Perspectief voor de tekenfilm

Promovendus Jan Cees Sabel stelde het systeem op de proef in Mortal Kombat 2.

Tekenfilms zijn van oudsher een ambachtelijk product. Voor een paar minuten film moeten duizenden cellen met de hand worden ingekleurd en gefotografeerd. Een tijdrovend karwei, dat door de komst van de computer een stuk makkelijker is geworden. Toch blijft het maken van de animatie zelf mensenwerk: natuurlijke bewegingen laten zich nu eenmaal moeilijk vangen in starre software.

Het zou het mooiste zijn als de bewegingen van een acteur rechtstreeks zouden kunnen worden gekoppeld aan een cartoonfiguur. De flexibiliteit van de computergraphic met de levendigheid van een echt persoon. En laat dat nou precies zijn wat het Precision movement analysis system (Primas) doet. Dit systeem voor bewegingsanalyse is ontwikkeld bij de sectie signaalverwerking van Technische Natuurkunde, maar was aanvankelijk ergens anders voor bedoeld.

,,Eigenlijk wilden we er de menselijke beweging mee meten voor medische toepassingen”, vertelt ir. J.C.Sabel, die 22 februari op zijn aandeel in Primas promoveert. Dit meetsysteem gebruikt een aantal camera’s om de driedimensionale bewegingen van objecten vast te leggen, en dat kunnen zowel mensen als windturbines zijn. Bijvoorbeeld om de revalidatie van patiënten te analyseren of rotorbladen te optimaliseren.

Wat het systeem voor de lens krijgt is om het even. Dat ziet namelijk alleen een set markers, reflecterende bolletjes ter grootte van een bonbon die op het hoofd, lichaam en de ledematen van een acteur zijn bevestigd. Dit levert een bewegende puntenwolk op, een tafereel dat honderd keer per seconde wordt geregistreerd door twee tot zes camera’s. Daarna volgt de omzetting in computercoördinaten, waarmee de driedimensionale beweging digitaal is vastgelegd.

Sabel: ,,Eenvoudig gezegd meet je van die bolletjes de ruimtelijke positie, en als je daar lijntjes tussen trekt heb je al een simpel draadmodel van de beweging.” Deze informatie kan later worden ingevoerd in een grafisch werkstation, dat daar elk gewenst fantasiefiguur omheen kan renderen.
Kussen

Voor het zover is moet Primas echter eerst geijkt worden: het systeem kan de puntenwolk anders niet goed interpreteren. ,,Om de coördinaten van zo’n bolletje te kunnen bepalen, moet je namelijk de posities van de camera’s weten ten opzichte van een van te voren bepaald assenstelsel”, aldus Sabel. En de camera’s zelf vervormen het beeld ook nog, afhankelijk van het gekozen diafragma en de scherpte. De meeste vertekening wordt daarbij veroorzaakt door delens. ,,Dat levert vaak een kussenvormige afwijking in het beeld op, wat je ook wel eens ziet op slecht afgestelde beeldschermen. Daar moet je ook rekening mee houden.”

Sabel ontfermde zich over het calibratieprobleem en bedacht een drietal ijkmethoden, waaronder één voor windturbines. De gangbare manier kende in elk geval wat minpunten. ,,Er was al een calibratiemethode die gebruik maakte van een kubusvormig frame met merktekens erop. Een nadeel ervan is dat die kubus ongeveer even groot moet zijn als de ruimte die je wilt filmen. Bij de analyse van een menselijke beweging praat je dan al snel over een draadraam van 2 kubieke meter. Moeilijk hanteerbaar, en het is bovendien lastig om zo’n groot frame met de gewenste nauwkeurigheid te vervaardigen.”

In plaats van een frame gebruikte Sabel eerst een vlakke plaat met een raster van witte puntjes erop. Door de plaat als referentievlak te gebruiken, kan de onderlinge positie van de camera’s worden vastgesteld. Erg nauwkeurig, maar niet geschikt als er veel camera’s gebruikt worden. De zijkant van de plaat biedt immers weinig houvast voor een meting.

Sabel had dus een andere methode nodig. Hiervoor speelde hij leentjebuur bij de geodeten, die al iets in de kast hadden liggen: de bundelmethode uit de fotogrammetrie. Daarbij wordt een object opgemeten uit een stereoscopische afbeelding. Dit gebeurt zonder dat het voorwerp wordt aangeraakt en wordt daarom ook wel remote sensing genoemd.

Als een object uit twee verschillende standpunten gefotografeerd wordt, bevatten de beelden namelijk ook diepte-informatie. Door de lichtstralen die in de camera’s vallen nauwkeurig te reconstrueren, is elk punt van het vastgelegde voorwerp ruimtelijk te bepalen.

