Fotorealistische computergraphics
Fotorealistische computerbeelden in film, kunst en reclame
De afbeelding hierboven is geen foto, maar een 'Computer Generated Image' (CGI), een afbeelding die volledig gemaakt is in een 3Dprogramma. Met deze afbeelding won de Tsjechische 3D-kunstenaar Marek Denko in november 2017 de Animago Award in de categorie Fotorealisme. CGI heeft een zo hoog niveau bereikt, dat een vluchtige blik nauwelijks voldoende is om te weten of je een foto of een gerenderde afbeelding ziet.
Denko's fotorealistische afbeelding, getiteld 'Her Eventual Hesitation', kwam
Steeds meer filmfragmenten, productfoto's voor catalogi en webpagina's ontstaan in een 3Dprogramma. De computerbeelden zijn intussen zo goed dat maar weinig mensen het verschil zien tussen opname en rendering. De designers en filmmakers proberen je niet te misleiden. Vaak zou er zonder deze visualisatie helemaal geen beeld zijn.
tot stand met de programma's 3ds Max, V-Ray en Photoshop (zie de link onderaan dit artikel voor een 'Making of'). 3ds Max is een programma voor 3D-modellering en animatie van Autodesk, dat onder andere wordt gebruikt voor films en games. Daarin modelleerde Denko de VW Transporter inclusief de bagage, de roest en het vuil heel minutieus. Hij wees daarna de kleuren en texturen toe en zorgde uiteindelijk voor het juiste licht. De renderplug-in V-Ray heeft van deze ruwe gegevens de uiteindelijke afbeelding gemaakt. Met deze
softwarecombinatie visualiseren agentschappen modellen als fotorealistische afbeeldingen. Ook film- en spelontwikkelaars werken ermee.
Fotorealisme in de kunst
Het fotorealisme ontstond als stijl in de schilderkunst in de late jaren '60 in de Verenigde Staten, in verzet tegen de abstracte kunst. Het doorbrak het taboe dat kunst de werkelijkheid niet één op één mag afbeelden. De fotorealisten kregen het verwijt dat ze alleen maar kopieerden en op basis van foto's alleen maar reproducties zouden maken. Niettemin trok en trekt de stroming een groot publiek, zie de tentoonstelling Hyperrealisme in de Kunsthal in Rotterdam. Veel fotorealisten specialiseren zich. Chuck Close schildert bijvoorbeeld gigantische portretten, Richard Estes etalageruiten, Ralph Goings Amerikaanse wegrestaurants, en John Salt en Don Eddy auto's.
Fotorealisten zijn gefascineerd door een zo natuurgetrouw mogelijke weergave van glanslicht en spiegelingen in een schilderij. Daarom spelen auto's en ramen, glas en metaal vaak een grote rol. Een recent voorbeeld is het schilderij 'Sleepless in Manhattan' van Don Eddy, uit 2017. Eddy ontwikkelt en bewerkt raw-foto's en maakt op basis hiervan schilderijen in meerdere lagen met verschillende kleuren en met behulp van een airbrush-pistool. Terwijl je aan het schilderij van Eddy wel kunt zien dat het om een schilderij gaat, is de afbeelding van Denko niet te onderscheiden van een foto.
Foto's uit de toekomst
Anders dan bij schilderijen is de kijker zich bij reclame en productafbeeldingen vaak niet bewust dat hij geen foto bekijkt. Auto-, elektronica- en andere fabrikanten publiceren al jaren door de computer geproduceerde beelden naast foto's, zonder dat ze op het verschil wijzen. Dat doen ze echter niet om te bedriegen. Vaak is er gewoon geen prototype beschikbaar voor een foto, maar wel een 3D-model in de vorm van CAD-gegevens. Op die manier kan bijvoorbeeld een hifiversterker alvast een plek in de catalogus krijgen lang voordat het eerste product van de band rolt. Complexe industriële machines zijn soms helemaal niet te bezichtigen omdat ze op bestelling gemaakt worden en direct geleverd.
