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我們對歷史的了解主要來自文物，但如果我們能看到遠古人類臉上的表情，那會怎么樣？如果我們能夠切實看到他通過移動面部肌肉表達驚訝、憤怒或恐懼，甚至是對你的笑意呢？這些問題是由貝爾格萊德大學考古學系的體質(zhì)人類學教授Sofija Stefanovi?和她的團隊提出來的，當時，他們面對著塞爾維亞著名的萊潘斯基維爾考古遺址中的一具一萬年前的薩滿骸骨，打算展開開拓性的面部重建工作。

恰好同樣位于塞爾維亞的3Lateral就該項目與與Stefanovi?展開了合作。這家公司是行業(yè)領(lǐng)先的數(shù)字人類技術(shù)開發(fā)商，現(xiàn)已隸屬于Epic Games。3Lateral的團隊一直在與Cubic Motion（Epic Games家族的另一成員）以及虛幻引擎團隊的同事合作開發(fā)MetaHuman框架，并于去年免費開放了基于該框架的云端應(yīng)用MetaHuman Creator的搶先體驗版。MetaHuman Creator允許任何人在幾分鐘內(nèi)創(chuàng)造出衍生自其數(shù)據(jù)庫中掃描數(shù)據(jù)的獨特高保真數(shù)字人類。

然而，全新版MetaHuman框架不僅為MetaHuman Creator帶來了新功能，也新推出了適用于虛幻引擎的MetaHuman插件。該插件最主要的功能是網(wǎng)格體轉(zhuǎn)MetaHuman，它提供了用于復(fù)活薩滿的核心技術(shù)。這項振奮人心的開發(fā)成果現(xiàn)已免費開放給所有人使用，你可以根據(jù)自己的定制模型創(chuàng)建MetaHuman，不需要具備專門的知識即可完成類似的項目。

使用傳統(tǒng)技術(shù)對面部進行物理重建

20世紀60年代，位于塞爾維亞東部多瑙河畔的萊潘斯基維爾聚居地被首次發(fā)現(xiàn)。該遺址具有重大歷史意義，它展示了歐洲史前文化的早期發(fā)展階段。遺址出土了約500副骨架，其中一副被認為是“薩滿”的骨架，因為當人們發(fā)現(xiàn)他時，他是以不同尋常的盤腿蓮花坐姿出現(xiàn)的。據(jù)估計，薩滿生活在公元前8000年左右。專家小組能夠根據(jù)這副骨架確定他的身高、體重，甚至判斷他主要以海鮮為食。

為了啟動重建工作，團隊需要為史前頭骨制作精確的物理復(fù)制品，以保持原物的完整性。在塞爾維亞諾維薩德生物傳感研究所的考古學家和3D掃描專家Jugoslav Pendi?的指導(dǎo)下，團隊開始使用Peel 2CAD-S掃描儀捕捉數(shù)百張2D圖像，重現(xiàn)薩滿的史前面部特征。隨后，他們使用RealityCapture將這些圖像拼接起來，形成一個3D虛擬模型，這樣就可以3D打印出物理模型。

接下來，頭骨復(fù)制品被交給了瑞典的法醫(yī)藝術(shù)家和考古學家Oscar Nilsson，他是為世界各地博物館重建古代人類面部模型的專家。Nilsson開始進行法醫(yī)面部重建工作。他會使用粘土添加肌肉層和皮膚層，其厚度由對象的性別、年齡、種族和估計體重決定。

將靜態(tài)網(wǎng)格體轉(zhuǎn)換為可動模型

為了使實際的薩滿模型栩栩如生，他們再次使用Peel掃描儀掃描了尚未添加皮膚紋理和頭發(fā)的粘土重建模型，然后通過RealityCapture進行重建，用于創(chuàng)作數(shù)字模型。應(yīng)用基本的皮膚和眼睛紋理后（下一步的先決條件），就可以為網(wǎng)格體執(zhí)行網(wǎng)格體轉(zhuǎn)MetaHuman流程了。

