Эволюция образа CGI-кроликов в кинематографе

Первоочередная задача vfx-специалистов в современных фильмах, где есть говорящие животные — сделать так, чтобы живые актёры и CGI-окружение смотрелись единообразно и неразделимо. Современные технологии компьютерной графики позволяют достичь единого освещения и похожей степени детализации. Однако, достигнув визуального единства, индустрия стала преследовать следующую цель: единство физического исполнения. Цифровой герой тоже должен обладать массой и влиять на окружение, а так же подвергаться тому же воздействию среды, как если бы он был настоящим.

Задачи аниматоров и супервайзеров проектов, где есть цифровые животные, очень обширны. Им необходимо соединить моторику живого существа и очеловеченную мимику, при этом интегрировать персонажа в среду и поставить взаимодействие живых актеров с компьютерной графикой, создать правдоподобную симуляцию меха.

Создавая цифрового персонажа по образу настоящего животного, вид которого знаком каждому зрителю (а именно кролика), необходимо найти тонкую грань между реалистичностью и стилизацией. Это большой список решений, который необходимо согласовать друг с другом. Животное, которое будет говорить, улыбаться, стоять на задних лапках и носить одежду, должно выглядеть не слишком натуралистично (чтобы не пугать зрителя и выдавать желаемый спектр эмоций), но при этом узнаваемо и правдоподобно.

Первые версии CGI-персонажей Алисы в Стране чудес Тима Бертона были созданы в программе Pixologic ZBrush. В журнале Cinefex сказано, что были напечатаны физические макеты, которые послужили инструментами визуализации, которые позволили Кену и Imageworks доработать персонажей.

Дэвид Шауб, супервайзер анимации и VFX фильма, рассказывает: «Персонаж мог выглядеть достойно в статичной позе, однако при движении мы могли понять, что он сликом неуклюжий, или семенит, потому что ноги коротки. Мы могли отрегулировать длину конечностей, отправить обратно на риггинг и они бы применили наши правки; или могли направить обратно к Марвину [Marvin Kim, супервайзер моделинга], он быстро настраивал модель».

Для аниматоров причудливые персонажи были самой интересной задачей. «Сначала мы хотели, чтобы мышь Соня бегала на двух ногах, и Белый кролик вместе с ней, как в Томе и Джерри» — говорит Д. Шауб. «Мы показали это Тиму для фидбэка. Я думаю, ему это понравилось, и мы какое-то время шли по этому пути.» Но после съемок Тим Бертон изменил свое мнение.

«Он не хотел, чтобы игра героев в духе Кролика Роджера конкурировала с игрой актеров, — говорит Шауб. — Он хотел убедиться, что все персонажи находятся в одном мире. Поэтому мы стали действовать все более и более тонко».

Кен Ролстон, главный VFX супервайзер, сотрудничал с супервайзерами по визуальным эффектам из студии Imageworks — например, с Шоном Филлипсом, который сосредоточился на создании компьютерных персонажей и окружения. Одним из супервайзеров 3D анимации являлся Марко Маренги. Он рассказал, что работу по созданию CGI-героев облегчил плотный контакт с режиссером — Тимом Бертоном, который координировал сцены с цифровыми персонажами в рамках своего видения. Отделу анимации необходимо было поставить взаимодействие полностью цифровых персонажей с живыми актерами, которые уже были отсняты.

Так как сперва снимали актеров, а затем присоединяли к полученному материалу персонажей, которые выполнены с помощью CGI, взаимодействие между героями происходит посредством реакции цифровых героев на живых актеров. Кролик как бы пытается поймать взгляд Алисы, но она смотрит только на персонажей, которых играют живые актеры.

При создании текстур фильма Sony отошли от традиционной системы рендеринга и перешли к системе глобального освещения, в основном с использованием современных методов трассировки лучей и физически корректного затенения.

Встроенный в Imageworks рендерер глобального освещения — Arnold — в основном считался экспериментальным и вспомогательным инструментом, до этого использовавшимся в анимационных фильмах. Решение использовать Arnold для создания Алисы было принято нелегко. Это потребовало значительных затрат ресурсов на разработку пайплайна обработки изображений, отвечающего потребностям крупного проекта по визуальным эффектам. Также пришлось приложить огромные усилия по обучению, поскольку многие методы из предыдущей системы уже не были применимы.