Sabel draaide dit principe min of meer om: in plaats van de positie van het object, bepaalde hij hoe de camera’s ten opzichte van elkaar stonden. ,,Je kunt een balletje aan een hengel voor de camera’s rondslingeren. De resulterende puntenwolk gebruik je dan om de posities van de camera’s vast te stellen.”
Robuust

Dit systeem bleek goed te voldoen en kan met maximaal zes camera’s werken. Geen overbodige luxe, want veel menselijke bewegingen zijn zeer driedimensionaal. ,,Als je dat goed wilt vastleggen moet je wel camera’s rondom plaatsen”, verzekert Sabel. ,,Vooral bij bewegingen voor animaties, zoals pirouettes of vechtscènes, zijn die zes camera’s hard nodig.”

De nauwkeurigheid hoeft voor animaties weliswaar niet zo hoog te zijn, maar de snelheid en ingewikkeldheid van de bewegingen vergen wel het uiterste van Primas. Sabel: ,,De robuustheid van het systeem is niet voldoende voor heel snelle bewegingen. Als een hand bijvoorbeeld een marker afdekt en de acteur zich in korte tijd veel verplaatst, dan kan het systeem dat soms niet meer volgen. De identiteit van de marker moet je dan met de hand toekennen.”

Dat Primas in de filmwereld is terechtgekomen is overigens toeval. Toen Sabel in 1993 een ruwe versie van het systeem op een Belgische technologiebeurs demonstreerde, was het Canadese Softimage zeer geïnteresseerd. Dit bedrijf, nu in handen van Microsoft, isgespecialiseerd in special effects en verzorgde de Tyrannosaurus-aanval in Jurrassic Park.

Zo kwam hij via-via in contact met de Amsterdamse animator Oshri Even-Zohar die een Primas-systeem heeft aangekocht. Dat leverde Sabel in 1997 nog een aardig uitstapje naar Thailand op. Primas werd daar voor een aantal scènes in de knokfilm Mortal Kombat 2: Annihilation gebruikt. De centaur Motaro en de veelarmige godin Sheeva werden met behulp van het meetsysteem geconstrueerd. Het werkgebied van Primas werd daarvoor opgerekt tot 18 bij 25 meter. Sabel: ,,Zo kom je nog eens ergens. Ik ben daar bij elkaar een maand geweest om te assisteren bij de calibratie en de opnamen. Dat zijn toch ongebruikelijke dingen voor een aio, maar wel de krenten in de pap.” De film viel hem achteraf wel een beetje tegen. ,,Ik heb hem pas nog gehuurd, maar het was niet echt mijn smaak. Bovendien zie je in de eindversie ook maar een klein stuk van je werk terug. En ik sta helaas ook niet in de aftiteling.”

De computer heeft de animatiefilm nieuw leven ingeblazen, maar het blijft een hele klus. Een Delfts meetsysteem maakt het scheppen van natuurlijk bewegende figuurtjes iets minder bewerkelijk. Promovendus Jan Cees Sabel stelde het systeem op de proef in Mortal Kombat 2.

Tekenfilms zijn van oudsher een ambachtelijk product. Voor een paar minuten film moeten duizenden cellen met de hand worden ingekleurd en gefotografeerd. Een tijdrovend karwei, dat door de komst van de computer een stuk makkelijker is geworden. Toch blijft het maken van de animatie zelf mensenwerk: natuurlijke bewegingen laten zich nu eenmaal moeilijk vangen in starre software.

Het zou het mooiste zijn als de bewegingen van een acteur rechtstreeks zouden kunnen worden gekoppeld aan een cartoonfiguur. De flexibiliteit van de computergraphic met de levendigheid van een echt persoon. En laat dat nou precies zijn wat het Precision movement analysis system (Primas) doet. Dit systeem voor bewegingsanalyse is ontwikkeld bij de sectie signaalverwerking van Technische Natuurkunde, maar was aanvankelijk ergens anders voor bedoeld.

,,Eigenlijk wilden we er de menselijke beweging mee meten voor medische toepassingen”, vertelt ir. J.C.Sabel, die 22 februari op zijn aandeel in Primas promoveert. Dit meetsysteem gebruikt een aantal camera’s om de driedimensionale bewegingen van objecten vast te leggen, en dat kunnen zowel mensen als windturbines zijn. Bijvoorbeeld om de revalidatie van patiënten te analyseren of rotorbladen te optimaliseren.

Wat het systeem voor de lens krijgt is om het even. Dat ziet namelijk alleen een set markers, reflecterende bolletjes ter grootte van een bonbon die op het hoofd, lichaam en de ledematen van een acteur zijn bevestigd. Dit levert een bewegende puntenwolk op, een tafereel dat honderd keer per seconde wordt geregistreerd door twee tot zes camera’s. Daarna volgt de omzetting in computercoördinaten, waarmee de driedimensionale beweging digitaal is vastgelegd.

