Выражения человеческого лица формируются за счет столь незначительных изменений его черт, что воспроизвести в компьютерной модели настоящие человеческие эмоции представляется очень трудной задачей. В любом человеке умение распознавать эмоции развито настолько хорошо, что мы моментально замечаем перемены настроения коллеги даже с большого расстояния. Фактичес ки распознавание выражений лица происходит на уровне инстинктов. Как показали исследования, даже больные с сильными нарушением в работе мозга, которые не могут узнать себя в зеркале, все равно способны чувствовать изменения выражений лица. Поэтому не удивительно, что ошибки в строении лиц компьютерных персонажей так сильно бросаются в глаза.
Выражение лица создается непроизвольными движениями лицевых мышц. Они моментально реагируют на изменение душевного состояния человека. В течение тысяч лет основные человеческие эмоции сохраняются без изменения. Тысячу лет назад новорожден ный младенец кричал точно так же, как кричит ребенок сегодня. Эмоции - это просто рефлекторный способ выражения страха, радости, печали, удивления, отвращения или гнева.
Несмотря на то что мы с легкостью можем распознать любые эмоции, чрезвычайно трудно наделить ими компьютер ную модель. Разработанные компани ей Pixar и использовавшиеся при создании диснеевского фильма «Игрушечная история » (Toy Story) программы, выполняющие анимацию выражений лица, при моделировании лицевых мышц осуществляли расчеты на основе специальных математических формул. Такие программы с каждым днем совершенствуются, а моделирова ние выражений лица становится проще. Конечно, нельзя забывать, что разговор идет об игрушках. Их лица похожи на человеческие, но лицо настоящего человека во много раз сложнее. Персонажи этого фильма достаточно милы, но они не могут соперничать с живыми артистами.
Мне кажется, что наиболее естествен ные выражения лица удалось смоделировать при создании компьютерного дракона Драко, который был сконструирован специалистами компании ILM для фильма «Сердце дракона » (Dragonheart). Хотя лицо дракона отличается от человеческого, присущие человеку выражения лица и воспроиз веденные компанией ILM неуловимые движения лицевых мускулов заставля ют нас поверить, что на экране присутствует Шон Коннери в шкуре дракона. Как было сказано в первой главе, создание Драко было чрезвычайно сложной задачей, более дюжины художни ков-аниматоров потратили больше года лишь на то, чтобы заставить рот дракона двигаться в соответствии сдвижениями рта Шона Коннери.
Очевидно, что в одной главе нельзя поместить всю информацию о выражениях лиц. Многие ученые в нескольких университетах занимаются этой проблемой (список соответствующих Web-узлов приведен в приложении Б). Тем не менее мы постараемся рассмотреть, как на лице человека формируются основные эмоции. Если вам потребуется дополнительная информация, обратитесь к какому-нибудь хорошему учебнику по анатомии - например, прочтите книгу Gray's Anatomy или воспользуйтесь компьютерной программой A.D.A.M Comprehensive («Все о человеке »)■
Ниже говорится о шести основных эмоциональных выражениях, комбинируя которые можно создать любые другие выражения лица. Для проявления различных эмоций используются одни и те же мышцы лица, варьируются лишь их относительные усилия. Сложные выражения распадаются на несколько простых. Пример сложного выражения приведен на рис. 5.11. Шесть простейших выражений лица являются базой для моделирования компьютерных персонажей. Когда к ним добавляется артикуляция речи человека, лицо приобретает дополнительную эмоциональ ную окраску.
Рис. 5.11 Улыбку можно комбинировать с другими выражениями лица для воспроизведения выражения хитрости, страсти или счастья
Скорбь
Почти все выражения лица взрослого человека основаны на соответствующих выражениях лица новорожденного младенца, среди которых основным является выражение плача. Выражение скорби больше всего походит на плач ребенка, хотя похожие движения лицевых мышц можно обнаружить и при формировании других выражений лица. Горе и страдание представляют собой приглушенные формы скорби.
Выражение скорби формируется комбинацией движений мышц нижней части лица. При этом нижняя губа оттягивается вниз, а верхняя губа приподни мается. В результате рот расширяется и приобретает несколько прямоуголь ную форму. Губы сдвигаются назад и плотнее прижимаются к зубам, а в уголках рта иногда становятся видны нижние зубы. Мышцы, расположенные выше рта, образуют носогубную склад-
Рис. 5.12 Стрелки на рисунке показывают направления смещений мышц лица, формирующих выражение скорби ку. Нижняя губа натягивается, так что мышцы, которые обычно приподнима ют середину губы и округляют подбородок, в данном случае только выгибают среднюю часть нижней губы вверх. В результате этого кажется, что уголки губ опускаются, хотя на самом деле, как показано на рис. 5.12, приподнимается середина нижней губы. Этот рисунок демонстрирует сильно преувеличенное выражение скорби. Весь спектр печальных выражений лица получается из представленного выражения путем уменьшения смещений мышц лица.
