3D-Scanning liefert packende Effekte für Film und Fernsehen

Haben Sie sich jemals gefragt, wie eine Filmfigur in tausend Stücke zerbrechen, sich in ein Ungeheuer verwandeln oder von einem Dach springen und unversehrt auf beiden Beinen landen kann? 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. 

TNG hat unter anderem bei bekannten Hollywood-Blockbustern wie „Man of Steel“, „New Moon – Bis(s) zur Mittagsstunde“ und „Verblendung“ mitgewirkt. Heute gewährt das Team einen kleinen Blick hinter die Kulissen der Special-Effects-Branche.

3D-Scanning erobert die Filmbranche

„Mit 3D-Scanning kann der Regisseur mehr oder weniger machen, was er will“, erklärt der Gründer von TNG, Nick Tesi, der bereits seit 1986 in der 3D-Computergrafik arbeitet. „Wir befinden uns in einer neuen Ära des Filmemachens: Regisseure haben heute die Möglichkeit, bei der Entwicklung des Plots ihre Vorstellungen voll und ganz zu verwirklichen, weil sie jeden Gedankengang, jede Idee umsetzen können.“

In der Regel entscheidet jedoch der Visual Effects Supervisor, nicht der Regisseur, welche Mittel in einer Szene eingesetzt werden: Er legt fest, ob mit 3D-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 perfekt im Kasten ist.

Schon seit fünf Jahren arbeitet TNG mit den handgeführten 3D-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.

Digitale Double erstellen: So funktioniert’s

Um die Arbeit des 3D Modeler und des 3D Texture Artist zu erleichtern, werden zu Beginn des 3D-Scan-Prozesses Referenzbilder des Objekts oder der Person aufgenommen. Sie dienen auch der abschließenden Qualitätsprüfung, wenn das 3D-Objekt mit seinem realen Vorbild abgeglichen wird. Nach dem Einscannen des Objekts werden die 3D-Daten ausgerichtet und zusammengeführt. Die Zeit, die zur Verarbeitung der Daten benötigt wird, hängt dabei vor allem von der erforderlichen Auflösung ab.

Ist die Datenverarbeitung abgeschlossen, beginnt die Arbeit des 3D Modeler: Unter Zuhilfenahme der professionellen Fotoaufnahmen und der im 3D-Scan exakt erfassten Silhouette des Scan-Objekts erstellt er im ersten Schritt aus den vielen verschiedenen gescannten Bildern ein 3D-Modell, das er anschließend in ein 2D-Bild, die sogenannte UV-Map, auffaltet. Nur so kann der 3D Texture Architect im Folgenden 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 3D-Modell später aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten lässt.

Bewegungserfassung: Wie 3D-Modelle laufen lernen

„Als Unternehmen, das hauptsächlich 3D-Scans von menschlichen Körpern und Köpfen erstellt, war es nur logisch, auch den Bereich Motion Capture zu erschließen“, so 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. „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 3D-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 3D-Modell lebendig und echt wirken zu lassen. Insbesondere bei bekannten Schauspielern bedeutet die vollständige Ausarbeitung eines 3D-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 3D-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.

Die Zukunft ist digital

Mit fortschreitender Entwicklung der 3D-Scanning- und Modeling-Technologien wird es bald nahezu unmöglich sein, computeranimierte von echten Figuren zu unterscheiden. Wie bei den Videospielen wird auch bei Film und Fernsehen über kurz oder lang eine vollständige Digitalisierung stattfinden: Hintergrund, Vordergrundszenerie und Charaktere – alles könnte schon bald digital sein.

Der Grund: 3D-Scanning-Dienste und die entsprechende Ausrüstung werden, dank fallender Preise sowie Miet- und Serviceagenturen, immer erschwinglicher. Auch die Technologie wird kontinuierlich nutzerfreundlicher – längst sind keine Kenntnisse des gesamten 3D-Modellierungsprozesses mehr notwendig, um sie gezielt einzusetzen. Gleichzeitig wird die Qualität stetig besser. Es ist also sehr wahrscheinlich, dass auch Filmemacher außerhalb Hollywoods, etwa in Asien, Europa und Lateinamerika, dem Trend folgen und 3D-Scanning für visuelle Filmeffekte einsetzen.

Nick Tesi ist davon überzeugt, dass schon bald 90 bis 100 Prozent aller Filme, Werbespots und TV-Programme digital produziert werden. „Ehe man sichs versieht, gibt es einen riesigen Fundus digitaler Bilder, der in Form virtueller Bibliotheken der gesamten Branche zugänglich ist“, prognostiziert er. „Shows und ganze Filmprojekte werden komplett computergeneriert sein – von den Charakteren über die Waffen bis hin zu den Drehorten. Der Mensch wird nur noch via Motion Capture und Synchronisierung in Erscheinung treten.“

Anwenderbericht von TNG Visual Effects/Artec 3D