Motion Blur in allen Bereichen (2022)

Eine extreme Untersuchung von Motion Blur

• Beobachtungen und Ideen dazu, welche Ergebnisse entstehen, wenn Motion Blur extrem angewendet wird.
• In Filmen und Videos wird Motion Blur verwendet, um eine Wahrnehmung zu erzeugen, die natürlichen Szenen ähnlicher ist.
• Ziel ist es, den Unterschied zwischen der Wahrnehmung von Bewegung in natürlichen Szenen und der Wahrnehmung reproduzierter Szenen im Video zu minimieren.

Wahrnehmung von Bewegung in natürlichen Szenen

• Das menschliche Sehen beginnt damit, dass Licht auf die Netzhaut trifft und einen Phototransduktionsprozess durchläuft.
• Die Phototransduktion erfolgt nicht sofort; diese Verzögerung lässt sich als Glättung von Lichtreizen über die Zeit modellieren.
• Untersucht wird der Zusammenhang dazu, warum man Videos künstlichen Motion Blur hinzufügt, obwohl es mit dem „motion smear“ bereits ein natürlich vorhandenes Unschärfephänomen gibt.

Wahrnehmung von Szenen auf dem Bildschirm

• Analyse des wahrgenommenen Bildes beim Betrachten von Szenen auf Bildschirmen mit begrenzter Framerate.
• Videos ohne Motion Blur wirken wie überlagerte Frames, während Videos mit Motion Blur eine Wahrnehmung vermitteln, die natürlichen Szenen näherkommt.

Eine Shutter-Funktion, um Bildschirme natürlicher wirken zu lassen

• Anwendung einer Shutter-Funktion auf traditionellen Motion Blur, um die Kontinuität von Bewegung zu verbessern.
• Statt alle Zeitpunkte innerhalb eines Frames gleichmäßig zu mitteln, gewichtet die Shutter-Funktion den mittleren Zeitpunkt des Frames stärker, um Wahrnehmungsunterschiede zu minimieren.

Torusphere und ein irrationaler Ansatz

• Ziel ist es, mit einem Echtzeit-Shader eine unendliche Motion-Blur-Animation zu erzeugen.
• Mithilfe von Volume Ray Casting wird eine Dichtefunktion über die Zeit integriert, um „integrated volume motion blur“ umzusetzen.

Eine Kugel mit Motion Blur

• Um die Motion-Blur-Dichte einer kreisenden Kugel zu bestimmen, wird das Problem auf einen 2D-Slice vereinfacht.
• Motion Blur wird über eine Dichtefunktion berechnet, die bestimmt, wann die Kugel an einem bestimmten Punkt ihrer Bahn eintritt und ihn wieder verlässt.

Ein Torus mit Motion Blur

• Dasselbe Verfahren wird auch auf einen Torus angewendet, um Motion Blur zu berechnen.
• Der vertikale 2D-Slice eines Torus wird als „spheric section“ bezeichnet; darüber wird die Dichtefunktion bestimmt.

Zusammensetzen aller Elemente

• Die Elemente werden mit standardmäßigem Volume Ray Casting kombiniert, und die Animation läuft mit grundlegender Maus-/Touch-Interaktion.
• Da dies möglicherweise nicht auf allen Geräten gut funktioniert, sind ein vorgerendertes Video und der Shader auf Shadertoy zu finden.

Meinung von GN⁺

• Motion Blur ist eine wichtige Technik, um Bewegungen in Video und Animation natürlich wirken zu lassen, und dieser Artikel untersucht die visuellen Effekte und technischen Ansätze bei extremem Einsatz von Motion Blur.
• Die Umsetzung von Motion Blur in Echtzeitgrafik ist ein wichtiger Aspekt für Spiele und interaktive Medien; der Artikel liefert Einblicke in die Implementierung mit Echtzeit-Shadern.
• Techniken wie Volume Ray Casting werden für das Rendering komplexer 3D-Szenen eingesetzt; der Artikel kombiniert sie mit Motion Blur, um neue visuelle Effekte zu erzeugen.
• Bei der Einführung dieser Technik sollten Performance und Echtzeitverarbeitungsfähigkeit berücksichtigt werden; der hier vorgestellte Ansatz hat insbesondere bei schnell bewegten Objekten das Potenzial, natürlichen Motion Blur zu liefern.
• Vergleichbare Funktionen bieten auch andere Projekte oder Produkte der Branche, etwa Motion-Blur-Effekte in Game Engines wie Unity oder Unreal Engine, die von Entwicklern bereits breit genutzt werden.