Luxion, de maker van het programma KeyShot, heeft zich gespecialiseerd in de fotorealistische weergave van CAD-gegevens en de resultaten zijn verbluffend. "Je kunt nergens meer uit opmaken of je een foto ziet of een 3D-afbeelding", zegt Jens Heineck van Keyshot-verkooppartner Inneo Solutions. "Onze klanten visualiseren goedkope artikelen zoals schroeven, maar ook miljoenen kostende klokken, industriële machines, kranen, chocolade, sportartikelen, hoofdtelefoons, sieraden en speelgoed."
De modelspoorwegfabrikant Märklin gebruikt KeyShot om CAD-gegevens te bewerken voor de catalogus. "We maken prototypes voor een speelgoedbeurs. Dan is het net zo makkelijk om daarvan meteen een foto te maken voor de catalogus", zegt Michael Zauner van de ontwikkelafdeling van Märklin. "Maar bij tijdgebrek of als de overhead voor het produceren van een model te groot is, werken wij met KeyShot. Het doel is dat de afbeeldingen niet van de foto's te onderscheiden zijn." Een op de vijf foto's in de Märklin-catalogus is geen foto, maar een gerenderde afbeelding die naadloos past in het totaalbeeld. De gerenderde 3D-modellen van Märklin worden daarnaast gebruikt in Märklin AR, een
augmented-reality-app die de catalogusafbeeldingen op de smartphone weergeeft als 3D-model.
Bovendien kan fotorealistische visualisatie ook helpen tijdens de productontwikkeling. "Velen denken dat de afbeeldingen hoofdzakelijk geproduceerd worden voor reclame en marketing. Vaak worden ze echter gebruikt in de interne communicatie", zegt Heineck. De ruwe CAD-gegevens verraden maar in beperkte mate hoe een product eruitziet. Vaak communiceren de productontwikkelaars intern met 3D-modellen om kleuren, vormen en materialen uit te proberen en te kunnen beoordelen.
KeyShot rekent net als de al in het begin genoemde renderer V-Ray alleen op de cpu. Tot nu toe rekenen ook professionele aanbieders als de RebusFarm in Keulen nog met cpu's. Op termijn komt echter gpu-rendering in beeld. KeyShot communiceert via plug-ins met het 3D- of CAD-programma waarin het model aanwezig is. Na het importeren wijs je voorgedefinieerde kenmerken van materialen met drag&drop toe aan de individuele onderdelen van een 3D-model. Door dubbelklikken op de slablonen voor kunststoffen, metalen of diamanten kun je de instellingen aanpassen, bijvoorbeeld kleur of ruwheid. KeyShot ondersteunt Pantone en RAL-kleuren en oppervlaktestructuren zoals leer. Het programma biedt verschillende voorbeelden voor studiobelichting en instellingen voor positie en brandpuntsafstand van de virtuele camera. Als achtergrond kunnen ruimtelijke beelden van 360-graden-camera's gebruikt worden.
High-end-beelden: digitale auto's
De auto-industrie was een van de pioniers in de visualisatie van CAD-gegevens. Het bedrijf Mackevision visualiseert al 20 jaar 3D-modellen voor Mercedes. Ook toen was fotograferen al duur, want het ontwerpen van auto's is aan strikte geheimhouding onderworpen. Elke smartphone heeft een camera en foto's van de modellen worden vaak al gelekt vóór de presentatie. "Fotografie vraagt om strikte beveiligingsmaatregelen. Een auto vóór de presentatie in New York fotograferen is voor niemand betaalbaar", vertelt Christian Stoeckl, Art Director bij Mackevision.
Een voorproductiemodel maken (wat handwerk is!) en de aansluitende fotosessie kosten bij elkaar een bedrag met zeven cijfers. Gebruikmaken van CAD-gegevens is aanzienlijk goedkoper en geeft ook veel meer creatieve vrijheid. Mackevision werkt echter niet met KeyShot, dat is ontworpen met het oog op gebruiksgemak en snelle resultaten. Men werkt net als de al genoemde Marek Denko met 3ds Max en V-Ray als renderers en met Photoshop. Deze gereedschappen bieden aanzienlijk meer creatieve controle.
