ARRI beteiligt sich an volumetrischem Studio Volucap

Als Mitgesellschafter von Volucap, dem ersten volumetrischen Studio auf dem europäischen Festland, treibt ARRI die Entwicklung und Vermarktung von Aufnahmetechniken für Virtual Reality (VR) und Augmented Reality (AR) voran.

Es galt, ein Studio für volumetrische Aufnahmen zu beleuchten. Das Studio in Potsdam Babelsberg, das im Auftrag der Volucap GmbH in Babelsberg errichtet wurde, ist eine Weiterentwicklung und Vergrößerung eines Prototyps, der im Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) vorentwickelt wurde. Dies erlaubte ein Zurückgreifen auf die dort gesammelten Erfahrungen mit verschiedenen Materialien zur Konstruktion.

Sven Slazenger (Interlake), Dr. Carl Woebcken (Studio Babelsberg), Brandenburgs Wirtschaftsminister Albrecht Gerber, Peter Kauff (Fraunhofer HHI), Schauspielerin Emilia Schüle, Dr. Johannes Steurer (ARRI), Frank Govaere (UFA) und Volucap-Geschäftsführer Sven Bliedung (v.l.n.r.) haben symbolisch den Knopf für den Weg in die Zukunft gedrückt. Quelle: Stefan Kny

Das Studio ist auf 170 Quadratmetern im fx.Center auf dem Gelände des Studio Babelsberg beheimatet und mit 32 Kameras ausgestattet, die ringsum an einer knapp vier Meter hohen Lichtrotunde installiert sind. In dem Raum lassen sich Menschen und Objekte dreidimensional und lebensecht einscannen. Der bisherige Prototyp des volumetrischen Videostudios dient rein zu Laborzwecken und ist dort seit Oktober 2017 in Betrieb.

Die installierte Software „3D Human Body Reconstruction"(HBR) erstellt keine digitalen Avatare, sondern erzeugt hologrammartige Darstellungen der realen Personen, die sich wie computergenerierte Modelle bearbeiten lassen. Die so aufgenommenen Schauspieler können in realen und virtuellen Welten platziert werden. Ebenso ist es möglich, dass Zuschauer mit Hilfe von VR-Technik die Welten betreten und das Geschehen und die aufgenommene Person oder das aufgenommene Objekt aus jedem möglichen Blickwinkel anschauen.

"3D Human Body Reconstruction" ist eine Software, die hologrammartige Darstellungen von realen Personen erzeugt. Quelle: FKT

Für die kommerzielle Nutzung der Technik wurde von den Gesellschaftern ARRI (Arnold & Richter Cine Technik GmbH & Co. Betriebs KG), Fraunhofer-Gesellschaft, Interlake System GmbH, Studio Babelsberg AG und UFA GmbH eigenes die Volucap GmbH gegründet. Die Technik kann branchenübergreifend genutzt werden, für professionelle Auftragsproduktionen der Industrie wie Medizin, Automotive oder in der Games-Branche. Die Notwendigkeit, die kommerzielle Produktion auszulagern, entstand für das Fraunhofer HHI durch die aktuellen Marktentwicklungen bei VR und AR und die steigende Nachfrage nach volumetrischen Inhalten. Als Forschungsinstitut wolle man sich wieder verstärkt auf die technisch-wissenschaftliche Weiterentwicklung der HBR-Basistechnologie konzentrieren.


Investition in die virtuelle Zukunft

„Für ARRI ist die Beteiligung an VoluCap eine Investition in die (virtuelle) Zukunft“, betont Dr. Johannes Steurer, Teamlead Future Trends & Technology bei ARRI. Die Beteiligung sei eine Möglichkeit, in einer frühen Phase Technologien und Marktchancen in den Bereichen VR, AR und MR kennenzulernen und mit zu entwickeln. Das Betreiberkonsortium sei interdisziplinär zusammengesetzt, mit gemeinsamen Fokus auf kommerzielle Umsetzung der neuen Aufnahmetechnik. Er ergänzt: „In dieser Phase ist der enge Kontakt zu Kunden entscheidend für die Ausreifung der Methoden und Prozesse.“ ARRI wolle gezielt seine Innovationskraft in den Bereichen VR, AR und MR weiter ausbauen.

"Im Bereich Licht bringt ARRI die Kompetenz zur Konfiguration und zum Bau komplexer Studios ein. Der Einsatz von 225 Skypanel-Scheinwerfern erlaubt eine sehr gleichmäßige Beleuchtung der gescannten Personen und anderer bewegter Objekte sowie eine perfekte Abstimmung der XY-Farbwerte im Normfarbsystem", so Dr. Johannes Steurer.

Im weiteren Verlauf gehe es darum, diese Möglichkeiten praxisgerecht zu erproben und gegebenenfalls im Hinblick auf die relevanten Use-Cases zu optimieren.

"Im Bereich VR-Dienstleistungen stellt ARRI bereits heute Produktionen für die Betrachtung auf VR-Brillen her. Die 3D-Inhalte werden dafür zumeist am Computer generiert. Es ist zu erwarten, dass volumetrisch gescannte Personen natürlicher wirken, Emotionen besser ausdrücken können und damit weniger Produktionszeit verbunden ist als bei Computer-generierten Charakteren.", so Dr. Johannes Steurer.

In dieser Zeit ginge es darum, die Schnittstellen und Workflows auszuarbeiten und zu etablieren, um solche Scans in bestehende VR-Produktionen einzubauen und neue Gestaltungswege zu finden.

