Yannis Lehuédé

Multitudes digitales de personajes

yannis — 2021-06-03T20:04:40Z

Hacer multitudes de gente "artificialmente" para el cine no es nada nuevo, y es fácil adivinar por qué evitamos usar miles de extras. En el ámbito digital, la película de 1998 Forrest Gump será recordada primero.
Y aún más hoy en día, cuando las condiciones de salud se están volviendo muy exigentes (debido a la lucha contra la pandemia de Covid-19), la pregunta surge en muchos aspectos. Haremos aquí un pequeño panorama de las técnicas que permiten reunir infinitas multitudes, sin distancia sanitaria ni gestos de barrera, todo digitalmente... y desinfectado!

Imagen de la multitud duplicada (sin desplazamiento temporal)

El primer método, el más simple, es duplicar un grupo compacto de personas ya filmadas. Un simple copiar y pegar, por así decirlo. Luego puedes pegar tantas veces como el patrón que represente a este grupo de gente, uno al lado del otro.
Cuando se duplica una multitud, incluso con un cambio de tiempo en la pauta, el problema de su repetición volverá a surgir cuando la multitud cubra una gran área.

Imagen de la multitud duplicada (desplazamiento temporal)

La segunda imagen (arriba) ilustra esto a grandes rasgos. Podemos entonces intentar introducir diferentes elementos aleatorios en la distribución de los patrones para evitar la repetición. Esto puede llegar a ser complejo para algunos programas o situaciones. Entonces tendremos que cambiar nuestro enfoque.

Nota: Cuando la cámara se mueva, asegúrate de que la multitud esté colgada en el suelo y no se deslice como en una cinta transportadora. Esto colocará estos patrones de personas en tomas en un espacio virtual 3D en el que una reproducción (virtual) de la cámara refleja los mismos movimientos y características que la que filmó la toma. Es simple en el papel, pero en la práctica requiere preparación; ese no es el punto aquí.

Suponiendo que colocamos a la multitud en cajas de cartón, en un espacio virtual tridimensional para permitir los movimientos de la cámara, entonces también podríamos colocar a cada personaje en una caja de cartón individual, y distribuirlos más aleatoriamente que con el método anterior. Colocadas sobre las partículas, estas cajas de cartón pueden así moverse y/o evitar la colisión con ciertos objetos. En resumen, ¡ofrece más control de la multitud!
En este caso, la idea es filmar cada personaje individualmente (o, si es necesario, con diferentes ropas o accesorios), y si es posible: realizar varias acciones por plano. Todo esto sobre un fondo que puede hacerse transparente, como abajo.

Esta es la misma actriz filmada en 15 tomas con variaciones de utilería y vestuario, sobre un fondo verde. Entonces será cuestión de hacer un bucle con sus movimientos, sin que la conexión entre el principio y el final sea demasiado visible.
Ahora que la parte del "rodaje en vivo" ha terminado, los personajes pueden ser separados de sus fondos verdes y utilizados individualmente.

Con un personaje por cada cartón semitransparente, es posible colocarlos con más o menos densidad en un piso virtual, de cara a la cámara. Una herramienta de partículas es perfecta para este uso. Cada uno tendrá un movimiento (el que se filmó anteriormente) independiente de los otros. Se colocarán en el suelo o en el espacio con directrices generales y sobre todo: acopladas a una dosis de aleatoriedad. A cada partícula se le asignará una caja de cartón con un personaje que se mueva al azar, de nuevo. Este sistema asegurará una distribución de caracteres mucho menos redundante que el método anterior. Además, podemos dar un movimiento general a nuestra multitud, con variaciones para cada personaje, de nuevo.

Nota: Si la multitud camina en una dirección, será cuestión de que cada personaje filmado camine en la misma dirección en relación con la cámara, lo que requiere una preparación más cuidadosa que antes, con algunas restricciones. Y lo más importante es que no se permiten cambios de trayectoria.

También es posible poner en contacto objetos de colisión con los que las partículas (y por lo tanto los personajes) no podrán entrar, o cambiarán su comportamiento. Este es el caso en el ejemplo siguiente. Se han reproducido simples cubos en lugar de macetas y cabinas telefónicas en los mismos lugares de la toma filmada, donde no se deben crear partículas.