Alle details uitwerken en een auto zo goed mogelijk verkopen vraagt nog steeds het nodige handwerk, wat lonend is bij reclameopdrachten, waar alles er zo moet uitzien alsof het gefotografeerd is. Bij andere opdrachten gaat het om aantallen, bijvoorbeeld voor een configurator op de website.
Mackevision steeks vooral in het interieur veel handwerk omdat CAD-gegevens voor leer en hout niet bijzonder sprekend zijn. De autofabrikant gebruikt harde vormen voor de stoelen. Het leer dat erover wordt gespannen, is slechts een ondergeschikt deel van de gegevens. "Bij leer is het vreselijk belangrijk dat het kleine golvingen en ongelijke naden heeft. We hebben ook al eens stofdeeltjes in de naden
toegevoegd. Dat ging de klant te ver." Zo is er bij dergelijke onderdelen in de loop der jaren veel uitgeprobeerd. Je kunt stellen: hoe organischer het materiaal is, hoe lastiger het is om het goed realistisch weer te geven.
Autobouwers werken metalen delen tijdens het CAD-proces daarentegen minutieus uit. Op basis van deze gegevens wordt later immers geperst. Daar vult Mackevision materiaalkenmerken aan van de lak, zoals oneffenheden die ontstaan door de oppervlaktespanning, evenals kleine bobbeltjes en kuiltjes. "We hebben hulpmiddelen om kleine oneffenheden aan te brengen, zodat het er niet te perfect uitziet", verklaart Stoeckl.
Bij fotografie wordt net zolang gereinigd en gepolijst tot alles er perfect uitziet. 3D-kunstenaars proberen de gegevens juist een beetje onzuiverder te maken dan ze worden afgeleverd, omdat wiskundige perfectie CGI ontmaskert. "Je hebt zoveel creatieve vrijheid, dat je moet uitkijken om niet van fotorealisme af te glijden naar volkomen overdreven over-enscenering", zegt Stoeckl.
Meubelfoto's van de lopende band
IKEA kampte vanaf 2005 met een groot probleem. Het overweldigend aantal combinaties van vormen, materialen en kleuren van keukens en kasten kon met foto's alleen niet meer economisch afgebeeld worden. Alleen al daarvoor beschikt het bedrijf over een fotostudio van 8000 m².
CGI biedt de oplossing. De catalogus van de meubelwinkel is gemaakt op basis van klassieke studiofoto's en 3D-afbeeldingen. Alles begon in 2006 met de gerenderde foto van een stoel en in 2009 werden de meeste afbeeldingen in de catalogus nog steeds gefotografeerd. In 2017 heeft IKEA 33.000 afbeeldingen geproduceerd. Daaronder waren 26.000 productafbeeldingen en 7000 inrichtingsbeelden, collages en overige. IKEA verkoopt ongeveer 9000 artikelen, die gedeeltelijk van land tot land kunnen verschillen. Het kost niet alleen geld, maar ook tijd om artikelen van bijvoorbeeld Japan naar een fotostudio in Zweden te verzenden.
Vandaag de dag ontstaat 60 procent van de productfoto's in 3ds Max, vooral voor productreeksen met veel verschillende variaties, zoals Metod, Pax en Besta. Computerbeelden zijn bijzonder geschikt om productvarianten economisch weer te geven. Medewerkers fotograferen in de studio materialen zoals stoffen en hout om daarvoor texturen te maken. De database omvat meer dan 16.000 texturen voor de renderer V-Ray. Deze worden gecombineerd met een bibliotheek van 3D-modellen. IKEA maakt voor elk meubelstuk modellen in verschillende stadia van detaillering, van een heel ruw tot een zeer gedetailleerd model met vele kleine kuiltjes en plooien in het bankkussen. Deze bibliotheek omvat meer dan IKEA-keukens bevatten details, zoals lichtschakelaars en stopcontacten, die van land tot land verschillen. Daarom komen die uit het 3D-programma. 35.000 3D-modellen en er komen er dagelijks nog meer bij.
