Creature effects (CFX): Технологии создания реалистичных персонажей в кино

Это визуальное исследование раскрывает пайплайн создания цифровых персонажей для кино.

Общий подход довольно стандартен и не сильно отличается от создания трехмерных персонажей для анимационных картин. Однако, почему такая разница?

Дьявол кроется в деталях, и именно они отличают стилизацию от реализма. Далее я попытаюсь ответить на вопрос: «Что нужно сделать, чтобы получить не просто 3D персонажа, а реалистичного 3D персонажа, которого можно внедрить в игровое кино?»

Фокус этого визуального исследования — пришельцы и фантастические создания, однако этот подход также распространяется и на цифровых людей и животных. Главным ориентиром я выбрал Ксеноморфа и Неоморфа из картины «Чужой: Завет» 2017 года. Однако, беря только один фильм в качестве примера, велик риск довольно значимого пробела информации. Поэтому это исследование будет подкреплено примерами из различных фильмов, где тот или иной аспект создания цифровых персонажей проявляет себя ярче всего.

Ниже будут описаны технологии, применяемые в лидирующих студиях визуальных эффектов. На данный момент описанное ниже можно назвать индустриальным стандартом в подходе к созданию реалистичных цифровых персонажей. Однако, нужно иметь в виду то, что от студии к студии технологии и подход варьируются по различным причинам: будь то эксклюзивность и закрытость разработок больших студий, специфика подготовки художников или эффективность того или иного программного обеспечения для решения конкретных задач.

Следует понимать, что описанный ниже пайплайн — это не последовательная работа. В разных студиях и на разных проектах работа организована в другом порядке, а многие этапы работы идут параллельно. Также в производстве визуальных эффектов важна итеративность и вариативность в подходе, поэтому часто делаются различные варианты персонажей в зависимости от различных шотов. Ведь главная задача для студии — максимально эффективная работа в процессе и максимально эффектный результат на выходе.

Первым шагом в создании CGI-персонажа или существа является разработка концепт-арта. Это визуальное представление персонажа или существа, которое будет создано. Главная зада при разработке дизайна персонажа: своим внешним видом дать зрителю знать о его поироде, характере и прошлом. Для организованной командной работы требуется четкий художественный визуальный стиль. В первую очередь, перед началом работы с первыми эскизами проводится ресерч референсов, а также изучение необходимой теории, такой как, например, анатомическое строение.

В фокусе внимания нашего исследования фильм «Чужой: Завет». Так как этот фильм является частью большой франшизы, персонаж на протяжении уже нескольких десятилетий опирается на произведения Ханса Рудольфа Гигера, и у современных концепт-художников имелась очень внушительная база материала, который брался за основу. Так, их главной задачей было и остается совершенствование образа Ксеноморфа.

Важно отметить, что на 2D-эскизах не заканчивается работа над концептом. Следующим этапом является 3D-визуализация персонажа. Как правило, художники используют метод «скульптинга» (от англ. сл. Sculpture —скульптура). Для того, чтобы персонаж перешел в трехмерное пространство существует множество программ и софтов, наиболее популярный и известный среди них — Zbrush. Скульпт персонажа является обязательным этапом, на котором можно выявить множество проблемных моментов, утвердить пропорции и механику тела.

В больших студиях имеет место разработка физической скульптуры персонажа из пластилина, так как при цифровом скульптинге человек не может почуствоватьнастоящих трехмерных свойств модели через плоский экран компьютера. Также практическая скульптура попмогает в создании накладного грима, что является прекраными референсом для дальнейшего создания визульных эффектов.

После того этап концепта завершен, следующим шагом является создание 3D-модели персонажа или существа для дальнейшего его использования в проекте. Для этого используется программное обеспечение для 3D-моделирования, такое как Maya, ZBrush или Blender. Модель создается путем построения базовой формы персонажа, его скелета и мышечного каркаса. Затем строится 3D-модель из большого количества полигонов, в зависимости от сложности модели. Для достижения реалистичного эффекта оченьдетально проработать мельчайшие детали, вплоть до пор кожи.

Ретопология — это этап процесса 3D-моделирования, на котором полигональная сетка объекта изменяется или воссоздается для получения более чистого макета, сохраняя при этом почти ту же физическую форму модели.