Una vez que el suelo se "pobló" con partículas de personajes, podemos verlos a través de la cámara. Para simplificar el sistema, cada caja siempre estará de cara a la cámara. Como los personajes han sido filmados sobre un fondo borrable, estas cajas son semitransparentes. La cámara verá capas de personas frente a frente. Y como las partículas están distribuidas en el espacio, se respetan ciertas distancias (¡sanitarias!) entre los personajes y no se atraviesan entre sí (siempre que el sistema no sea demasiado denso). De esta manera, se pueden crear ondas de personas hasta donde el ojo puede ver.

En la foto de arriba, cubrimos la explanada con gente, evitando los grandes obstáculos. Las partículas de carácter han cumplido su función. En un caso como este, todavía tenemos que añadir algunas máscaras porque hay paneles que se supone que están delante de personajes, ramas de árboles, etc.
Para ello, se dispone de varias técnicas de compositing, dependiendo de la forma de los objetos que tendrán que enmascarar a la multitud. Incluyen una combinación de máscaras, rotoscopia, rastreo de movimiento, tecleado y composición profunda. (o una variante) para permitir que algunos personajes estén delante de la máscara, otros detrás, dependiendo de su posición en el espacio virtual.

Por último, pero no menos importante, un último paso es igualar el brillo y los colores entre la multitud y el conjunto, como abajo.

También nos encargaremos de aplicar el grano limpio de la imagen filmada a nuestra multitud virtual, recrear el eventual desenfoque de la profundidad de campo, así como reproducir las mismas distorsiones que las de la lente utilizada durante el rodaje, lo cual no es un problema ya que nuestra multitud y la cámara están en 3D.

Para comparar con los métodos anteriores, he aquí éste aplicado en el ejemplo del estadio.

Aquí también vemos un límite: la falta de variedad de personajes (15 personajes únicos aquí) se siente. Para remediarlo permaneciendo en el mismo sistema, es posible crear ligeras variaciones en el color de la ropa y la piel, en la post-producción. También es posible introducir variaciones en la velocidad de ejecución de los movimientos de los personajes. Todas estas combinaciones mixtas multiplican la variedad de personajes "únicos" en la multitud.
Otro elemento que tenemos a nuestra disposición es hacer correcciones globales de color a cada individuo de la multitud, de forma aleatoria (atribuiremos aleatoriamente un matiz a cada uno, que luego guiará la intensidad de una corrección global en la multitud). Combinando variantes y efectos, siempre obtenemos más variedad de tonos de color.

Nota : los movimientos de los individuos que componen la multitud se limitan a los ciclos de los movimientos filmados de los actores, con pequeñas variaciones. Y a veces las redundancias son perceptibles cuando la multitud no es muy densa (dependiendo de la situación). Tenemos un control limitado sobre los movimientos de la multitud. Y no puedes dirigir su comportamiento, como hacer que tomen un turno.

Para controlar el movimiento general de la multitud mientras se mantiene dentro de un marco de rodaje, tienes que confiar en una coreografía casi militar. El ejemplo de los batallones que se mueven de manera coordinada sin un piloto "central" se cuelga en una dimensión aún más titánica si cada individuo tiene que respetar un rumbo sin referencia a los demás miembros del grupo!
Queda la posibilidad de desplazar una pequeña tropa de actores a diferentes lugares alternativamente, y luego colocarlos todos juntos en el mismo terreno. Esto equivale a recurrir a la solución de copiar y pegar, con menos latitud que para una multitud estática.

La solución a este problema es utilizar personajes totalmente virtuales, en 3D, lo que se llama simulación de multitudes.
Lo hemos visto en películas de gran presupuesto (y series raras), y por una buena razón: es una logística más delicada que las soluciones anteriores y un asunto para especialistas.
Esta solución ofrece naturalmente un control de la multitud que va más allá de la imaginación. En resumen: cada individuo tiene una especie de inteligencia y reacciona a las situaciones que se presentan de acuerdo a reglas definidas.
Estas reglas pueden ir tan lejos como..: "Carga a voluntad y lucha hasta la muerte" si diriges un ejército de soldados de juguete armados con espadas y escudos. Cada individuo, correrá hacia las filas enemigas, evitando golpear a sus "compatriotas" y luego buscará un oponente dentro de su campo de visión. Seguirá un simulacro de duelo. Cada pequeño soldado virtual corre el riesgo de ser acribillado por detrás en cualquier momento, ya que se puede definir que sólo desencadenan reacciones según su campo de visión. Hay pocas posibilidades de conseguir una multitud repetitiva con esta multitud de individuos verdaderamente independientes!

