Wie man schwer zu scannende historische Kostbarkeiten in fotorealistische Modelle für Videospiele verwandelt

Ein Schauspieler trägt eine mittelalterliche Ritterrüstung, während er mit Artec Leo in 3D gescannt wird.

Wenn es darum geht, Menschen, Objekte und Umgebungen aus der realen Welt in naturgetreue Modelle für Fernsehen, Film und Videospiele zu verwandeln, gilt die Photogrammetrie nach wie vor als Branchenstandard.

Dieses Verfahren, bei dem Modelle aus hochauflösenden, sich überlappenden Fotos erstellt werden, wird häufig in Form von mit Kameras ausgestatteten Kabinen umgesetzt und ermöglicht die genaue Nachbildung physischer Objekte in einer virtuellen Umgebung. Jedoch entwickelt sich das 3D-Scannen immer mehr zu einer schnelleren und flexibleren Alternative, mit der Requisiten und Charaktermodelle in Sekundenschnelle genau digitalisiert werden können.

Diese Vorteile stehen nicht lediglich auf dem Papier, sondern haben in der Branche bereits ihre Spuren hinterlassen. Stand jetzt hat sich Artec 3D-Scanning etwa bei der Erstellung von hochauflösenden Modellen für den Online-FPS World War 3 oder von erschreckend realistischen Spezialeffekten für den Film Sleepy Hollow nützlich zeigen dürfen.

Angesichts der Effizienz, die 3D-Scans als modernes CGI-Tool bereits zeigen, werden sich viele fragen: Wie einfach ist die Einführung dieser Technologie? Und wie können Scans in visuelle Effekte umgewandelt werden? Zum Glück ist der Artec Experte Mikhail Shumikhin schnell zur Stelle, um Sie Schritt für Schritt durch den ABlauf zu führen und Ihnen zu erklären, wie Sie die Ergebnisse optimieren können.

Digitalisierung eines Ritters in glänzender Rüstung

Wohin man in der Spielewelt auch schaut, sei es auf Dark Souls, Dragon Age oder eine Vielzahl anderer großer Titel, sind Ritterrüstungen sind einem fast alltäglichen Anblick geworden – oder zu einem Objekt, das die Entwickler nicht loszulassen scheint.

Aus diesem Grund wählte Shumikhin als Anschauungsobjekt für die Vorführung seiner 3D-Scanner eine Rüstung aus. Diese lieh er sich aus dem Museum für mittelalterliche Geschichte in Kotor, wo Restauratoren und Schauspieler die Geschichte des Landes lebendig halten, indem sie historische Kostüme restaurieren und zur Schau stellen. Shumikhin wiederum wollte anhand einer Rüstung zeigen, wie 3D-Scanner selbst die schwierigsten Oberflächen in einem für die Branche relevanten Anwendungsfall erfassen können.

Ein Ritter wird mit einer herkömmlichen hochauflösenden Kamera anhand einer Reihe von Fotos sorgfältig digitalisiert – so wie es für die Durchführung der Photogrammetrie erforderlich wäre

Nachdem er eine Rüstung gefunden und einen Kollegen überzeugt hatte, als Modell zu fungieren, begann Shumikhin das 3D-Scannen mit Artec Leo. Mit einer Scangeschwindigkeit von 35 Millionen Punkten pro Sekunde kann Leo ganze Objekte und Personen in Sekundenschnelle digitalisieren. Dies und die Tatsache, dass das Gerät komplett kabellos ist, machten die Digitalisierung zu einem schnellen, unkomplizierten Ablauf.

Um kleinste Bewegungen bei der Digitalisierung posierender Menschen zu berücksichtigen, rät Shumikhin, den Scan in Abschnitte zu unterteilen. Bei seinem Rüstungsprojekt hatte er so „mehr Kontrolle über die Qualität“ und konnte „Unreinheiten, die durch leichte Bewegungen entstehen“, vermeiden.

Der von der KI unterstützte HD-Modus – eine Funktion, die den Nutzern von Leo und der kostengünstigeren, altbewährten Artec Eva zur Verfügung steht – trug ebenfalls dazu bei, die Auflösung zu maximieren und den Datenverlust aufgrund von Reflektionen zu minimieren.

„Die HD-Rekonstruktion ist ein äußerst nützliches Werkzeug“, erklärte Shumikhin. „Damit kann man die Datenmenge, die sich sammeln lässt, um das 2-, 4- oder sogar 8-fache erhöhen. Mit Leo ist es zudem möglich, den Scanvorgang zu unterbrechen, auf die andere Seite des Objekts zu wechseln und dann fortzufahren.“

„Die größten Vorteile unserer 3D-Scanner sind ihre Mobilität sowie die Qualität der Textur- und Geometrieerfassung. Sie können problemlos überallhin auf der Welt transportiert werden, um verschiedenste Objekte in hoher Auflösung zu erfassen.“

Bereinigung des Polygonnetzes mit Artec Studio

Bei der Bereinigung und Vorbereitung der Scans für den Export wurden Shumikhins Bemühungen durch die fortgeschrittenen Werkzeuge von Artec Studio. unterstützt. Insbesondere die Einfachheit des Algorithmus Globale Registrierung für die Erfassung und Verarbeitung von Scans macht die Software zu einer nutzerfreundlichen, schnellen Methode zur Korrektur von Fehlern und zur Erstellung eines qualitativ hochwertigen Polygonnetzes aus den erfassten Bildern, so Shumikhin.

