Efeitos Visuais - Completo

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UNISO - Universidade de Sorocaba
Efeitos Visuais Utilizando Chroma Key e Captura de movimento para CG
COMPUTAÇÃO GRÁFICA
Thairone Cecato 81073
Vinicius Garcia 81162
Sorocaba/SP
2017
Sumário
1.	Introdução	2
2. Efeitos Especiais	4
3. Efeitos Visuais	5
3.1. Chroma Key	5
3.2. Composição	7
3.3. Tracking	7
4. Elementos 3D	8
4.1 Modelagem	8
4.2 Texturas	8
4.3 Simulação	9
4.4 Partículas	10
4.5 Materiais	10
4.6 Rigging	11
4.7 Iluminação	12
4.8 Animação	13
5. Rotoscopia	13
6. Captura de movimento	14
6.1. Vantagens e desvantagens dos sistemas de captura de movimentos	16
6.2. Sistema ópticos	16
6.3. Marcadores passivos	17
6.4. Marcadores ativos	18
6.5. Sistemas não ópticos	19
6.6. Sistemas de inércia	19
6.7. Sistemas mecânicos	20
6.8. Sistemas magnéticos	21
7. Sensores/Marcadores	22
7.1. Sistemas Inside-in	23
7.2. Sistemas Inside-out	23
7.3. Sistemas Outside-in	23
8. Conclusão	24
Referencias	24
1. Introdução
Efeitos especiais e visuais existem desde os primórdios do cinema, começando nos primeiros efeitos ópticos e práticos até os complexos CGI’s modernos.
Nesta apresentação iremos explorar cada avanço dos efeitos desde sua criação até os dias atuais, e a melhor forma para de entendermos a evolução é através dos próprios filmes.
3.1. História
O primeiro filme —  Horse (1878)
Horse foi considerado o primeiro filme com a utilização de efeito especial, onde consistia em um cavalo se movendo em um fundo branco fixo.
The Execution of Mary ( 1893)
O filme The execution of Mary foi o primeiro filme com efeito especial que se tem registro.
Na cena da decapitação da rainha, no momento em que a cabeça seria cortada, percebemos um corte na filmagem, foi o momento onde congelaram os atores e substituíram a atriz por um boneco.
Le Voyage Dans La Lune (1902)
Várias técnicas foram utilizadas neste filme. Perspectiva forçada, miniaturas, exposição múltipla, pinturas de fundo (matte paint), stop motion e o primeiro animatronic que se tem notícia.
Para a criação da lua foi utilizado papel machê e marionetes para a movimentação.
2. Efeitos Especiais
Os efeitos especiais, também conhecidos como SFX, SPFX ou FX, são efeitos físicos reais que ocorrem no momento da gravação, eles vão desde coisas mais simples como vento ou chuva no set até estruturas muito complexas e perigosas como uma série de explosões. A execução de efeitos especiais perigosos geralmente envolve além da equipe de desenvolvimento do efeito, somente as pessoas estritamente necessárias para a gravação. Em geral apenas o primeiro assistente de direção está presente próximo a o que vai acontecer seguindo orientações dos profissionais especializados e assegurando que normas de segurança estejam sendo adotadas e seguidas.
3. Efeitos Visuais
Efeitos Visuais ou VFX são uma série de processos aplicados a imagens reais e criadas por computação visando integrá-las de maneira sútil e homogênea em cenas onde a gravação seria impossível pelo orçamento, perigo ou qualquer outro motivo. Apesar de ter a maior parte do seu processo executado na pós-produção, os efeitos visuais são pensados e planejados bem antes, em geral na etapa de pré-produção e produção.
3.1. Chroma Key
O conceito é simples: a gravação é feita em frente a um fundo verde, vermelho ou azul e nos pós se “diz” ao computador que aquela cor específica deve ser retirada, pronto, se foi bem executado seu objeto terá um recorte bem feito após poucos ajustes.
Pequenos detalhes podem fazer toda a diferença no seu produto final, quando não se toma cuidado com algum aspecto ou é fisicamente inviável fazer o chroma perfeitamente isso pode acabar comprometendo o recorte e adivinha qual a solução mais comum? Horas e mais horas de rotoscopia para deixar tudo certo na sua composição.
3.2. Composição
Composição em linhas gerais refere-se à combinação de diferentes elementos em uma cena para que ela se torne uma imagem única e passe esta sensação visual. Geralmente você terá uma cena gravada com fundo verde ou azul e trabalhará inserindo os mais variados tipos de elementos nela. Durante este processo você acertará níveis e detalhes técnicos em cada uma das camadas envolvidas e seus respectivos elementos para que o resultado final seja uma imagem única.