Todo esto se rige por bibliotecas de movimientos pregrabados que se enlazan entre sí según los "estímulos" de los individuos. Será necesario grabar o animar cada uno de estos ciclos de movimiento de antemano y modelar los personajes individualmente, y aplicar una textura a cada uno. Obsérvese que también es posible establecer variaciones en las combinaciones de accesorios y trajes en las marionetas virtuales.

Ciudad virtual a gran escala

yannis — 2020-11-29T20:43:11Z

Vamos a recrear una ciudad virtual de manera procesal, con una distribución y colocación de elementos guiada matemáticamente. Esto tiene la ventaja de ser reutilizable. El objetivo es hacer el modelo más complejo por pasos sucesivos. Los principios se explicarán con detalle.

Para poder hacernos preguntas abstractas de planificación urbana, situémonos en una época pasada, pero sin embargo documentada: la Antigüedad Romana. Esto nos permitirá evitar la comparación de nuestro modelo demasiado cercano a la realidad y permitirá una cierta libertad de interpretación. Por supuesto, primero debemos documentarnos con algunas referencias (arqueológicas, para nuestro caso).

Además, el modelo explicado aquí es independiente de cualquier software 3D, trataremos de mantenernos dentro de las consideraciones técnicas generales.

Comencemos: sabemos que los romanos se ocuparon de la planificación urbana y de una cierta organización ordenada de las calles.
Técnicamente, delimitamos los límites de nuestra ciudad (un óvalo irregular) y en el interior, distribuimos homogéneamente un modelo de casa, como en la siguiente imagen.

Casa regularmente duplicada

Se notará que es demasiado regular (más bien adaptado a la distribución de tiendas en un campamento fortificado, o de legionarios en formación apretada). Y sólo hay un modelo de casa. Para mejorar esto, diversificaremos las casas (forma, distribución de las ventanas, pisos, etc). La escala de las casas seguirá siendo globalmente la misma. Nótese que el tamaño de las casas en relación con el tamaño de la ciudad define la escala de la representación en esta etapa. ¡El espectador no tiene otro punto de referencia para hacerse una idea del tamaño de la ciudad! Todos los elementos futuros tendrán que ser proporcionales a estos elementos básicos.

Continuemos con nuestra complexificación: en la siguiente imagen, las diferentes casas son elegidas al azar con la misma distribución homogénea.

Mapa poblada uniformemente por varias casas

Ya está mejor, pero esta ciudad sigue siendo muy uniforme. Tal como está, podría ser útil para un moderno suburbio poblado de casas... Pero con algunos ajustes. Podríamos considerar variar el espacio entre las casas, creando calles de diferentes anchos para empezar.
Pero esto no es New York, e incluso para una ciudad antigua, se espera un cierto equilibrio entre el orden y la anarquía.
Así que vamos a trabajar en un modelo urbano con calles que cortan la regularidad y la orientación de las casas de acuerdo con estas calles. También podemos variar esta alineación según las diferentes partes de la ciudad.

En esta etapa, la distribución de los tipos de edificios puede definirse según varios criterios:

casas de varios pisos en ciertos distritos centrales,
se agruparían las casas ricas (con jardines interiores),
estos barrios estarían rodeados por casas ligeramente menos opulentas,
los barrios más pobres estarían muy lejos,
la cuadrícula de la calle puede diferir de un barrio a otro (más regular en los barrios ricos, más sinuoso y denso en los pobres), etc.

Casas posicionadas y orientadas matemáticamente

El efecto del volumen es mucho más interesante que antes. Las casas han sido separadas por calles (y plazas) y su orientación sigue esta estructura. En la distancia, podemos ver más que la separación entre las casas, que ahora parecen más estrechas, pero podremos ajustar algunos elementos más tarde (añadir luces, niebla, cambiar el contraste de la imagen, si es necesario).

Visto desde nuestra cámara, los barrios separan la ciudad como en la representación de enfrente. Las casas también están orientadas según estos parámetros.Para aumentar la separación de las calles, los ajustes de este patrón pueden ser ajustados, de ahí el interés de guiar la toma por elementos matemáticos (principalmente patrones de células Voronoi de diferentes amplitudes superpuestas) en lugar de por imágenes.

Tenemos la posibilidad de destacar las calles con diferentes materiales en el suelo, y añadiendo elementos en estas calles (como personajes virtuales, puestos de mercado, etc) lo que veremos más adelante.

