Virtuelle Charaktere mit 3ds max

Inhalt

• Vorwort
• Grundlagen
• Modeling
  • Basics
  • Patches
  • Subdivision-Modeling
  • Nurbs-Modeling
  • 3D-Scanner
    • Head-Scanner
    • Full-Body-Scanner
    • Persönliches Fazit zum Modeling
• Character-Setup
• Secondary Motion
• Animation
• Downloads

Full-Body-Scanner

Weiter geht es mit dem nächst größeren Kaliber: dem Full-Body-Scanner. Diese Ausführung lässt so manchen Modeler verzückt die Augen schließen bei dem Gedanken daran, dass komplexe 3D-Modelle derart schnell und genau generiert werden können.

Der Unterschied zu dem im Vorfeld angesprochenen Head-Scanner liegt in der Automatisierung des Scan-Vorgangs - das jeweilige Objekt ist in einem Durchgang erfassbar. Um dies zu ermöglichen, wird der Einsatz von mehreren Sensoren aus unterschiedlichen Richtungen notwendig, da ein einzelner Sensor nur die ihm zugewandten Bereiche vermessen kann. Die Anzahl der verwendeten Sensoren hängt von der erforderlichen Auflösung und dem erforderlichen Scan-Volumen ab. Das komplette 3D-Objekt wird mittels eines automatischen Einmessvorgangs aus den einzelnen Bildfeldern berechnet.

Lichtschnittverfahren

Diese Methode nutzt eine Laserlinie als Lichtquelle. Mittels einer Videokamera wird aus einem definierten Winkel die Position der Laserlinie auf dem Objekt aufgenommen. Aufgrund des Triangulationswinkels (Winkel zwischen Kamera und Lichtquelle) und der festgelegten optischen Positionierung von Kamera und Beleuchtung kann die Position eines Profilschnitts in X- und Y-Richtung errechnet werden. Einfacher gesagt: Durch den bekannten Winkel ist es so möglich, die Position der Lichtlinie, also eine planare Scheibe des Objekts, zu berechnen. Um die Dreidimensionalität zu erreichen, wird die Lichtlinie in der Z-Richtung bewegt. Auf diese Weise wird die Kontur des Objekts Scheibe für Scheibe erfasst. Die dabei generierte Punktewolke besteht aus einer Vielzahl von Messpunkten, die jeweils über eine X-, Y- und Z-Koordinate verfügen. Der Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Lichtlinien hängt von der Verfahrensgeschwindigkeit des Sensors ab. Bei Verwendung einer Standard-Videokamera werden 50 Bilder und somit 50 Profilschnitte pro Sekunde und pro Lichtschnittsensor erzeugt.

Texturerfassung

Während des Scan-Vorgangs erfassen Farbkameras zeitgleich die Texturinformationen des Objekts. Voraussetzung hierfür ist, dass die Position der Farbkameras und der 3D-Oberfläche im Raum bekannt sind. Für jeden Bildpunkt der Farbkamera wird zunächst mit Hilfe einer Kalibrierung ein Sehstrahl berechnet. Mit Hilfe des Sehstrahls kann dann für jeden Punkt der entsprechende Ausschnitt aus der Textur ermittelt und somit 3D-Information mit Farbinformation verknüpft werden.

Eingesetzt wurde, als Repräsentant dieser Klasse, der Vitus Pro Full-Body-Scanner von der Vitronic Bildverarbeitungssysteme GmbH – dem deutschen Pendant zu Hollywoods bekannten Cyberware-Scannern. An dieser Stelle möchte ich mich ganz herzlich bei Vitronic, insbesondere bei den Herren Markus Maurer und Dirk Förtsch, für die freundliche und tatkräftige Unterstützung und das zur Verfügung gestellte Material bedanken.

VitusPro – technische Daten

Technische Daten
Anzahl der Triangulationskameras	30
Triangulationstyp	Doppelt
Gescannte Fläche	Elliptisch 1,2 m x 0,8 m
Gescannte Höhe	2,1 m
Auflösung in X	ca. 2 mm
Auflösung in Y	ca. 2 mm
Auflösung in Z	(typisch) 2 mm
Scan-Geschwindigkeit (abhängig von der Z-Auflösung)	21 Sek. (2 mm Z-Auflösung), 11 Sek. (4 mm Z-Auflösung)
Texture Map	Optional RGB
Strom	230 V, 50 Hz, 2500 W u.a.
Größe B x H x T	250 cm x 180 cm x 305 cm
Laser-Klasse: augensicher	Class-2, augensicher
Gewicht	1200 kg
Ausgabeformate	Wavefront
Preis	ca. 150.000 €

Der Scan-Vorgang als solcher ist schnell beschrieben: Man betritt das Messportal, nimmt eine Haltung mit leicht abgewinkelten Armen ein und ballt die Hände zu einer Faust. Dies hat den folgenden Hintergrund: Die Finger einer offenen Hand können aufgrund gegenseitiger Verdeckung nicht korrekt erfasst werden. Von da an übernimmt der Scanner die Arbeit.

Siehe hierzu “Scanablauf.mpg”.

Nach wenigen Sekunden ist der Scan bereits abgeschlossen. Die Bearbeitung der Punktewolke unterscheidet sich nicht wesentlich von den bereits angesprochenen Arbeitsschritten des Head-Scanners (siehe Scan-Vorgang mit einer Minolta Vivid 700). Die erhaltenen Rohdaten müssen zunächst grob bereinigt und anschließend als Obj-Objekt exportiert werden. Die Modellansicht in 3ds max ist verblüffend gut.

Bei genauerer Betrachtung stellen wir jedoch fest, dass während der Abtastung einiges an Details verloren gegangen ist. Um die Verdeckungsproblematik zu umgehen, wäre eine höhere Auflösung und/oder die Vermessung durch mehrere Scans vorteilhaft (siehe Head- Scans auf der CD) (Abbildung 7).

Als Nächstes müssen die abgebildeten Texturaufnahmen der 30 Kameras dem 3D-Modell zugewiesen werden (Abbildung 8).

Um diesen Vorgang nicht manuell ausführen zu müssen, kann während des Obj2Max- Import-Dialogs die entsprechende Material-Library (tex.mtl) angegeben werden.

Den verschiedenen IDs des 3D-Modells werden dann automatisch die jeweiligen Texturen zugeordnet (Abbildung 9).

Mein fertig texturiertes Alter Ego sieht dann wie in Abbildung 10 zu sehen aus.