3.3. Tracking
O tracking é utilizado para obter informações de movimento da câmera e depois reaplicá-las aos elementos que não estavam presentes na gravação. Como no exemplo do vídeo ao apenas inserir o tigre ao plano base ele ficará parado no espaço 2D da tela enquanto o barco se movimenta, por isso utilizamos o tracking e o associamos à camada estática. Em poucas palavras o traking seria: uma sequência de informações de posicionamento calculadas quadro a quadro pelo software. Para maior precisão durante a gravação há alguns tracking points que são marcas (pequenos pontos ou alguns “X”, por exemplo) usadas para obter alto contraste entre duas cores.
4. Elementos 3D
Os elementos 3D são praticamente um universo a parte com várias etapas e detalhes. Geralmente o artista acaba se especializando em alguma delas ou então torna-se o que chamamos de generalista, isso quer dizer que ele consegue executar vários dos processos em um nível muito bom e que pode ser utilizado em peças profissionais, mas não necessariamente com tanta precisão, rapidez ou perfeição quanto um especialista. Algumas etapas da construção 3D são:
4.1 Modelagem
É todo o processo de construção de objetos que geralmente tem início com um ou vários sólidos até chegar ao produto final, ele pode ser bem técnico como peças de motores, por exemplo ou bastante artístico com a utilização de programas como o ZBrush, onde você praticamente esculpe seu modelo quando necessário.
4.2 Texturas
Feito o modelo o próximo passo será a inserção de texturas, pois por enquanto ele é uma massa sem cor. As texturas podem ser criadas em softwares 2D como o Photoshop e aplicadas ao modelo, a utilização de sombras e gradientes em cores também podem criar efeitos de profundidade que você não definiu na etapa de modelagem.
4.3 Simulação
Ocorre quando você simula eventos através do controle de variáveis no software, ou seja, ao simular água você não precisa pensar matematicamente no movimento da água, o software já faz este trabalho por você, sua parte é definir outras variáveis para chegar a simulação que deseja, o que nos leva ao tópico seguinte.
4.4 Partículas 
São um efeito muito usado pois serve de base para a construção de vários fenômenos, tais como água, fumaça, poeira, com base nas partículas e em como você define suas variáveis é que se torna possível chegar ao resultado que você precisa.
4.5 Materiais 
O material ajuda a chegar ao resultado que você busca com o objeto em conjunto com a textura, quando você define as características do material o objeto passa a responder de acordo com essas especificações quanto à iluminação e outras características.
4.6 Rigging 
Antes de ser enviada aos animadores nossa malha 3D precisa passar pelo processo de rigging, nele os profissionais responsáveis irão inserir ossos e articulações ao personagem criando uma hierarquia de movimentos. O rig de um personagem pode demorar de horas a semanas e é essencial para que o animador consiga trabalhar de maneira eficiente.
4.7 Iluminação
Sua peça 3D precisa ser iluminada assim como nós somos na vida real e o processo de iluminação 3D é praticamente uma emulação do mundo, por isso alguns diretores de fotografia já usam maquetes 3D do seu set para definir iluminações e distâncias, quanto mais você souber de fotografia, melhor iluminado seu objeto será.
4.8 Animação
O método de animação começa com uma imagem, chamada de frame, seguida por outro frame com ligeiras alterações. Após a conclusão da cena a passagem das várias imagens em rápida sucessão criam a ilusão de movimento. Ao contrário da animação 2D este método é facilitado pelo cálculo automático de movimento auxiliado pelo software de animação tridimensional que torna este tipo de animação mais rápida e consequentemente mais acessível de produzir.
5. Rotoscopia
A
rotoscopia é uma técnica de animação, onde é utilizado como referência um modelo vivo, cada frame (quadro) filmado serve para desenhar o movimento do que será animado. As imagens de cada frame podem servir de referência para a criação do desenho por completo, como também, pode servir para criar parte dele, deixando um pouco do que foi filmado.
Através dos frames o designer redesenhava por cima, obtendo o resultado desejado.
6. Captura de movimento
Captura de movimento, digitalização de movimento ou MOCAP são os termos utilizados para definir o processo de gravação de movimentos reais e posterior passagem dessa informação para um objeto virtual que se pertence, que se movimente de acordo com a informação obtida a partir dos movimentos reais.