Einige der glänzenden Oberflächen der Rüstung, die in Shumichins 3D-Modell eingefangen wurden

Wenn es an die Optimierung der Auflösung bei der Zusammenführung der Scans geht, hat Shumikhin einen guten Tipp für alle, die seinen Arbeitsablauf nachahmen wollen. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, empfiehlt er, die Fusionsauflösung auf 0,5 mm einzustellen – also nicht unbedingt auf die vollen 0,1 mm, wie sie Eva und Leo erreichen können.

Zudem merkt Shumikhin an, dass das Werkzeug zum Füllen von Löchern in Artec Studio äußerst effektiv ist, um Lücken im Polygonnetz zu schließen, etwa wenn durch Reflexionen eine vollständige Datenerfassung verhindert wurde. Zudem verzichtete er auf die Fototexturierung – eine Funktion, welche die Auflösung noch weiter hochtreiben kann.

„Artec Studio verfügt über einen sehr coolen Algorithmus für die Fototexturierung und Registrierung“, so Shumikhin. „Damit kann man extrem detaillierte Modelle erstellen. Bei diesem Projekt hatte ich mit Leo derart hochwertige Texturen aufgenommen, dass ich die Fototexturierung nicht verwenden musste. Doch für viele andere Projekt wäre diese Funktion sehr nützlich.“

Vom Polygonnetz zum Modell

Nachdem er sein Polygonnetz bereinigt hatte, exportierte Shumikhin es in eine Handvoll Programme von Drittanbietern, um Texturen zu erstellen, zu rendern und ein weiteres häufiges Problem bei der CGI-Modellierung anzugehen: die Symmetrie. Er selbst nennt dies „eine grundlegende Voraussetzung“, um Modelle für Videospiele tauglich zu machen.

Da es so gut wie unmöglich ist, Schauspieler exakt symmetrisch stehen zu lassen, müssen die Polygonnetze seiner Meinung nach mit einer Bearbeitungssoftware digital ausgeglichen werden. Um dies zu erreichen, empfiehlt Shumikhin, Polygonnetze auf Plattformen wie ZBrush zu exportieren, wo ihre linke und rechte Seite gespiegelt und als „Guides“ verwendet werden können, um sie symmetrischer zu machen.

Shumikhin exportierte sein Modell dann nach Maya, um eine Form mit wenigen Polygonen zu erstellen und die UV-Layout-Tools der Software (für das Texture-Mapping) zu nutzen, bevor er das Modell schließlich in Marmoset Toolbag und Substance 3D Painter exportierte.

Das Modell der Rüstung des montenegrinischen Ritters wird gerendert und für die Animation vorbereitet

Mit Toolbag renderte Shumikhin später sein Modell und perfektionierte die Beleuchtung, bevor er die Texturen verankern konnte. Obwohl die Standardeinstellungen für das Verankern von Texturen für die meisten Modelle ausreichen, empfiehlt Shumikhin, sie vorher auf 4K zu reduzieren, um die Dateigröße zu minimieren. Nach der Texturbereinigung in Substance zur „Stilverfeinerung“ schickte er das Modell zurück an Maya, um seiner Figur über das Ornatrix-Plugin der Software realistische Haare hinzuzufügen.

Als er schließlich mit der Texturierung fertig war, musste er nur noch die automatische Skeletterstellung und die „Skinning“-Werkzeuge von Maya verwenden, um das Modell für die Animation oder das Rigging vorzubereiten. Da es „eine riesige Gemeinschaft von Leuten gibt, die mit Maya arbeiten“, sei genau diese der richtige Ort, um „Antworten auf allgemeine Fragen zu finden und Ratschläge zu erhalten“, was das Rigging und andere Teile des Prozesses angeht.

3D-Scannen: die Zukunft der CGI?

Nachdem er erfolgreich einen Schauspieler und eine mittelalterliche Rüstung in einen vollständig animierten, kostümierten Charakter verwandelt hat, glaubt Shumikhin, dass sein 3D-Scanning-Verfahren nun auch von anderen genutzt werden kann – und zwar nicht nur in der CGI-Branche.

Shumichins fertiges Modell der Ritterrüstung (mit zuvor entworfenen Schwert- und Schildmodellen)

Obwohl Shumikhin ein Scanning-Experte ist, sagt er, dass seine Arbeit „keine umfassenden Fähigkeiten“ in der Modellierung von Videospielen erfordert. Stattdessen meint er, dass sein „innerer Enthusiasmus und der Wunsch, sich weiterzuentwickeln“ ihn dazu bringen, „große Entdeckungen zu machen und in 3D umzusetzen“.

Daher ermutigt er nun andere aufstrebende 3D-Spezialisten, in seine Fußstapfen zu treten und „nach Vorlagen und neuen Tricks zu suchen, die sie anwenden können“, während sie selbst das Scannen beständig nutzen, um ihre eigenen Modelle zu entwickeln.

„Alles, was wir in der heutigen Welt sehen, kann als 3D-Modell nachgebildet werden. Auf diese Weise bilden 3D-Scanner eine Brücke zwischen den Welten – der realen und der virtuellen“, schließt Shumikhin. „Wenn Spielestudios, Filmgesellschaften und die VR-Industrie weiterhin hochwertige VR-Inhalte benötigen, können diese mit Artec 3D-Scanning und Artec Studio bereitgestellt werden.“

„Das 3D-Scannen hat seine Nische bereits gefunden: in der Erstellung von hochrealistischen Requisiten, Umgebungen, Rüstungen, Fahrzeugen, Charakteren und Akteuren.“