De 3D-ontwerpers maken tegenwoordig meer sfeervolle beelden met ook rook boven een koekenpan en water uit de kraan in 3D. IKEA heeft hulpmiddelen ontwikkeld om dingen te stapelen en gebruikt een 'aardbevingsmodus' om stapels borden, potten vol macaroni of potloden en dergelijke door elkaar te schudden, omdat in de artikelen in het echt ook nooit perfect uitgelijnd zijn. Alleen de mensen zijn altijd gefotografeerd.
Sfeervol ingericht
Sinds 2010 zijn de rendersystemen zo krachtig dat niet alleen grote bedrijven zoals IKEA, maar ook middelgrote bedrijven hun producten fotorealistisch kunnen weergeven. Het agentschap Elberfeld Kreation uit Wuppertal haalt voor autofabrikanten motorblokken virtueel uit elkaar en visualiseert interieurontwerpen voor onder andere badkamerleverancier Geberit.
Jan Kristian Vollmer, CEO bij Elberfeld Kreation, kwam via de planning en visualisatie van evenementen terecht bij de 3D-productie voor architectuur en autoindustrie. "We proberen een foto zo dicht mogelijk te benaderen. De klant moet een beeld krijgen van het bad dat hij krijgt, in plaats van alleen standaardfoto's te zien zoals op overzichtssites. Daarbij proberen we ook een goede sfeer mee te geven."
De visualisatie van CAD-gegevens met 3ds Max en V-Ray heeft twee grote voordelen. "Wij kunnen producten visualiseren voordat er prototypen zijn en wij kunnen onderdelen zoals badkamerarmaturen
omwisselen zonder de hele badkamer opnieuw op te hoeven bouwen", zegt Vollmer. De weergave in een 3D-programma is vooral op de lange termijn goedkoper dan fotografie.
Goedkope filmsets
Effectspecialisten in Hollywood werken al meer dan 100 jaar aan filmfragmenten die een illusie van echtheid nastreven terwijl ze niet realistisch zijn. De Engelse filosoof Samuel Taylor Coleridge bedacht daarvoor al in 1817 het begrip 'suspension of disbelief'. Daarbij is de kijker zich ervan bewust dat hij niet de werkelijkheid ziet, maar hij schort zijn twijfel op om zich mee te laten slepen door een fantastisch verhaal.
Maar niet alleen draken en ruimteschepen, ook alledaagse zaken als de skyline van het huidige New York ontstaan intussen vaak in CGI. In films zoals Avengers: Infinity War en Fast & Furious 8, maar ook in tv-producties zoals Dark en Babylon Berlin is het zelfs bij veel takes die filmisch op te lossen zijn goedkoper om met computerbeelden te werken (zie link onderaan).
Het Berlijnse bedrijf Rise FX werkte mee aan de visuele effecten in al deze producties. Voor de slotscène van Fast & Furious 8 heeft Rise FX een pull-back-shot gegenereerd van een dakterras in Manhattan naar de in de computer gegenereerde skyline. Delen van de Marvel-film Captain America: Civil War werden gefilmd in Atlanta, maar spelen eigenlijk in Lagos, Nigeria. "Het gaat om de kosten. Honderden mensen zouden voor soms maar een paar takes naar een ander land moeten gaan", legt VFX Executive Producer Florian Gellinger uit. "Maar als we twee maanden aan een film werken, is CGI goedkoper dan filmapparatuur en mensen van Londen naar New York te brengen."
Bovendien heeft het agentschap zo meer creatieve controle. In de studio's van Babelsberg werd de set voor Tom Tykwers tv-serie Babylon Berlin slechts opgebouwd tot de tweede verdieping. De rest bouwde Rise FX digitaal na, want er was geen locatie in Berlijn die er nog uitzag zoals ten tijde van de Republiek van Weimar. Hetzelfde geldt voor het Berlijn uit de koude oorlog, dat Rise FX liet herrijzen voor de film Codename U.N.C.L.E. van Guy Ritchie. "Babelsberg is bovendien niet zo groot als de boulevards van Berlijn, dus hebben we de overkant van de straat gewoon digitaal nog tien meter verplaatst", aldus Gellinger. "Dat spaart bouwkosten uit en we kunnen het voorbeeld accuraat weergeven." De film lijkt zo authentiek dat de kijker het gevoel heeft, dat hij op een geschikte plaats in Berlijn is opgenomen.