Estes sistemas estão já a ser usados em aplicações com finalidade militar, como apoio a atividades desportivas, apoio e acompanhamento médico, áreas educacionais e de entretenimento. No cinema é já amplamente usado para nas áreas de efeitos especiais, digitalizando os movimentos dos atores e duplos, bem como na área de interpretação ( Sistemas desenhados para captura de expressões faciais ou de outras ténues formas expressivas dos atores - Captura de representação ou PERFORMANCE CAPTURE.
Nas sessões de captura de movimentos, um ou vários atores ou utilizadores dos sistemas de captura de movimentos, realizam os movimentos desejados, que vão ser reconhecidos e registados em décimas de segundo, pelo sistema criando um conjunto de dados que localizam espacialmente a posição de cada ponto de referência usados, assim como a relação também espacial dos vários pontos entre eles. Esta informação vai ser interpretada pelo computador, podendo em tempo real inseri-la num esqueleto virtual, que por sua vez vai controlar a personagem virtual 3D OU 2D devidamente preparada para receber esta informação. Como resultado final obtemos uma representação virtual dos movimentos reais que foram executados pelo utilizador do sistema.
Este processo é vagamente similar ao antigo processo de animação usado pelos estúdios de animação como a DISNEY, que usavam imagens filmadas dos atores para posteriormente poderem desenhar as personagens animadas por cima dessa referência, conseguindo assim uma animação mais fluida e próxima do real. Este método era chamado de rotoscopia.
6.1. Vantagens e desvantagens dos sistemas de captura de movimentos
As vantagens dos sistemas de captura de movimentos são variadas, mas essencialmente, estão relacionadas com a capacidade de registar em tempos muito mais rápidos, séries mais numerosas de testes de movimento, animações e sequencias; que devido à capacidade destes sistemas registarem com grande pormenor características do movimento físico, como forças dinâmicas ou peso, permitem uma progressão no trabalho mais rápida e também mais detalhada. Os animadores dispõem assim de uma ferramenta que não só lhes permite realizarem mais rápido o seu trabalho, mas também poderem dispor das características físicas do movimento criado pelo ator real.
As desvantagens podem se resumir a duas dificuldades gerais. Para utilização destes sistemas é requerido que se utilize software e hardware específicos que normalmente são bastante dispendiosos de adquirir, então temos primeiro uma dificuldade de custos agravados. Mas também temos algumas dificuldades funcionais, pois interagir posteriormente com os dados obtidos na captação pode ser bastante penoso e demorado, sendo normalmente mais rápido e simples voltar a fazer nova captura em detrimento de correções que possam ser efetuadas depois da captação.
6.2. Sistema ópticos
Os sistemas de captação de movimentos podem-se dividir em dois grupos distintos: Os sistemas que se baseiam em captação por canais ópticos e os outros sistemas diversos que podemos agrupar e designar de sistemas não-ópticos.
Os sistemas ópticos, são no momento os mais usados, e permitem uma liberdade de movimentos mais alargada. Com a evolução da tecnologia dispomos neste momento de ferramentas bastante desenvolvidas, tanto em algoritmos e software desenvolvido para reconhecimento de vídeo e posterior transposição dessa informação para softwares de 3D; Como a própria tecnologia de captação baseada em câmeras de infravermelhos está a melhorar permitindo que com menos câmeras na captação se consigam os mesmos resultados.
Os sistemas ópticos baseiam-se então na captação através da interpretação de sinais visuais que são capturados por várias câmeras, normalmente dispostas em redor do sujeito numa circunferência de 360 graus, sendo necessário um mínimo de 8 câmeras (normalmente) para que essas mesmas câmeras possam registar o movimento em sincronia e sem que a sobreposição dos membros ou partes do corpo do ator possam dificultar a captação da informação desse mesmo movimento. O sistema dispõe, assim, de oito sequencias capturadas em sincronia do mesmo movimento, de 8 pontos de vista diferentes que serão depois conjugados em informação espacial precisa.
Os sistemas ópticos podem usar marcadores ativos, passivos ou mesmo não necessitar de os usar de todo. Estes marcadores vão facilitar a identificação dos pontos principais do esqueleto do indivíduo que está a usar o sistema; estes pontos são chamados de pontos de articulação.