使用虛幻引擎5中的自動地標追蹤，網(wǎng)格體轉(zhuǎn)MetaHuman功能會調(diào)整MetaHuman拓撲模板，以適應(yīng)薩滿的掃描數(shù)據(jù)。接下來，這個新網(wǎng)格體會被提交到云端，并匹配到一個與薩滿面部幾何形狀和比例相似的MetaHuman，然后自動采用該MetaHuman的面部綁定。這項技術(shù)使用MetaHuman Creator龐大的真人表情掃描數(shù)據(jù)庫，為這張古代人臉生成了“統(tǒng)計學上的估計表情”，同時保留了差異，以維持原始的面相。

這個過程結(jié)束后，就可以在MetaHuman Creator中打開該角色了。團隊可以立即按下播放按鈕，使用應(yīng)用內(nèi)置的幾種預(yù)設(shè)動畫讓薩滿復(fù)活過來。

使用MetaHuman Creator完善肖像

接下來，在與考古學家、法醫(yī)以及一名MetaHuman角色美術(shù)師的合作會議中，團隊可以在MetaHuman Creator中縮小薩滿外貌中面部毛發(fā)和皮膚屬性的范圍。對現(xiàn)有DNA的分析表明，他應(yīng)該有著“中等黑”的皮膚、黑發(fā)和棕色眼睛。“我們可以估計出皮膚、頭發(fā)和眼睛的顏色，準確率超過90%。”Stefanovi?說。

皺紋和白發(fā)是依據(jù)他的估計年齡添加的；牙齒按照頭骨形狀進行過調(diào)整；他的發(fā)型和胡須樣式是根據(jù)公元前8000年應(yīng)該合理存在的修剪工具（如貝殼）設(shè)計的。

設(shè)計完薩滿的數(shù)字外貌后，Nilsson接下來可以將同樣的造型應(yīng)用到物理模型上，完成傳統(tǒng)的3D重建。

“MetaHuman Creator中的所有這些來回工作都做得非常出色，因為我通常需要手工完成這些工作，代價高昂，非常耗時。”Nilsson說，“但現(xiàn)在能通過數(shù)字方式完成這些任務(wù)，這是一項革命性的突破。”

與古代人類實時互動

然后，團隊將數(shù)字模型導(dǎo)入到虛幻引擎中，創(chuàng)建了具有逼真光照的虛擬環(huán)境。他們可以使用MetaHuman面部綁定為薩滿手動制作動畫，也可以使用免費的Live Link Face應(yīng)用程序，通過iPhone或iPad捕捉面部動畫，實時流送給虛幻引擎中的角色。

虛擬模型和物理模型是并行制作的。最后，在2020年的迪拜世博會上，為實現(xiàn)該項目提供了支持的國家平臺“塞爾維亞創(chuàng)造”公開了該模型。在展示會上，參觀者能夠通過iPhone捕捉自己的表情，然后在屏幕上看到數(shù)字薩滿通過實時動畫做出相同的表情。

“當沒有人與他互動時，我們就讓他打哈欠，借用同類MetaHuman的一些動畫拉伸他的臉。”3Lateral解決方案專家Adam Kova?說，“看他微笑是一種純粹的快樂。”

Stefanovi?表示同意。“在此之前，我們從來沒有機會目睹古代人類表達情感時的樣子。”她說。

現(xiàn)在，在貝爾格萊德的塞爾維亞國家博物館中，這個互動裝置與該機構(gòu)收藏的萊潘斯基維爾文物一起展出。

雖然在游戲和電影行業(yè)中，MetaHuman框架引起了眾人的興趣，但萊潘斯基維爾的薩滿讓人們粗略地看到，這項技術(shù)將如何為傳統(tǒng)領(lǐng)域（如考古學和法醫(yī)學）中的創(chuàng)新項目提供支持。該團隊希望這一突破性的重建工作能夠激發(fā)其他開拓者的想象力，在不同領(lǐng)域中進行實驗。“我們看到有團隊在醫(yī)學、汽車，甚至是心理學研究領(lǐng)域探索它的用途，”Kova?說，“所以，這一技術(shù)在未來的發(fā)展方向完全取決于用戶。”

本文轉(zhuǎn)自虛幻引擎官網(wǎng)~