"Im Bereich Kamera geht es schließlich um ein völlig neues Aufnahme-Paradigma. In der VR/AR-Domäne wie auch bei virtual production finden viele Aspekte der Bildgestaltung nicht mehr vor der Kamera, sondern in einer virtuellen 3D-Welt statt. Die Anforderungen an die Kameras sind daher völlig andere als bei einer szenischen 2D-Produktion. Zum Beispiel dürfen durch die VR-Kamera keine Verunschärfungen entstehen, wie sie Bewegungen oder eine begrenzte Schärfentiefe verursachen", erläutert Dr. Johannes Steurer.

Nach heutigem Stand seien die gescannten Personen qualitativ noch nicht hochwertig genug, um sie in „begehbaren Filmen“ eingesetzt zu werden. Mit den Partnern von Volucap solle die Lücke gefüllt werden. Erwartet wird, dass die entwickelten Methoden und Systeme auch außerhalb der kontrollierten Studioumgebung in größerem Stil Anwendung finden.


Schauspielerin Emilia Schüle lässt sich im Studio scannen. Quelle: Stefan Kny
Der Einsatz von 225 SkyPanels erlaubt eine sehr gleichmäßige Beleuchtung der gescannten Personen und anderer bewegter Objekte. Quelle: Stefan Kny
Die aufgenommenen Schauspieler können in realen und virtuellen Welten platziert werden. Quelle: Volucap

Technische Fakten

Der Spielraum, also das Volumen, in dem eine Szene gespielt werden soll, wurde als Zylinder (ø = 3m, h = 2m) festgelegt. In diesem Zylinder muss der vollkommen diffuse Lichteinfall an jeder Stelle homogen hinsichtlich aller Parameter sein, die für eine Aufnahme erforderlich sind: Beleuchtungsstärke, Farbort und Farbwiedergabe. Als zweite Voraussetzung sollte die Beleuchtung einen homogenen Hintergrund erzeugen, der es ermöglicht, die gespielte und mit 32 Kameras (Maximalanforderungen Blende 11, Belichtungszeit 1/1000s) gefilmte Szene in der Postproduktion freizustellen.

Die ARRI System Group nahm auch die Konzeption, und die Planung für das Truss und die Beleuchtung sowie die Installation vor. Quelle: Stefan Kny

Beleuchtungsanforderungen:
Homogene Ausleuchtung und homogener Hintergrund, E = 105.000 lx, CRI 90+, Tcp 2700…10000 K, farborttreue XY-Einzelansteuerung der verwendeten Leuchten, Schallpegel <20 dB

Die ARRI System Group verwendete dafür insgesamt 171 SkyPanel S60-C und 54 SkyPanel S30-C, die einen Lichtstrom von 5,5 Mlm zur Verfügung stellen. Die Leuchten wurden gleichmäßig um den Spielraum verteilt, um die homogene und diffuse Beleuchtung zu erzeugen. Durch das Arrangement von reflektierenden Flächen konnte die Lichtausbeute des Systems deutlich erhöht werden.

Um die Homogenität des Hintergrundes zu gewährleisten, wurde auf der gesamten Höhe der Rotunde ein Diffusor angebracht, der durch die Hinterleuchtung durch die SkyPanels zu einer homogen leuchtenden Fläche wird. Durch den Diffusor wird die leuchtende Fläche erheblich vergrößert und die maximale Leuchtdichte, der ein Schauspieler ausgesetzt ist, auf etwa 30 Prozent des Ausgangswertes der SkyPanels reduziert. Dadurch erhöht sich die Aufenthaltsqualität innerhalb des Studios bei ähnlicher Beleuchtungsstärke deutlich. Der Boden der Spielfläche wurde als Leuchtboden realisiert, um auch eine gleichmäßige Beleuchtung von unten zu gewährleisten.

Die Tragkonstruktion aus Stahl sowie der Leuchtboden wurden ebenfalls von der ARRI System Group entworfen und nach entsprechenden statischen Gutachten mit hohen Ansprüchen an Genauigkeit durch das Art Department Studio Babelsberg konstruiert.

Die IP-basierte Ansteuerung über sACN jedes einzelnen Scheinwerfers erlaubt auch im Nachhinein eine leichte Konfigurierbarkeit der einzelnen Leuchten. Dies macht Firmware-Updates oder auch einen Wechsel des Betriebsmodus möglich. Auf Grund der verschiedenen möglichen Workflows im Studio ist diese Flexibilität nötig. Die DMX-Adressierung der Leuchten in 40 sACN-Universen ist an der physischen Verteilung orientiert, derselben Logik folgt auch die IP-Adressierung. Die Verbindung zum Steuerpult wird durch mehrere Luminex 26i Switche gewährleistet, die dezentral in vier Gruppen organisiert und im Studio verteilt sind. Link-Redundanz und Link-Aggregation zwischen den Switchen, sorgen für eine hohe Betriebssicherheit und Bandbreite. Das User-Interface ist eine softwarebasierte Lösung mit der Möglichkeit zur Erweiterung um Hardware-Steuerkomponenten.

Im nächsten Schritt erfolgt die photometrische und colorimetrische Prüfung des Systems sowie die Kalibrierung, die auf Grund der unterschiedlichen Eigenschaften der Transmissions- und Reflexionseigenschaften der verwendeten Materialien nötig ist.

Die Leuchten wurden gleichmäßig um den Spielraum verteilt, um die homogene und diffuse Beleuchtung zu erzeugen. Quelle: Volucap