Ранее контролировать и поддерживать реалистичное освещение было сложно. Руководители хотели систему, которая позволила бы им поддерживать баланс реализма и стилизации.

Благодаря использованию технологии Arnold стал доступен новый уровень гибкости и возможности экспериментирования в процессе разработки внешнего вида. Ключевым отличием стал отказ от традиционного подхода к составу материалов в зависимости от размера и формы элементов. Размер бликов, мягкость теней и «обволакивание» рассеянного освещения стали зависеть от размера источника света, а не от свойств материала. Так, аниматоры смогли более быстро редактировать сцену, не занимаясь покадровым редактированием материалов, привязанных к персонажу, а изменяя светотень.

Модели создавались в Maya (редактор трёхмерной графики, используемый для 3D-моделирования, анимации, визуализации и создания визуальных эффектов) и отправлялись в MudBox (программное обеспечение для цифрового 3D-скульптинга и текстурирования) для проработки мелких деталей. Последним этапом моделирования был обратный перевод в Maya для команды риггинга. Технология C-Muscle (релиз этой технологии состоялся в 2008 г.) в Maya использовалась для создания эффекта движения мышц цифровых персонажей.

Дэвид Шауб рассказывает, что при создании персонажей с шерстью (в статьях приводится описание Чеширского кота) была проблема с тем, что при растяжении кожи волоски отдалялись друг от друга, создавая лысые зоны. Это было заметно только на сильно растягивающихся местах (например, улыбка кота). Такая проблема решалась мануально: в кадрах, где происходило такое изменение, моделировали дополнительные объемы.

Кролик выглядит современно для 2010 года, его удачная стилизация позволила найти компромисс между анимационной выразительностью и реалистичностью. Шерсть выглядит так, как у короткошерстных животных. Его мордочка состоит из мышечных подвижных массивов, в комбинации с нервным «языком тела» ее простота только идет правдоподобности на пользу — не перегружает зрителя.

Во второй части Алисы — «Алиса в Зазеркалье» 2016 — сменился режиссер. Теперь в его качестве выступает Джеймс Бобин, и смена режиссера повлияла на внешний вид героев.

Джей Редд, который работал супервайзером визуальных эффектов вместе с Кеном Ралстоном над вторым фильмом, рассказывает: «Имеющиеся ресурсы послужили действительно хорошей основой, но все получили обновление, поскольку со временем все технологии стало лучше: например, мы лучше работаем с тканью и мехом». И действительно, все меховые персонажи во второй Алисе стали более пушистыми и мягкими.

Белый кролик тоже получил обновление. Его меховая шубка шевелится более плавно, и волосков как будто стало больше. Появилось ощущение мягкой кроличьей шерстки. Если в прошлом фильме в некоторых кадрах Белый кролик выглядел устало, с красными глазками и потрепанной короткой шерстью, то здесь он больше похож на мягкую игрушку.

Белого кролика во второй части «Алисы» не очень много. Он является эпизодическим персонажем. В тех кадрах, где он есть, на него, чаще всего, не смотрят актеры. Он не имеет веса: около него не двигается трава, а рука Алисы не напрягается, чтобы его удержать. Однако его движения выглядят очень приятно и мило, аниматоры смогли передать и его животные черты, и характер персонажа.

Новый внешний вид гармонирует с нарративом второй части, но мне кажется, это отрицательно влияет на правдоподобность героя. Его мордочка милая и проработаннная, но эмоций выражает не очень много.

Кролики в фильме «Кролик Питер» (2018) — главные двигатели сюжета. Для создания животных студия Animal Logic совершил переход от пайплайна, включающего в себя Softimage XSI к более современному Autodesk Maya. Особенность фильма в том, что живые актеры очень активно взаимодействуют с цифровыми животными. Они не просто разговаривают или смотрят друг на друга — они дерутся, обнимаются, живут вместе.

