Как компьютерная графика становится неотличимой от реальности

Главная особенность киноремейка диснеевского полнометражного мультфильма 1967 года даже не голоса Скарлетт Йоханссон, Идриса Элбы и Кристофера Уокена (которых русский зритель все равно в дубляже не услышит), а то, что за 105 минут невероятно реалистичного фильма в кадре появляется всего один живой человек — Маугли, которого сыграл дебютант Нил Сетхи. Все остальные персонажи созданы при помощи компьютерной графики, за что режиссер Джон Фавро уже успел получить награду от организации PETA, так как во время съемок ни одно животное не то что не пострадало, а даже не работало на площадке.

Первым фильмом, сделанным полностью при помощи компьютерной анимации (CGI), стала короткометражка «Колибри», выпущенная в Бельгии в 1967 году. Тогда никто не мог предположить, какое будущее ждет новую технологию. До начала 1990-х компьютерная графика, как и вся сфера IT, развивалась очень медленными по сегодняшним меркам темпами. Прорывом стал «Парк юрского периода» (1993) с его реалистичными компьютерными динозаврами. Два года спустя на экраны вышла «История игрушек» — первый полнометражный мультфильм, от начала до конца сделанный на компьютере.

2001 год стал переломным в истории CGI, графика разделилась на два направления. Был выпущен «Шрек», персонажи которого выглядели, с одной стороны, реалистичными, а с другой — все равно стилизованными. Тогда же вышел научно-фантастический фильм «Последняя фантазия», положивший начало фотореализму в CGI — стремлению создать персонажей, неотличимых от реальных живых существ. Продолжателями этого направления стали «Властелин Колец: Две крепости», «Беовульф», «Аватар», «Жизнь Пи» и, наконец, «Книга джунглей».

При создании «Книги джунглей» Фавро и его команда задействовали все достижения в области CGI на полную. У режиссера богатый опыт использования компьютерной графики благодаря работе над тем же «Железным человеком», но в «Книге джунглей» Фавро захотел пойти еще дальше: рассказать сказку с помощью целиком фотореалистичного изображения. Нечто подобное мы уже видели в «Жизни Пи» — тогда некоторые зрители поначалу даже отказывались верить, что тигр в фильме полностью компьютерный. В «Книге джунглей» с помощью CGI уже сделан не только тигр (очень, кстати, впечатляющий и довольно страшный для детского мультфильма), но и целые джунгли. Руководил разработкой спецэффектов Роб Легато, ранее работавший над компьютерной графикой для «Аватара».

Перенасыщенная цветовая схема компьютерной графики, которая выбивается по цветам из общей картины, разрушает весь реализм, а отрисованные персонажи попросту выпадают из сцены. Поэтому важнейшим процессом при создании компьютерной анимации является композитинг (от английского compositing — «компоновка»). На этом этапе 3D-модели встраиваются в окружающую действительность.

Композитинг подразумевает совмещение моделей персонажей с фоновым видео и другими элементами кадра, включая материал с живыми актерами (как правило, отснятый на зеленом фоне по системе хромакей). Сначала различные слои видео накладываются друг на друга, затем происходит выравнивание яркости слоев и цветокоррекция.
Создатели «Книги джунглей» старались сделать границу между реальностью и компьютерной графикой максимально незаметной. Для каждой отдельной сцены с участием Маугли выстраивались новые декорации, включая трехметровые джунгли. Затем отснятый в павильонах материал компоновали с компьютерными моделями. Так, в одной из сцен герой сначала ползет по вполне реальной грязи, а затем вскакивает на созданное при помощи компьютерной графики животное, которое помогает ему сбежать от опять же компьютерного Шерхана. Понять, где заканчивается реальность и начинается цифровая анимация, трудно даже специалисту.

Все заслуги гениальных художников, 3D-моделлеров и композеров может перечеркнуть нереалистичная физика. И одно дело — симуляция движений твердых тел, другое — правдоподобные перемещения живых персонажей. Нашумевшая сцена из «Властелина Колец», где Леголас прыгает по падающим камням, с точки зрения реализма воспринимается примерно так же, как мультфильм «Том и Джерри». За последние годы появляется все больше технологий, обсчитывающих движения живых существ. Например, разработка Dyna моделирует деформации мягких тканей человека при движении и добавляет частям тела вес.

Очень важен и качественный риггинг (от английского rig — «оснастка») — создание и разработка внутри трехмерной модели персонажа виртуального скелета и суставов. Всем составным элементам анимируемой фигуры (не только конечностям, но и мышцам лица, глазам, губам и т. д.) задаются характеристики, и между ними выстраивается иерархическая зависимость. Точная настройка позволяет делать по-настоящему реалистичные модели.

Захват движения применяется для создания мимики и движений персонажа. Широкое распространение технология получила в 1990-е, после того как ее впервые использовали для создания анимации персонажей компьютерной игры Virtua Fighter 2 в 1994 году. В кино motion capture стали активно применять в 2000-е («Властелин Колец», «Беовульф», «Аватар», «Гарри Поттер», «Жизнь Пи»).