В верхней части лица скорбное выражение формируется за счет сужения глаз. Причина этого инстинктивного сближения век связана со стремлением организма предохранить глаза от избыточного давления крови. Кровяное давление в сосудах глаз увеличивается, когда при скорбных рыданиях из легких вырывается большое количество воздуха, а сжатие тканей вокруг глаз частично компенсирует давление внутри них, улучшая состояние глаз. Похожим образом глаза прикрываются во время крика, чихания, кашля и смеха. Чем сильнее человек кричит, тем уже становятся его глаза. Фактически очень трудно сохранять глаза широко раскрытыми во время крика, смеха, чихания или кашля. Попробуйте в один из таких моментов широко раскрыть глаза, и вы почувствуете, как трудно это сделать.
Когда человек скорбит, его брови опускаются и сходятся к переносице. Это движение сильнее проявляется на внутренних концах бровей, которые расположены ближе к глазу. Между бровями появляются небольшие вертикаль ные морщины, но лоб остается гладким. На переносице могут возникнуть глубокие складки, соединяющие внутрен ние уголки глаз, а около внешних уголков глаз часто появляются расходящи еся морщинки в форме лапок петуха. Щеки приподнимаются, становятся более округлыми, кожа на них натягива ется. В результате такой формы щек образуется широкая складка, идущая от середины носа вниз с обеих сторон лица, как показано на рис. 5.12.
Гнев
Гнев может выражаться различными способами, от яростного крика до свирепого взгляда в сочетании с плотно сжатыми губами. Тем не менее у всех разновидностей выражений гнева существуют общие черты. Гнев всегда связан с изменениями лица в области глаз. При этом сами глаза расширяются, и чем они шире, тем более сердитым выглядит лицо человека.
Брови - вот что в первую очередь придает лицу выражение ярости или формирует свирепый взгляд. Чем сильнее они опускаются и сближаются, тем яростнее выглядит лицо. При этом брови могут нависать над глазами и даже полностью закрыть верхнее веко. Впечатление нависающих бровей дополнительно усиливается тем, что глаза расширяются. Когда на лице присутству ет гневное выражение, должны быть видны по крайней мере три четверти площади радужной оболочки, но расположенный над ней белок не обязатель но должен просматриваться. При этом верхнее веко глаза как бы втягивается под бровь.
Другой отличительной чертой гневного взгляда является натянутая кожа нижних век. Она подчеркивает присталь ный взгляд человека.
Показанные на рис. 5.13 три характер ных для гневного лица элемента - опущенные брови, расширенные глаза и натянутые нижние веки - являются
Рис. 5.13 Сердитые глаза - важная часть выражения эмоции гнева
Рис. 5.14 Сердитое лицо с открытым как бы в усмешке ртом основой для создания выражения ярости на лице персонажа. Однако их недостаточно для того, чтобы получить на лице по-настоящему яростное выражение. Чтобы лицо модели выглядело естественнее, необходимо еще изменить форму рта.
Смоделировать рот рассерженного человека чуть посложнее, чем сделать сердитые глаза. Если человек яростно кричит, его рот должен быть раскрыт как бы в усмешке. При этом край верхней губы загибается вверх, и над ним появляется небольшая складка. Губы натягиваются и приоткрываются, обнажая зубы. Нос полностью изменяет свою форму. Внешние края ноздрей приподнимаются и раздвигаются в стороны, раздувая ноздри. Щеки надуваются и вытягиваются, образуя мешки под глазами (см. рис. 5.14).
Рис. 5.15
Сжатые губы на сердитом лице демонстрируют сдержанность
Рассерженное лицо другого типа имеет плотно сжатые губы. Подобным образом выглядит сдерживающая свой гнев мать, увидевшая только что разбитую ее ребенком вазу. Для этого варианта сердитого лица характерны плотно сжатые губы, которые практически сливаются в одну тонкую линию. При этом нижняя губа слегка выдается вперед, а выше и ниже губ образуются выпуклости. Края рта загибаются вниз, подбородок выпячивается, а кожа на нем натягивается в результате сокращения мускулов, как показано на рис. 5.15.