Моторика песонажей, как и в «Алисе», претерпел некоторые правки после первых проб. Используя в качестве референсов настоящих кроликов и рисунки из литературного первоисточника, аниматоры искали баланс между реалистичностью и стилизацией: решали, в каких ситуациях кролики будут стоять на двух ногах, а когда — на четырех.

«Некоторые вещи были, на самом деле, перебором», — говорит Саймон Пикард — супервайзер анимации в Animal Logic. «Например, подергивание носа. Если вы посмотрите на кролика, он никогда не перестаёт подергивать носом. Мы обнаружили, что когда мы начали анимировать подобное движение, это стало отвлекать и сильно раздражать».

«Мы поняли, что нам, вероятно, придётся немного отойти от [фотореалистичности] и попытаться найти сочетание. У Джеймса Кордена [актера озвучки], в частности, столько энергии и задора в голосе, что сдержанная мимика не совсем сочеталась с его голосом. И это было поиском баланса».

Супервайзер визуальных эффектов Уилл Райхельт тесно сотрудничал с актерами, чтобы поставить хореографию действий и скоординировать действия с CGI-героями. Нередко приходилось прибегать к помощи актеров мокапа в синих костюмах, которые передвигали объекты с помощью шестов или подбрасывали кукол.

Мягкие игрушки, имитирующие кроликов, были утяжелены и созданы по образу настоящего кролика. Это оказалось очень полезным в сценах, где требовалось взаимодействие человека и компьютерной графики. После просмотра «Алисы», где кролика вообще не замечали, «Кролик Питер» удивил меня степенью проработки взаимодействия между героями. Актеры гладят кроликов, носят их на руках, получают ощутимый фидбэк от них, будто они и правда вместе в кадре.

Чтобы заставить кроликов реалистично бежать в кадре, создавая эффект следующей перед ними камеры, необходимо было не только снять кадр с правильной скоростью (у операторов были шпаргалки с возможной скоростью героев), но и собрать все возможные данные об освещении. Это потребовало значительного уровня мастерства от команды специалистов по визуальным эффектам, но им также помогла запатентованная система HDRI, используемая на съемочной площадке для получения высококачественных и автоматизированных данных об освещении на основе изображений. В системе использовалась VR-камера nakedEYE от Indiecam.

«Камера предназначена для съемки видео в формате 4K, но мы попросили их перепрограммировать ее для съемки HDR», — объясняет Райхельт. «Идея заключалась в том, чтобы создать систему, которая занимала бы меньше места, как физически, так и по времени, на съемочной площадке, но при этом давала бы нам то, что нам нужно. Вы просто ставите ее, отходите и нажимаете кнопку на iPad, и она просто захватывает все необходимые экспозиции за 15 секунд, в отличие от ситуации, когда кто-то бежит с зеркальной камерой.»

«Мы также смогли установить высоту очень низко над землей — примерно в 15 сантиметрах от земли, — что позволило нам получить более точные снимки, чтобы правильно осветить кроликов», — добавляет Райхельт. «Мы могли засунуть его в маленькие, крошечные щели, например, в саду и куда бы это ни понадобилось, и нам не нужно было беспокоиться о том, что у нас есть какой-нибудь огромный штатив, на котором установлена ​​цифровая зеркальная камера».

Каждый кадр в сцене часто снимался два-три раза: один раз с использованием «плюшевых игрушек» в качестве дублеров Питера, затем иногда с участием человека за кадром, который тыкал актера палкой, чтобы деформировать его кожу или одежду, как будто кролик прижимался к нему, и еще раз без дублеров для чистого кадра.

Инструмент для создания шерсти — ALF — встроен в собственный движок студии для процедурной анимации и моделирования.

Поскольку кролики — существа пушистые, аниматорам в прошлом было сложно анимировать их и не видеть конечный результат — «выражения лица могут быть потеряны к концу рендеринга» — сказано в журнале 3D world. Поэтому команда аниматоров «Кролика Питера» воспользовалась «Renderboy» — специализированным автоматизированным инструментом рендеринга, используемым для оптимизации процесса проверки визуальных эффектов и анимации.