Существуют маркерные и безмаркерные системы motion capture. Наиболее популярны первые, где применяется специальное оборудование: на актера надевают костюм с датчиками (для создания мимики датчики располагают на лице), данные с которых фиксируются и передаются в компьютер. В безмаркерных для записи данных используют технологии компьютерного зрения и распознавания образов. Затем компьютер сводит полученную информацию в единую трехмерную модель, а потом на ее базе создается соответствующая анимация.

Таким образом, motion capture служит для переложения движений и мимики реальных актеров на компьютерные модели, в результате чего достигается портретное сходство персонажей с озвучивавшими их актерами. Благодаря motion capture во «Властелине Колец» Голлум сохранил манеры сыгравшего его Энди Серкиса, а Смауг так похож на Бенедикта Камбербатча. В «Книге джунглей», кстати, не все герои похожи лицом на актера, который их играет. Удав Каа, например, от Скарлетт Йоханссон перенял только бархатный голос — Джон Фавро объяснял в интервью, что «делать змее еще и лицо, похожее на человека, было бы совсем нелепо».

Фотографическая реалистичность персонажей невозможна без качественной передачи их мимики. Работа в этой области ведется по двум основным направлениям: непосредственное генерирование соответствующей анимации и ее наложение на персонажей. Сама анимация создается, как правило, при помощи той же техники захвата движения. Плавная смена выражений лица персонажа достигается в программах Autodesk Maya и 3DS Max при помощи техники блендшейпинга (морфинга).

Несмотря на стремительное развитие компьютерной графики в последние десятилетия, долгое время не существовало способа создания реалистичных человеческих глаз. В 2014 году компания Disney предложила следующий метод решения этой проблемы: при захвате выражения глаз ставить отдельные маркеры на глазное яблоко, роговицу и сетчатку, а затем компоновать полученные данные и накладывать их на трехмерную компьютерную модель глаза.

Специалисты Disney не так давно поделились тестовой версией необычного софта FaceDirector — подобия автотюна для эмоций. Программа позволяет совместить в реальном времени несколько дублей, изображающих целую палитру различных эмоций, и скорректировать актерскую игру. Программа предоставляет режиссеру возможность на постпродакшене скрестить несколько выражений лица, усилить или прибрать эмоциональный накал в определенный момент сцены.

Другая разработка — цифровая косметика, способная вернуть молодость актерам. Впечатляющее видео представил VFX-специалист Русселос Аравантинос, использовавший камеру Nikon V1 и программы NUKE и Mocha Pro. Аналогичные трюки проделывались в фильме «Загадочная история Бенджамина Баттона».

Создание реалистичного меха и волос — сложнейшая техническая задача, аниматоры бьются над ней уже давно. Волосы как 3D-модель — это целая система, которая должна сохранять свою целостность и характер, при этом в динамике каждый отдельный волосок должен вести себя независимо и реагировать на столкновения с другими волосками. Симуляции правдоподобно колышущейся шерсти при движении животного научились создавать относительно недавно, и упростили задачу аниматорам современные плагины для CGI-редакторов, такие как XGen. Известно, что именно этот генератор волос использовался при создании «Зверополиса» и «Истории игрушек-3».

Многие крупные студии типа Pixar и Disney для создания компьютерной графики используют собственное программное обеспечение, но прибегают и к программам, доступным широкой публике, среди них — Autodesk Maya, Adobe After Effects, Adobe Premiere, Luxology Modo, Houdini. Так, большая часть спецэффектов в «Аватаре» была создана при помощи Maya, для композитинга использовалась Adobe After Effects.

Над компьютерной графикой для крупных проектов, как правило, работают несколько компаний. Создатели «Книги джунглей» прибегли к услугам британской MPC и новозеландской Weta Digital. MPC работала также над «Жизнью Пи», «Войной миров Z» и всеми частями фильмов о Гарри Поттере. Разработчики Weta Digital трудились над графикой в «Аватаре», «Мстителях», «Голодных играх» и «Властелине Колец». Большинство компаний, специализирующихся на спецэффектах, зарегистрированы в США и Британии, однако часть производства многие из них выносят в Индию и Китай, создавая там свои студии или покупая существующие. Так, в 2014 году произошло слияние британской Double Negative и индийской Prime Focus, которые затем совместно создавали графику для «Интерстеллара». Однако не входящие в состав крупных компаний китайские и индийские студии спецэффектов пока не так популярны у киношников, как западные, преимущественно в силу отсутствия достаточного опыта и ресурсов.

Сложные технологии создания компьютерной анимации постепенно становятся доступны массовому пользователю. Среди последних достижений в этой области можно отметить выпущенную в 2014 году программу FaceRig или нашумевшее приложение белорусских разработчиков MSQRD. Они позволяют в режиме реального времени накладывать анимацию на лицо пользователя или попавших в объектив его камеры людей. Аналогичная функция имеется и в мессенджере Snapchat. Приложения отслеживают движения пользователя, анализируют их и в реальном времени накладывают полученные данные на трехмерные модели, то есть используют методы, аналогичные тем, которые применяются для передачи мимики персонажей фильмов и компьютерных игр.