6.3. Marcadores passivos
Os marcadores passivos são somente pequenas esferas ou discos revestidos por uma camada de tinta refletiva, que são colocados nos pontos de articulação sobre um fato de lycra preto ( normalmente usados nas sessões de captação ) ou mesmo sobre a pele do ator ( no caso de captação de expressões faciais ), As câmeras reguladas para captarem esta tinta refletiva, vão desconsiderar a restante informação visual e centrar-se somente em interpretar a informação do movimento desses pontos refletivos no espaço. Este sistema, baseado em marcadores passivos é o sistema que permite maior conforto e liberdade ao utilizador mas tem algumas limitações pois para as câmeras os pontos são iguais não havendo uma distinção entre eles podendo haver erros de interpretação e seguimento dos pontos com a sua sobreposição. Para evitar este tipo de erros será necessária a utilização de muitas câmeras em redor do sujeito com uma constante comparação dessas imagens sincronizadas, para assim evitar erros de interpretação visual.
6.4. Marcadores ativos
Os marcadores ativos distinguem-se dos marcadores passivos, pois emitem um sinal luminoso que o identifica individualmente (Ative LEDs); assim evitam-se problemas de identificação individual de cada marcador possibilitando que o sistema de captação identifique individualmente cada ponto de articulação e o localize no espaço e em relação a cada um dos outros marcadores.
Esta capacidade de este sistema conseguir identificar cada ponto de articulação separado dos outros marcadores, faz com que seja o mais indicado para processos de gravação de movimentos em tempo real.
6.5. Sistemas não ópticos
São sistemas de captura ou digitalização de movimentos que não utilizam câmeras de captação, mas sistemas de leitura e produção dos dados espaciais que se baseiam em outras premissas, como por exemplo: Sistemas mecânicos, sistemas de inércia e sistemas magnéticos.
6.6. Sistemas de inércia
A tecnologia destes sistemas de inércia baseia-se na utilização de sensores de inércia miniaturizados e modelos biomecânicos. Os dados de movimento captados por estes sensores são normalmente transmitidos por sistemas sem fios para o computador que faz a leitura e interpretação desses dados, permitindo a visualização do movimento registado. A maioria dos sistemas de inércia utilizam giroscópios para determinar a informação da rotação imposta nesses sensores, esta informação vai ser canalizada para produzir o mesmo efeito num esqueleto virtual. Como nos sistemas ópticos, quantos mais sensores forem usados mais precisa vai ser a captação dos movimentos. O que estes sistemas dispensam na totalidade, são as câmeras de captação e podem ser usados nos mais variados sítios em escalas muito diversas.
Estes
sistemas estão a ser bastante populares nas empresas de produção de videojogos, pois são fáceis de usar e produzem um aumento na rapidez dos processos de captação de movimento.
6.7. Sistemas mecânicos
Os sistemas mecânicos utilizam fatos corporais que registram as rotações das articulações do utilizador através de uma espécie de exoesqueleto que reproduz os mesmos movimentos que o utilizador do sistema está a executar. São normalmente construídos com tubos metálicos ou plásticos que são colocados de maneira a simular ossos e articulações do esqueleto interno do utilizador. São sistemas que permitem captação em tempo real, sem perigo de sobreposições (problema recorrente em sistemas ópticos).
6.8. Sistemas magnéticos
Os sistemas magnéticos de captura caracterizam-se pela velocidade de processamento dos dados capturados (tempo real). Neste tipo de sistema, emprega-se um conjunto de receptores que são posicionados nas articulações do ator. Tais receptores medem a posição 3D e orientação das articulações em relação a uma antena transmissora, que emite um sinal. Cada receptor necessita de um cabo para se conectar à antena. Algumas vantagens dos sistemas magnéticos são o baixo custo computacional para o processamento dos dados, maior precisão dos dados (não existem problemas de oclusão) e o baixo custo do equipamento. Com uma taxa de amostragem de cerca de 100 FPS, os sistemas magnéticos são ideais para a captura de movimentos mais simples. A maior desvantagem deste tipo de sistema são os diversos cabos que conectam os receptores à antena. Uma outra desvantagem do processo magnético é a interferência causada por objetos de metal próximos ao local de captura. Campos magnéticos são extremamente sensíveis a objetos metálicos. Até mesmo a estrutura do prédio pode causar alguma interferência.
7. Sensores/Marcadores
Uma classificação interessante, divide os sistemas de captura em três categorias: inside-in, inside-out e outside-in. A semântica desta classificação é simples: a primeira palavra refere-se à localização do sensor ou marcador no sistema (inside, se o sensor está no corpo do ator; e outside, caso esteja fora). Já a segunda palavra indica a posição da fonte emissora (por exemplo, a câmera dos sistemas óticos), em relação ao corpo do ator. Como visto na figura a cima, uma imagem ilustrando os componentes típicos de sistemas de captura de movimento.