Ретопология может существенно повлиять на производительность при ра боте с ней по ряду причин: Уменьшение количества полигонов в модели снимет лишнюю вычислительную нагрузку с компьютерав, и тем самым делает ее более подходящей для 3D-анимации. Оптимизация для движений и деформаций: Если модель будет анимирована каким-либо образом, ретопология может оптимизировать ее для движений и деформаций. Также при ретопологии появляется возможность текстурирования модели через UV развертки, а не цвет вертексов.

Риг для 3D анимации персонажа — это цифровая марионетка, которая позволяет аниматорам позировать и анимировать персонажа с помощью системы подвижных элементов. Процесс риггинга включает в себя добавление элементов управления анимацией к 3D-модели, что позволяет персонажу двигаться. Без рига персонаж не может двигаться. Даже объекты имеют простые риги, если они изменяют положение. Риг персонажа используется для анимации персонажей по ключевым кадрам или с помощью захвата движения. Он создается путем взятия статичной 3D-модели и превращения ее в цифровую марионетку, способную принимать различные позы. Этот процесс включает в себя создание скелетной структуры из костей или «суставов» и привязку модели или «кожи» к этим суставам. Когда модель сможет двигаться вместе со скелетом, художник по риггингу создаст набор элементов управления, которые аниматор будет использовать для позирования персонажа.

Главная задача анимационного рига в работе с графикой для кино — дать аниматору удобный инструмент, чтобы воплотить движения персонажа. Качество хорошего рига — это ее удобство и интуитивность его использования, и общая простота устройства, чтобы предотвратить лаги в процессе анимаци. Ниже приведен пример любительского рига неоморфа, который не был использован в фильме, однако наглядно отражает функционал анимационного рига.

Риг для симуляции сделан из вспомогательной геометрии, которая не будет отрендерена в финальный шот. Он представляет собой 3д модель костного скелета персонажа и пучков мышц. Это нужно для просчета и симуляции движения мышц, жира, кожи и других тканей, так как это напрямую влияет на деформации, которые мы видим на поверхности кожи. Этот аспект физической симуляции как раз таки и отличает анимационного персонажа и реалистичного, так как первый предполагает стилизацию в своей реализации, а второй — пытается максимально воплотить то, как работает реальный мир.

После создания рига персонажа наступает время его анимации. Есть 2 подхода в создании: захват движения (motion capture) и ручная анимация. Захват движения предполагает запись движений реального мира и использование их для создания 3D-анимации, в то время как 3D-анимация предполагает создание движений вручную. Захват движения позволяет создавать гиперреалистичные анимации, но требует специального оборудования и ограничен тем что может исполнить актер в костюме, в то время как 3D-анимация дает аниматорам больше свободы и контроля над конечным продуктом и не требует специального оборудования, но при этом требует намного больше труда и времени, чтобы добиться реалистичного результата.

Следующим этапом комбинируется симуляция поверх имеющейся анимации. Анимация переносится на вспомогательную геометрию костей и алгоритм высчитывает какие мышцы должны быть задействованы для такого движения и сокращает их, сохраняя их объем. Симулируется жир и другие ткани, так как это мягкие субстанции, реалистичное движение которых практически невозвожно воссоздать вручную. Для этого импользуют программы Ziva Effects, Weta Tissue, или систему в пакете Houdini под названием Vellum muscle & tissue

Особняком стоит выделить процесс создания реалистичной анимации у человекоподобных лиц. Наш мозг очень хорошо на подсознательном уровне распознает выжения лиц, и поэтому в этом деле нет места для оплошности.

В основе анимации лиц в кино стоит технология блендшейпов.Анимация лица с помощью блендшейпов — это техника, используемая в 3D-анимации для создания выражений и движений лица путем деформации геометрии персонажа. Она включает в себя создание набора целевых форм, также известных как блендшейпы, которые представляют различные выражения лица или действия мышц. Затем эти целевые формы комбинируются для создания широкого спектра лицевой анимации.

На практике аниматоры часто используют пользовательскую систему управления лицом для управления всеми параметрами блендшейпа и создания более интуитивного интерфейса для анимации лица персонажа.