Die realistische Mimik ist eine Herausforderung für Programmierer. Für einen natürlich wirkenden Eindruck müssen viele Faktoren zusammenspielen. Die Informatiker sammeln nun Gesichtsausdrücke in Datenbanken.
Stuttgart - Dem menschlichen Gesicht können 52 Muskeln sehr viele mögliche Ausdrücke verleihen. Unentwegt ändern sich im Gesicht daher Schattenwürfe, es bilden sich Hautfalten und verschwinden im nächsten Augenblick wieder, es entstehen Grübchen beim Lächeln, und die Haut bewegt sich mal in die eine und mal in die andere Richtung. Das alles in einer Computergrafik nachzuempfinden ist äußerst komplex, da bereits kleinste Abweichungen ein Gesicht künstlich erscheinen lassen.
Dabei hat die Technik in den vergangenen Jahren große Fortschritte gemacht, wie das Ende Oktober erscheinende Actionspiel „Assassin’s Creed: Unity“ zeigen wird. Es geht in dem Spiel um Verschwörung und Verrat zu Zeiten der Französischen Revolution – die gesamte Palette menschlicher Gefühlsausdrücke und -regungen ist daher von enormer Bedeutung für den Spielfluss. Hasserfüllte Augen und wutverzerrte Gesichter gehören zum Mienenspiel der virtuellen Protagonisten.
Für einen natürlich wirkenden Gesichtsausdruck müssen jedoch viele Faktoren exakt aufeinander abgestimmt sein. Bewegungen dürfen nicht kantig wirken. Poren, Leberflecken, Bartstoppeln oder Hautverunreinigungen müssen sich beim Sprechen natürlich mitbewegen. In den vergangenen Jahren wurde insbesondere mit Motion-Capturing-Verfahren gearbeitet, um naturgetreue Gesichter zu erzeugen. Hierbei werden einer Person Markierungspunkte engmaschig auf das Gesicht geklebt, und danach wird die Gesichtsmimik mit Kameras aufgezeichnet. Allerdings ist selbst bei enorm vielen Markern im Gesicht wegen der Vielzahl der möglichen Gesichtsausdrücke eine komplette Mimikerfassung nicht möglich.
Datenbanken für Gesichtsausdrücke
Das Max-Planck-Institut für Informatik arbeitet daher mit einem neuen Verfahren. „Um die 3-D-Geometrie eines Gesichts genau zu erfassen, nutzen wir eine sogenannte Lightstage“, erklärt Christian Theobalt, Leiter der Forschergruppe Graphics Vision & Video. Zusammen mit seinem Kollegen Thorsten Thormählen hat er das neue Prinzip entwickelt. Die Lightstage ist eine Kugel, auf der circa 160 Lichtquellen angeordnet sind und in deren Mitte sich das Gesicht eines Probanden befindet. „Diese Apparatur erlaubt es, das Gesicht unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen zu fotografieren, um so dessen Eigenschaften sehr genau zu erfassen“, erklärt Theobalt. Außerdem könne man weitere Faktoren wie etwa den Glanz der Haut ermitteln. Gegenwärtig arbeitet das Institut daran, eine Datenbank aufzubauen, die mit Lightstage vermessene Gesichter enthält. „Die resultierenden Modelle und deren Mimik sollen sich auf den ersten Blick nicht mehr von ihren realen Vorbildern unterscheiden“, sagt Theobalt.
Auch am Institut für Animation, Visual Effects und digitale Postproduktion der Filmakademie Baden-Württemberg beschäftigt man sich mit der Darstellung von Gesichtern am Computer. Volker Helzle und seine Kollegen haben im Laufe der Jahre einen Satz an Werkzeugen zur Gesichtsanimation entwickelt. „Der Weg von einem ruhigen, neutralen Gesicht hin etwa zu einem wutverzerrten Gesicht ist sehr kompliziert“, erklärt Helzle. Insbesondere die Augen- und Mundpartie stellen die Forscher vor große Herausforderungen. Dennoch: „Wir stehen heute ganz woanders als noch vor fünf Jahren“, sagt Helzle. „Derzeit bauen wir eine Datenbasis auf, in der viele Gesichtsausdrücke und ihre Abläufe hinterlegt sind.“
Vor allem in den Feinheiten liegt das Problem: Wut und Ekel führen zu ganz ähnlichen Gesichtsausdrücken, auch zwischen Erstaunen und Überraschung liegt nur ein schmaler Grat. „Mit unserem Baukasten sollen Programmierer künftig einfacher auf Animationen zugreifen können“, sagt Helzle. Eingesetzt wurde das Baukastensystem schon beim Computerspiel „James Bond: Ein Quantum Trost“.
Dass man schon heute realistisch erscheinende Gesichter erzeugen kann, beweist Jorge Jimenez, ein spanischer Programmierer für Echtzeitgrafik. Er hat sich auf die Haut des Menschen konzentriert und festgestellt: damit diese realistisch aussieht, müssen viele Faktoren zusammenspielen wie etwa die richtige Tönung und eine hochwertige Kantenglättung.