De laatste grens: de mens
Dode materie kan authentiek worden weergegeven op de computer. Gezichten overtuigend reproduceren in CGI is nog
onderwerp van studie. De kunstmatig verouderde Brad Pitt in Benjamin Button wordt beschouwd als een goed voorbeeld van de door de computer gegenereerde representatie van een mens. Ook omdat niemand weet hoe Brad Pitt er dan uit zal zien. Bij de verjongde Jeff Bridges in het vervolg van Tron, die fans nog kenden als een jonge man, ontstonden problemen bij gezichtsuitdrukkingen en beweging.
De in 2013 overleden Paul Walker werd in het in 2017 verschenen Fast & Furious 8 op een overtuigende manier digitaal ingezet. Het filmteam draaide met de broer van Paul Walker en verving later zijn hoofd. Van Walker bestonden gedetailleerde fotogrammetriefoto's, die een goede basis vormden. Van de in 1994 overleden Peter Cushing, die als Grootmoff Tarkin voor Rogue One opnieuw werd gerecreëerd, waren dergelijke foto's niet beschikbaar. Zijn weergave in de Star Wars-film Rogue One was dan ook ongeloofwaardig. De weefsels en spieren in het gezicht zijn moeilijk overtuigend aan te sturen. Afwijkingen van micrometers bederven de algemene indruk al. Voor de weergave van de huid is sub-surface scattering (zie kader) nodig, wat veel artistieke vaardigheid vraagt bij de lichtberekening.
De animatie van digitale gezichten werpt nog steeds onderzoeksvragen op, terwijl die bij technische objecten al lang zijn opgelost. Harde oppervlakken zijn exact bepaald. De lakafwerking van een auto heeft bepaalde reflectie-eigenschappen die zeer precies te meten en te reconstrueren zijn. Voor de realistische weergave van ogen en huid moet je echter veel dingen uitproberen, die afhankelijk van moeite en vaardigheid meer of minder overtuigen.
Prof. Volker Helzle is leider van de onderzoeksen ontwikkelingsafdeling van het instituut voor animatie van de Filmakademie Baden-Wuerttemberg en doet onderzoek naar de levendige en natuurgetrouwe weergave van de menselijke mimiek. "We weten heel precies hoe de gezichten van onze medemensen eruitzien. Vaak klopt er bij door de computer gegenereerde gezichten iets niet. Maar je kunt dan niet precies zeggen wat er aan scheelt en je kunt het daarom niet zo eenvoudig toepassen als een bumper bij een auto", zegt Helzle.
Het animatie-instituut heeft op de Siggraph Asia in november 2017 een voorstel gedaan voor 'gegevensondersteunde animatie'. Tot dusver geldt als standaard voor de animatie van gezichten de zogeheten blend-shape-animatie, die karakteristieke uitdrukkingen van een gezicht als 3Dtoestand registreert. Bij de scan glimlacht de acteur, trekt de linkerwang omhoog en daarna de rechterwenkbrauw. Bij animatie wordt lineair geïnterpoleerd tussen de twee toestanden. "En daar ligt het probleem", zegt Helzle. "De spiergroepen in het gezicht bewegen zich namelijk niet lineair. Wij hebben de details van de beweging bewerkbaar gemaakt."
Aan evaluatiegroepen werd bij verschillende varianten gevraagd welke er het geloofwaardigst uitzag. Het resultaat van het onderzoekproject is samengevat als een korte filmreeks over Albert Einstein en te zien op YouTube (zie de link onderaan op deze pagina).
Schone schijnwereld
Waar je vroeger alleen artikellijsten zag, laten gerenderde weergaven tegenwoordig zien hoe planken, schroeven en complexe machines eruitzien. In de bioscoop houdt CGI ons veel overtuigender bezig dan oudere technieken als stop-motion. Een geschoold oog kan computerbeelden nog van een foto onderscheiden, maar alleen in kleine nichegebieden als gezichtsanimatie, die een uitdaging zijn voor kunstenaars. Auto- en meubelfabrikanten hebben de perfectie bijna bereikt. Een schone schijnwereld. (mdt)