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Diskussion über die Trade-offs von Motion Blur

  • Wenn man ein sich auf dem Bildschirm bewegendes Objekt mit den Augen verfolgt, müsste das Objekt eigentlich scharf werden.
  • Entweder müsste man die Augenbewegung verfolgen und Blur abhängig von der relativen Bewegung anwenden, oder man müsste bei unendlicher Refresh-Rate ohne Motion Blur rendern.
  • Mit der heutigen Technik ist beides nicht praktikabel, daher kann es zwangsläufig immer falsch aussehen.
  • Gute Regisseure oder Game-Designer wählen Verschlusszeit oder Rendering-Blur so, dass sie antizipieren, wie sich die Augen des Publikums bewegen werden.

• Fälle, in denen Motion Blur unrealistisch wirkt

  • In Spielen kann Motion Blur wie eine billige Annäherung wirken, die an übermäßigen Filmschnitt erinnert.
  • Für sehr schnelle oder nahe Objekte ergibt Motion Blur Sinn, wird aber übermäßig eingesetzt, wenn sich ein Charakter schnell umdreht.
  • Wenn man Kopf oder Augen schnell bewegt, sieht man kein verschwommenes Bild, sondern ein neues Bild; die Zwischendaten werden vom Gehirn ignoriert.
  • Wenn man in Spielen beim Schwenken der Perspektive Motion Blur hinzufügt, verzögert das die Darstellung des neuen Sichtfelds, wirkt störend und unrealistisch.

• Historischer Überblick über Motion-Blur-Rendering

  • Vor der klassischen Arbeit von 2005 zur Modellierung der Shutter-Effizienz nutzten alle VFX-Produktionsrenderer einen Box-Shutter.
  • Der extreme Motion Blur in Filmen wie "Jurassic Park" oder "Die Maske" wurde mit dem Box-Shutter von PhotoRealistic RenderMan erzeugt.
  • Zeitgleich mit der Veröffentlichung des Papers setzte 3Delight dies erstmals 1:1 um; erstmals eingesetzt wurde es in "Charlotte's Web".
  • Pixar fügte die Funktion einige Jahre später ebenfalls hinzu und nannte sie "Shutter Curve"; heute wird sie von vielen Offline-Renderern genutzt.

• Die Unrealistik von Motion-Blur-Simulationen

  • Die Berechnung in sRGB mit nichtlinearen Helligkeitswerten trägt zum unrealistischen Eindruck von Motion Blur bei.
  • Um physikalische Phänomene zu simulieren, sollte man mit linearen Helligkeitswerten arbeiten und erst am Ende nach sRGB umwandeln.

• Veränderte Wahrnehmung von Motion Blur auf High-Refresh-Displays

  • Auf einem 240-Hz-Display wird Motion Blur anders wahrgenommen.
  • Den Unterschied zwischen traditionellen Shutter-Optionen und einer Sinus-Shutter-Option kann man in Bewegung nur schwer erkennen.
  • Für flüssigere Mausbewegungen und geringe Latenz wird ein 240-Hz-Display empfohlen.

• Theorie zu Motion Blur und Funktionsweise des Shaders

  • Es gibt eine ausführliche Erklärung dazu, was Motion Blur ist, wie es theoretisch sein sollte und wie der Shader einer bestimmten "Torussphäre"-Animation funktioniert.
  • Da der Code schwer verständlich sein kann, ist dieser Teil hilfreich.

• Transparenzproblem bei aus Motion Blur aufgebauten Objekten

  • Es wirkt seltsam, dass Torus und Kugel, die durch Motion Blur aufgebaut sind, an einem bestimmten Punkt undurchsichtig erscheinen.

• Entwicklung hin zur Simulation des menschlichen visuellen Systems

  • Über die Simulation einer Filmkamera hinauszugehen und das menschliche visuelle System zu simulieren, bringt einen einen Schritt näher an die Realität.
  • Motion Blur vom Typ Shutter könnte als veraltete Technik gelten, ähnlich wie Sepia-Drucke, Schwarzweißfilme mit 16 FPS oder elliptische Scheiben mechanischer Verschlüsse.

• Eindrucksvolles Erlebnis mit einer Demo zum Vergleich von Motion Blur an/aus

  • Mit einer Demo, in der sich Motion Blur ein- und ausschalten lässt, kann man den Unterschied klar wahrnehmen.

• Visuelle Wirkung einer Animation mit Motion Blur

  • Dass die Schattierung des Balls seltsam aussieht, liegt daran, dass es in Wirklichkeit ein rotierender "Torus" ist.
  • Mit einem längeren Zeitraum zwischen dem letzten und dem ersten Schritt könnte der Ball besser aussehen, allerdings würde der Überraschungseffekt geringer ausfallen.