначальное изображение. Каждая такая реконструкция содержит более ста тысяч отдельных прядей. Этого вполне достаточно, чтобы получить практически фотореалистичное изображение причёски, которая будет правильно смотреться под любым углом и при любом освещении.

Пока что не охваченными, увы, остаются длинные шевелюры и более сложные причёски нежели просто равномерно растрёпанные волосы. Анимация, создаваемая на основе предложенной модели тоже выглядит не очень убедительно, так что разрешённой шевелюрную проблему назвать никак нельзя. Но наличие продвижения в этом направлении не может не радовать.

Real-time raytracing в исполнении Nvidia

О том, что метод трассировки лучей скоро можно будет использовать для отрисовки картинки в режиме реального времени, говорят в последнее время немало. Похожими разработками занимается и AMD и Intel, а теперь к ним присоединилась и Nvidia, причём на нынешнем SIGGRAPH компания продемонстрировала свои наработки вживую.

Трассировка лучей позволяет просчитывать освещение сцены, используя настоящие законы оптики, что даёт возможность получать самые настоящие тени (включая тени, которые объекты отбрасывают сами на себя) и отражения. Именно так делаются все трёхмерные ролики, но их обсчёт происходит мягко говоря не "на лету". Если же трассировку лучей научатся производить в реальном времени, то технология станет доступна и в компьютерных играх и других приложениях. Не удивительно, что геймеры ждут её появления с затаённым дыханием.

Пока что, правда, рядовой геймер такую систему позволить себе не сможет. В случае с Nvidia для демонстрации использовалась графическая станция NVIDIA Quadro Plex 2100 D4 Visual Computing System - система с четырьмя графическими процессорами общей стоимостью более 10 тысяч долларов. Она выводила на экран изображение с разрешением 2560 на 1600 пикселей, со скоростью около 30 кадров в секунду. Этого вполне достаточно для игр, если учесть, что такое высокое разрешение использовать вовсе не обязательно. Вполне возможно, что уже через пару лет подобных результатов смогут достичь топовые потребительские видеокарты, а ещё через какое-то время и все остальные.