 
7.1. Sistemas Inside-in
Neste tipo de sistema, os sensores e a fonte transmissora estão localizados no próprio corpo do performer. Um exemplo de sistemas deste tipo é a Power Glove (Nintendo-Mattel), que utiliza sensores flexíveis para captar orientações. Os sensores deste tipo de sistema geralmente possuem um baixo "fator de forma" e, consequentemente, são os mais indicados para a captura de movimentos de objetos pequenos (dedos das mãos, olhos etc.). Seu workspace é ilimitado devido à sua restrição espacial ao corpo do ator, porém são considerados extremamente obstrutivos. As coordenadas obtidas por sistemas deste tipo são, geralmente, desprovidas de informação 3D, fornecendo somente orientações relativas. Sistemas mecânicos de captura como o Digital Monkey estão inseridos nesta categoria.
 
7.2. Sistemas Inside-out
São sistemas onde os sensores estão conectados ao corpo do ator, e que respondem a sinais emitidos por uma fonte emissora externa. Sistemas magnéticos e acústicos estão nesta categoria. O workspace e a precisão de sistemas inside-out são limitados devido ao uso de fontes externas, mas os dados obtidos fornecem uma boa descrição 3D dos sensores/marcadores. Além disso, o seu "fator de forma" mais alto restringe sua utilização à captura de partes maiores do corpo.
 
7.3. Sistemas Outside-in
Em sistemas deste tipo, a fonte emissora está localizada no corpo do ator, enquanto que os sensores externos capturam seus sinais. Em sistemas óticos, a fonte emissora são os marcadores cobertos com material refletivo, que refletem a luz emitida por flashes. Tais reflexões são captadas pelos sensores, que são as câmeras. Sistemas deste tipo sofrem do problema de oclusão e possuem um workspace limitado, porém possuem o menor grau de obstrutividade. Outro exemplo de sistemas outside-in são os utilizados para o tracking da pupila e da córnea.
8. Conclusão
Desde o inicio da criação dos filmes, são utilizados técnicas de efeitos onde na vida real seria impossível de se fazer, conforme as técnicas vão evoluindo o realismo nas cenas está cada vez mais bem produzido.
Nos tempos atuais as técnicas não são utilizadas apenas para criar efeitos, elas são utilizadas para diminuir os gastos na produção do trabalho, um exemplo bem simples de entendimento seria a criação e destruição de prédios, carros, cidades, com isto o valor de produção seria extremamente caro e até impossível de executar, então através dos efeitos podemos criar está destruição com uma verba reduzida.
Assim percebe-se que sem o uso de técnicas de efeitos seria impossível presenciarmos grandes obras da atualidade.
Referencias 
ENTENDA A DIFERENÇA ENTRE EFEITOS ESPECIAIS E EFEITOS VISUAIS. Disponível em: <https://educacao.ymda.com.br/efeitos-especiais-vs-efeitos-visuais/>. Acesso em setembro de 2017.
Efeitos Especiais. Disponível em: < http://www.natrevideo.com.br/efeitos-especiais/>. Acesso em setembro de 2017.
Efeitos Visuais ou Especiais? Conceitos Básicos de VFX. Disponível em: <http://cinematografico.com.br/2016/03/efeitos-visuais-ou-especiais-conceitos-basicos-de-vfx/>. Acesso em setembro de 2017.
Conheça os diferentes tipos de captura de movimento para animação e jogos
. Disponível em: <https://www.allanbrito.com/2014/11/17/conheca-os-diferentes-tipos-de-captura-de-movimento-para-animacao-e-jogos/>. Acesso em setembro de 2017.
Integração da captura de movimentos (MOCAP) com a realidade virtual imersiva. Disponível em: < https://realidadevirtualemocap.wikispaces.com/>. Acesso em setembro de 2017.
Motion Capture - Introdução à Tecnologia. Disponível em: < https://www.visgraf.impa.br/Projects/mcapture/publ/mc-tech/>. Acesso em setembro de 2017.
TIPOS DE CAPTURA DE MOVIMENTO. Disponível em: < http://artigos.netsaber.com.br/resumo_artigo_78318/artigo_sobre_tipos-de-captura-de-movimento>. Acesso em setembro de 2017.
Animação 3D. Disponível em: < http://knoow.net/arteseletras/cinemateatro/animacao-3d/>. Acesso em setembro de 2017.