Разработка таких реалистичных кроликов потребовала создания нового подхода к анимации. Необходимо было оптимизировать время, затрачиваемое на рендер CGI-персонажей, ведь их в кадре могло быть более десяти. Студия Animal Logic создада систему рабочих процессов с использованием сложных инструментов для создания волос и ткани, встроенных в многопроцессные FX-риги, не только для художников, но и для автоматических процессов на каждом этапе просмотра анимации.

«Мы назвали это „AnimCFX“, и цель состояла в том, чтобы использовать наши большие вычислительные мощности для выполнения значительной части работы и обеспечить более целенаправленное время итераций для создания уникальных главных кадров с нашей небольшой командой по спецэффектам для персонажей»

Система AnimCFX оказалась чрезвычайно успешной. Из 4162 сцен с динамическим мехом и тканью 83% были текстурированы с помощью автоматизированного процесса. «Для улучшения входных данных AnimCFX необходима дальнейшая работа по сохранению объема волосков, включая улучшенное скольжение сетки кожи для уменьшения растяжения и разреженного распределения волос» — Animal Logic для SIGGRAPH ’18 Talks, August 12-16, 2018.

Ключевым моментом было создание анимированного объема волос, которое можно было бы использовать для взаимодействия с тканью (ведь кролики в фильме носят одежду).

Однако объем волос в местах, где аниматоры убирали «мышцы» для анимации стилизованных движений, был склонен к пересечению друг с другом в областях с высокой гибкостью. Риги AnimCFX решили эту проблему с помощью операций сглаживания и расслабления, а сетка была уменьшена до примерно 65%-75% длины меха, чтобы имитировать сжатие меха одеждой.

Как можно заметить в фильме «Кролик Питер», волоски на персонажах объединяются в «пучки». Для этого былва использлвана внутренняя разработка студии.

«Наша собственная система создания причесок „ALFro“ создавала волосы и мех, которые состояли из 5-8 миллионов NURBS-кривых рендеринга для каждого персонажа. Это было повторно обработано для симуляции в равномерно распределенный набор направляющих волос с плотностью около 1-2% от исходной прически. Эти направляющие были интерполированы на анимированную сетку с ограничением „прикрепление по длине“, чтобы кончики волосков оставались на фиксированной длине относительно ближайшей к ним точки на поверхности».

Следущим этапом был применена технология, которая поддерживала исходную длину волосков и устраняла пересечения кривых с эффектом самостолкновения. Волоски росли вдоль своего исходного пути, а любые сегменты, попадающие в поле назначенного расстояния от них, отгибались. Для сложных сценариев были возможны два продвинутых подхода к моделированию: пользовательский решатель, созданный в Houdini VEX/SOPs, с учетом столкновений волосков и инерции, или метод твердого тела, состоящий из трубок и угловых элементов.

Сначала мне показалось, что герои по движениям напоминают животных из «Шрека» — когда они делают человеческие движения, например, танцуют, они смотрятся кукольно. Однако потом это соединилось с впечатлениями от сцен бега (где даже камушки из-под ног вылетают и остается след от торможения), общения кроликов с живыми актерами, подробными экшн-сценами, и мне стало ясно, что таким образом команда искала компромисс между художественностью и реалистичностью.

Это сработало, и режиссер Уилл Глак во время показа финальной версии отметил, что легко забыть, что смотришь на анимационных персонажей. «Это просто персонажи фильма, — сказал Райхельт. — И это именно то, чего мы хотели».

Кролики из «Кролика Питера» — хорошо созданные модели, выглядящие правдоподобно и в меру сказочно в статике, и удивляющие в динамике.

Второй «Кролик Питер» (2021) ставил перед собой задачу создать еще больше сцен со взаимодействием между CGI-героями и актерами и еще более реалистичных кроликов.

Ближе к завершению работы над «Кроликом Питером» 2018 года VFX супервайзер Уил Райхельт, не допускавший до этого чрезмерного приближения камеры к кроликам, понял, что это возможно и даже выглядит неплохо.

Во второй части аниматоры добавили дополнительные риги в мордочки персонажей, чтобы такие крупные кадры смотрелись интереснее. У кроликов появилась микро-мимика.