Sabel: ,,Eenvoudig gezegd meet je van die bolletjes de ruimtelijke positie, en als je daar lijntjes tussen trekt heb je al een simpel draadmodel van de beweging.” Deze informatie kan later worden ingevoerd in een grafisch werkstation, dat daar elk gewenst fantasiefiguur omheen kan renderen.
Kussen

Voor het zover is moet Primas echter eerst geijkt worden: het systeem kan de puntenwolk anders niet goed interpreteren. ,,Om de coördinaten van zo’n bolletje te kunnen bepalen, moet je namelijk de posities van de camera’s weten ten opzichte van een van te voren bepaald assenstelsel”, aldus Sabel. En de camera’s zelf vervormen het beeld ook nog, afhankelijk van het gekozen diafragma en de scherpte. De meeste vertekening wordt daarbij veroorzaakt door delens. ,,Dat levert vaak een kussenvormige afwijking in het beeld op, wat je ook wel eens ziet op slecht afgestelde beeldschermen. Daar moet je ook rekening mee houden.”

Sabel ontfermde zich over het calibratieprobleem en bedacht een drietal ijkmethoden, waaronder één voor windturbines. De gangbare manier kende in elk geval wat minpunten. ,,Er was al een calibratiemethode die gebruik maakte van een kubusvormig frame met merktekens erop. Een nadeel ervan is dat die kubus ongeveer even groot moet zijn als de ruimte die je wilt filmen. Bij de analyse van een menselijke beweging praat je dan al snel over een draadraam van 2 kubieke meter. Moeilijk hanteerbaar, en het is bovendien lastig om zo’n groot frame met de gewenste nauwkeurigheid te vervaardigen.”

In plaats van een frame gebruikte Sabel eerst een vlakke plaat met een raster van witte puntjes erop. Door de plaat als referentievlak te gebruiken, kan de onderlinge positie van de camera’s worden vastgesteld. Erg nauwkeurig, maar niet geschikt als er veel camera’s gebruikt worden. De zijkant van de plaat biedt immers weinig houvast voor een meting.

Sabel had dus een andere methode nodig. Hiervoor speelde hij leentjebuur bij de geodeten, die al iets in de kast hadden liggen: de bundelmethode uit de fotogrammetrie. Daarbij wordt een object opgemeten uit een stereoscopische afbeelding. Dit gebeurt zonder dat het voorwerp wordt aangeraakt en wordt daarom ook wel remote sensing genoemd.

Als een object uit twee verschillende standpunten gefotografeerd wordt, bevatten de beelden namelijk ook diepte-informatie. Door de lichtstralen die in de camera’s vallen nauwkeurig te reconstrueren, is elk punt van het vastgelegde voorwerp ruimtelijk te bepalen.

Sabel draaide dit principe min of meer om: in plaats van de positie van het object, bepaalde hij hoe de camera’s ten opzichte van elkaar stonden. ,,Je kunt een balletje aan een hengel voor de camera’s rondslingeren. De resulterende puntenwolk gebruik je dan om de posities van de camera’s vast te stellen.”
Robuust

Dit systeem bleek goed te voldoen en kan met maximaal zes camera’s werken. Geen overbodige luxe, want veel menselijke bewegingen zijn zeer driedimensionaal. ,,Als je dat goed wilt vastleggen moet je wel camera’s rondom plaatsen”, verzekert Sabel. ,,Vooral bij bewegingen voor animaties, zoals pirouettes of vechtscènes, zijn die zes camera’s hard nodig.”

De nauwkeurigheid hoeft voor animaties weliswaar niet zo hoog te zijn, maar de snelheid en ingewikkeldheid van de bewegingen vergen wel het uiterste van Primas. Sabel: ,,De robuustheid van het systeem is niet voldoende voor heel snelle bewegingen. Als een hand bijvoorbeeld een marker afdekt en de acteur zich in korte tijd veel verplaatst, dan kan het systeem dat soms niet meer volgen. De identiteit van de marker moet je dan met de hand toekennen.”

Dat Primas in de filmwereld is terechtgekomen is overigens toeval. Toen Sabel in 1993 een ruwe versie van het systeem op een Belgische technologiebeurs demonstreerde, was het Canadese Softimage zeer geïnteresseerd. Dit bedrijf, nu in handen van Microsoft, isgespecialiseerd in special effects en verzorgde de Tyrannosaurus-aanval in Jurrassic Park.

Zo kwam hij via-via in contact met de Amsterdamse animator Oshri Even-Zohar die een Primas-systeem heeft aangekocht. Dat leverde Sabel in 1997 nog een aardig uitstapje naar Thailand op. Primas werd daar voor een aantal scènes in de knokfilm Mortal Kombat 2: Annihilation gebruikt. De centaur Motaro en de veelarmige godin Sheeva werden met behulp van het meetsysteem geconstrueerd. Het werkgebied van Primas werd daarvoor opgerekt tot 18 bij 25 meter. Sabel: ,,Zo kom je nog eens ergens. Ik ben daar bij elkaar een maand geweest om te assisteren bij de calibratie en de opnamen. Dat zijn toch ongebruikelijke dingen voor een aio, maar wel de krenten in de pap.” De film viel hem achteraf wel een beetje tegen. ,,Ik heb hem pas nog gehuurd, maar het was niet echt mijn smaak. Bovendien zie je in de eindversie ook maar een klein stuk van je werk terug. En ik sta helaas ook niet in de aftiteling.”