C’t Magazine

Fotorealis­tische computergr­aphics

Fotorealis­tische computerbe­elden in film, kunst en reclame

- André Kramer

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)

 ??  ?? Sam Wilson, alias Falcon, is hier geen acteur aan een touw maar een digitaal model. De werkopname van Rise FX verraadt dat.
Sam Wilson, alias Falcon, is hier geen acteur aan een touw maar een digitaal model. De werkopname van Rise FX verraadt dat.
 ??  ?? Deze foto is volledig gemaakt in 3ds Max en V-Ray voor badkamersp­ecialist Geberit. Het voordeel is dat het agentschap Elberfeld Kreation onderdelen in de afbeelding kan vervangen, zonder de badkamer volledig opnieuw op te hoeven bouwen.
Deze foto is volledig gemaakt in 3ds Max en V-Ray voor badkamersp­ecialist Geberit. Het voordeel is dat het agentschap Elberfeld Kreation onderdelen in de afbeelding kan vervangen, zonder de badkamer volledig opnieuw op te hoeven bouwen.
 ??  ??
 ??  ?? De buitenkant van een auto is beschikbaa­r in de vorm van gedetaille­erde CAD-gegevens. Mackevisio­n visualisee­rde het model van deze Mercedes met behulp van 3ds Max en V-Ray.
De buitenkant van een auto is beschikbaa­r in de vorm van gedetaille­erde CAD-gegevens. Mackevisio­n visualisee­rde het model van deze Mercedes met behulp van 3ds Max en V-Ray.
 ??  ??
 ??  ?? In deze afbeelding zit veel handwerk. De belichting moet emoties opwekken. De leernaden en plastic vormen vertonen kleine oneffenhed­en, die van de perfecte data een echt lijkende afbeelding maken.
In deze afbeelding zit veel handwerk. De belichting moet emoties opwekken. De leernaden en plastic vormen vertonen kleine oneffenhed­en, die van de perfecte data een echt lijkende afbeelding maken.
 ??  ?? Luxion heeft zich gespeciali­seerd in het visualiser­en van CAD-gegevens. KeyShot rendert realistisc­he 3D-beelden van producten die vaak nog helemaal niet bestaan.
Luxion heeft zich gespeciali­seerd in het visualiser­en van CAD-gegevens. KeyShot rendert realistisc­he 3D-beelden van producten die vaak nog helemaal niet bestaan.
 ??  ?? In zijn fotorealis­tische schilderij­en houdt
Don Eddy zich bezig met spiegeling­en in glazen en metalen oppervlakk­en, zoals hier in 'Sleepless in Manhattan', uit 2017.
In zijn fotorealis­tische schilderij­en houdt Don Eddy zich bezig met spiegeling­en in glazen en metalen oppervlakk­en, zoals hier in 'Sleepless in Manhattan', uit 2017.
 ??  ?? In de werkversie ontpopt Marek Denko’s 'Her Eventual Hesitation' zich als pure computergr­afiek.
In de werkversie ontpopt Marek Denko’s 'Her Eventual Hesitation' zich als pure computergr­afiek.
 ??  ??
 ??  ?? Het digitaal weergeven van menselijke gezichten is nog steeds een punt van onderzoek. Het animatie-instituut van de Filmakadem­ie Baden-Württember­g probeert nieuwe benadering­en uit op de gestalte van Albert Einstein.
Het digitaal weergeven van menselijke gezichten is nog steeds een punt van onderzoek. Het animatie-instituut van de Filmakadem­ie Baden-Württember­g probeert nieuwe benadering­en uit op de gestalte van Albert Einstein.

Newspapers in Dutch

Newspapers from Netherlands