Команда перешла на совершенно новый пайплайн обработки данных на основе USD (Universal Scene Description — стандарт для обмена 3D-данными, позволяющий эффективно организовывать сложный рабочий процесс между различными программами), который включал интеграцию стандартных сторонних приложений, таких как Z-Brush (скульптурирование), Houdini (моделирование), Maya (анимация) и Marvellous Designer (одежда). Команда также использовала несколько собственных решений, таких как Beast (риггинг), Glimpse (рендеринг), Weave (ткань), Ash (шейдинг), Filament (освещение) и Alfro (мех). Все эти инструменты были объединены для создания высокоавтоматизированного пайплайна, который мог предоставлять ежедневные обзоры полностью обработанных, смоделированных, освещенных и отрендеренных моделей для всех отделов. Это существенно облегчило работу.

Для того, чтобы кролики влияли на среду, команда продолжает использовать синие шесты и ассистентов в синих костюмах.

В фильме «Кролик Питер 2» было множество сложных локаций для интеграции компьютерных персонажей. Например, темное подвальное убежище с лампами накаливания сверху, офис, темные мусорный бак и почтовый ящик. Для облегчения интеграции цифровых персонажей в среду команда использовала так называемые «шашлыки» — палочки с шариками; шарик мог быть покрыт кусочком меха или тканью, имитирующей мех или одежду кроликов. Они помещались в кадр перед началом съемок.

Во второй части с кроликами взаимодействуют больше людей, и заметно, что технология замены куклы на графику очень хорошо удается аниматорам. С куклами легче взаимодействовать, чем играть с пустотой: видно, где лицо, ощущается вес и границы формы. Второстенные актеры так же хорошо взаимодействуют с кроликами, как и главные.

В фильме «Кролик Питер 2» VFX-специалисты действовали похоже на первый фильм, но с более совершенными инструментами. Доступные пререндеры и большие мощности сделали возможным смоделировать большее количество волосков, сложную мимику и правдоподобное освещение. Супервайзером проекта остался Саймон Пикард. Такое сохранение команды повлияло на то, что обе части смотрятся единообразно.

В исследовании можно проследить, как улучшалась детализация персонажей-кроликов: увеличивается количество волосков, совершенствуется изображение мышц и разных состояний шерсти, мимика героев становится выразительнее за счет симуляции микро-движений мышц лица.

Больше всего при просмотре фильмов мне бросилось в глаза количество контактов актеров с CG-кроликами. В фильмах «Алиса в Стране чудес» и «Алиса в Зазеркалье» актриса касается кролика только в паре сцен, и он как бы приклеивается к ней постфактум — куда она посмотрит, там он и будет. В фильмах про кролика Питера — напротив, кролики изначально есть в кадре в формате кукол, шестов и ассистентов, и это смотрится существенно более реалистично.

Я думаю, съемки с использованием болванок или других физических объектов на местах, где должен появляться персонаж, созданный с помощью компьютерной графики — логичный шаг, учитывая то, как усовершенствовались технологии удаления объектов из кадра. CG-животные, которые просто существуют рядом с актером в кадре (как, например, в новой Белоснежке, где актриса не смотрит на них) сегодня выглядят фальшиво.

Для меня правдоподобность героя зависит скорее не от количества волосков, а от степени интеграции в мир живых актеров. Насколько реагирует окружение на нарисованного персонажа, смотрит ли в правильную сторону актер, чувствуется ли вес. Поэтому кролики в фильмах «Кролик Питер» смотрятся живыми обитателями фермы, несмотря на стилизацию, а в «Алисе» Белый кролик иногда ощущается привидением.

Сегодня есть все возможности для того, чтобы создать рядом с актером правдоподобного героя, главное — нащупать грань между натуралистичностью и художественной выразительностью. Цифровые животные могут влиять на окружение, иметь вес, у них может меняться физика шерсти (намокать или распушаться). Современные визуальные эффекты позволяют сделать персонажей не только украшением кадра, но и участниками диалогов, драк или путешествий с живыми актерами.