Улыбка - это вторая форма эмоциональных выражений, знакомых каждому с младенческого возраста. Улыбка одинакова у людей любой культуры, она не знает границ и является разновидностью вездесущего и всеми понимаемого человеческого смеха. Выражение радости, помимо того что относит ся к приятным выражениям лица, является еще и одним из самых простых для воспроизведения в модели. Это выражение создается с помощью двух мышц лица: мышцы скулы, которая подтягивает кожу рта, и круговой мышцы глаза, которая сужает глаз. Любая, самая слабая улыбка создается с помощью этих мышц.
Распознать улыбку на лице человека можно по прищуренным глазам и образовавшимся под ними выпуклым валикам кожи. Чем сильнее улыбка, тем больше сощуриваются глаза. Для этого выражения лица характерны выступающие укороченные нижние веки, надвигающиеся на глаза и скрывающие часть радужной оболочки. Когда человек смеется, глаза сильнее закрывают ся именно снизу. Верхние и нижние веки при этом смыкаются примерно посередине глаза, то есть выше, чем в случае, когда глаз просто закрывается. В результате этого линия ресниц становится почти прямой, тогда как обычно, в случае нормально закрытых глаз, она выгнута вниз.
Около внешних уголков глаз при улыбке могут появиться мелкие морщинки, а у смеющегося человека морщинки могут наблюдаться и около внутренних уголков глаз. Щеки надуваются, кожа на них натягивается, и они становятся похожи на два яблока.
Радость
Рис. 5.16
Лицо улыбающегося человека. Стрелками показаны движения лицевых мышц
На щеках, которые в целом имеют сферическую форму, могут появиться ямочки. Улыбаясь, рот растягивается и приоткрывается, демонстрируя зубы. Подбородок опускается вниз и отодвигается назад, между ним и шеей на коже образуются складки. В улыбке рот растягивается, а губы, в особенное ти верхняя, становятся тоньше. Брови во время улыбки не меняют своей формы, поэтому лоб остается расслаблен ным и гладким (см. рис. 5.16).
Чтобы придать лицу выражение сильной радости, нужно опустить нижнюю челюсть так, чтобы высота раскрытого рта оказалась больше его ширины. Брови нужно приподнять так, чтобы над ними появилась горизонтальная складка. В результате этого поднимут ся верхние веки, а глаза широко раскроются.
Страх
Малодушный страх - выражение, которое частенько вызывается на наших лицах просмотром фильмов ужасов субботними вечерами. Эмоциональное выражение ужаса приберегается нами до моментов, когда мы оказываемся перед лицом насилия или угроз. В обыденной жизни выражение ужаса обычно имеет менее резкую форму страха - примерно такого, скажем, какой читается на лице человека, вдруг увидевшего ужасного паука, подобного изображенному в третьей главе.
В момент страха у человека приподнимаются брови и широко раскрываются глаза. Поднимаясь, брови сходятся, а рот человека открывается, обнажая нижние зубы, причем нижняя губа остается практически прямой. Форма рта становится похожей на латинскую заглавную букву О, расположенную перекладиной вниз. Рот открывается потому, что обычно, когда человек испытывает страх, он делает сильный вдох. Глаза раскрываются максимально широко, становятся видны белки. Чем сильнее ужас, тем шире раскрыты глаза (см. рис. 5.17).
Отвращение
Вам знакомо это чувство, возникающее, когда видишь печенку в меню обеда на вечернем приеме? Уж я-то по крайней мере чувствую отвращение. Эта эмоция является чисто физиологическим от-
Рис. 5.17 Выражение страха. Стрелки показывают направления движения лицевых мышц кликом на пищу, которую желудок может не принять.
Отвращение выражается опущенными бровями, сощуренными глазами, под которыми образуются складки, и сморщенным носом, на котором появляется множество складок в районе переносицы. Носогубная складка углубляет ся, особенно возле ноздрей, а верхняя губа сжимается и втягивается внутрь (см. рис. 5.18).
Удивление
Из всех эмоций удивление появляется на лице быстрее всего, почти мгновенно. Удивление, так же как гнев и страх, в основном передается глазами. Чем шире они раскрыты, тем более удивленным выглядит лицо человека. Если глаза не будут широко раскрытыми, лицо никогда не покажется удивленным. Обычно удивление передается расширенными глазами, приподнятыми бровями и приоткрытым ртом (см. рис. 5.19).
Рис. 5.18
Выражение отвращения. Стрелки на лице показывают направления движения мышц
Рис. 5.19 Удивленное лицо. Стрелки показыва ют движение мышц
Одной из разновидностей эмоции удивления является радостное удивление. Соответствующее выражение лица передается особенной формой рта, которая в состоянии радостного удивления является промежуточным вариантом между улыбкой и просто раскрытым ртом.