A continuación, hay que crear un relieve en el mapa, que es un elemento determinante (sobre todo en una ciudad como Roma, con sus siete colinas). Será importante utilizar los datos de elevación, inclinación de la pendiente, etc en cada lugar de la ciudad. La ilustración de la izquierda muestra un río, diferentes relieves, algunos de los cuales son excavados por pequeños arroyos. La representación propone niveles de gris: oscuro para las altitudes bajas, y claro para las zonas más altas. Aquí está debajo de nuestra ciudad anterior basada en una topografía de unas pocas decenas de metros de desnivel.
Pero el objetivo no es reproducir exactamente la antigua Roma, sino crear una reproducción imaginaria o aproximada de ella, como las que los romanos construyeron sobre el mismo modelo, en otros lugares de los territorios conquistados (y no necesariamente tan grande).

Terreno accidentado

Extrañamente, son las zonas sin edificios las que parecen más jorobadas que los propios barrios. Sin embargo, hay muchas casas con pisos (en el lado izquierdo por ejemplo). Además, podremos llenar grandes zonas ahuecadas (plazas de la ciudad) con nuevos edificios para romper aún más la regularidad del panorama y hacer la ciudad más compleja. Podríamos poner edificios administrativos, templos, etc en ellos. Siempre con una cierta cantidad de aleatoriedad.

La apariencia de alivio también nos permite hacernos un montón de nuevas preguntas:

¿Cómo encajan las casas en los diferentes niveles?
¿Habría más templos en el terreno más alto?
¿Cuál sería la distribución "social" (ricos y pobres) de las casas?
¿Siguen las calles y carreteras la topografía del terreno?
¿Cómo está organizada la red de agua potable de los acueductos?

Todas estas ideas que aparecen, inspiradas por la simulación, nos permiten cuestionar las fuentes arqueológicas, y si sólo responden parcialmente, pensar en soluciones prácticas y lógicas para aportar "realismo" a nuestro modelo.

Tan pronto como surge una regla general, es posible integrar este parámetro en nuestro modelo de procedimiento (dependiendo de las posibilidades del software utilizado, pero cualquier sistema de partículas permite una gran flexibilidad y añadiendo un poco de matemáticas rudimentarias, es factible). Sin embargo, es tentador colocar algunos edificios a mano si no hay demasiados, pero nos reservaremos para este ejercicio.

Continuemos con nuestra ciudad automatizada, con unos pocos parámetros más, aquí, sólo una parte de la lista anterior. Estamos añadiendo templos, edificios administrativos en las plazas, para aumentar la diversidad y hacer la ciudad más compleja. Y algunos árboles han aparecido a su alrededor.
También nos faltan los pequeños elementos para vivir en la ciudad: montones de puestos de mercado dispersos en el fondo de las casas, más de ellos en los bordes de las carreteras. Su distribución está guiada por el plano de la calle.

Más variantes de construcción

Los templos no siguen la misma orientación que las calles, ¿no estaban orientados según una lógica solar? Claramente, la construcción de los templos respondía a un imperativo adivinatorio muy específico.
Y visto desde aquí, estos templos podrían ser griegos, cartagineses, babilónicos o de otro tipo, pero los edificios administrativos materializan la ciudad romana. Por supuesto, anfiteatros y un grandioso circo llenarían esta imaginaria "Roma", pero nos detendremos allí por la arquitectura.

Finalmente, tendremos que crear un ambiente de naturaleza alrededor de la ciudad, y ese será el fin de los elementos fijos. Si queremos crear una animación, estos elementos se renderizarán una sola vez, a diferencia de otros elementos animados (multitudes, humo, etc). Luego se mezclarán como abajo.

Render y compositing con humo y gente

Aquí está la ciudad con una multitud (dispuesta de acuerdo a los mismos parámetros y al azar), un ambiente así como nieblas y humos que hicieron que estas ciudades se infectaran.

Así, según las necesidades, esta ciudad a diferentes niveles de detalle (desde el urbanismo hasta los individuos) puede ser utilizada en un videojuego o integrada en un rodaje cinematográfico. Para los elementos del primer plano, será posible reposicionarlos manualmente para un control artístico más fino.

Algunas herramientas (plug-ins) para el software 3D ofrecen diversas soluciones que van desde bloques parecidos a rascacielos de diferentes tamaños, hasta la orientación de la población de edificios con datos geográficos y de planificación urbana reales. Sin ninguna herramienta dedicada, pero con partículas y posiblemente un pequeño guión, este principio puede ser reproducido con cualquier software 3D. Queda por adaptar el modelo según su uso previsto.