Компьютерная графика в работе с окружением в кинематографе с 2020 года

К началу 2020-х годов компьютерная графика в кинематографе перестала быть лишь инструментом для создания фантастических существ и грандиозных катастроф. Её роль стала несравнимо более тонкой и фундаментальной: из средства визуального аттракциона она превратилась в невидимого соавтора реальности, способного незаметно перекраивать натурный материал и стирать грань между подлинным и созданным на компьютере. Наиболее ярко эта смена парадигмы проявилась в работе с окружением — цифровом конструировании и трансформации экранного пространства.

Традиционные методы создания окружения, такие как статичный цифровой мэт-пейнтинг и ограниченное 3D-расширение декораций, накладывали существенные ограничения на свободу камеры и визуальную сложность сцен. Развитие процедурной генерации, внедрение игровых движков в кинопроизводственные пайплайны, лидарное сканирование и фотограмметрия позволили перейти от создания статичных фонов к построению «гибридной реальности» — бесшовному слиянию натурных съёмок и цифровых расширений, где одно невозможно отличить от другого.

Общий план тулоу служит отличным примером того, как студия Image Engine дорабатывала натурный материал. Камера скользит над плодородным полем и медленно поднимается, открывая взгляду всё здание.

«Съемочная группа снимала натуру в провинции Фуцзянь. Команда по цифровой матовой живописи (DMP) взяла отснятый материал и добавила рисовые поля на среднем и дальнем плане, а команда компьютерной графики создала поля на переднем плане». — Хуберт Запалович, ведущий художник по мэт-пейнтингу.

Специалисты заменяли небо, улучшали атмосферу и перерабатывали окружение. Им также пришлось изменить внешний вид реального тулоу, чтобы он идеально совпадал с декорацией, построенной в новозеландской студии Кумеу.

В сцене тренировки Мулан с отцом в сияющий «золотой час» работа велась в условиях жесткого цейтнота.

«Тренировочная сцена была частью пересъемок и была закончена довольно поздно. Сложность заключалась в том, что нам нужно было работать в сжатые сроки, при этом добиваясь точного соответствия эстетическому видению съемочной группы. Кроме того, нам приходилось учитывать такие факторы, как трава на съемочной площадке поверх синего экрана с очень малой глубиной резкости, из-за чего края кадра выглядели очень неровными! Но наши специалисты по цифровой обработке и композитингу были великолепны». — Хесус Лавин, супервайзер по композитингу.

Им удалось виртуозно интегрировать 2,5D-фоны с точным, но ненавязчивым композитингом и создать именно тот эффект раннего утра с дымчатыми силуэтами на фоне восходящего солнца, который требовался режиссеру Ники Каро.

Совершенно иного подхода потребовал захватывающий вид сверху на ступенчатые рисовые поля, пронизанные солнцем. Этот пейзаж был полностью создан в компьютерной графике.

«Исходное изображение для кадра было снято второй съемочной группой, которая проводила разведку с помощью дрона, и предназначалось только для ознакомления. Однако Ники оно понравилось. Качество JPG-файла с дрона было недостаточным, поэтому она спросила, можем ли мы воссоздать изображение в компьютерной графике». — Кристиан Ирлс, супервайзер визуальных эффектов в Image Engine Design.

Было в точности воссоздано расположение полей, камней и кустов. Houdini использовался для процедурного распределения растительности, которую размещали с помощью Gaffer. Рисовые поля предварительно моделировались с атрибутами ветра, а на этапе рендеринга добавили полуавтоматическое движение. Отдел DMP дополнил картину холмами, а специалисты по цветокоррекции сбалансировали компьютерную графику с исходными бликами объектива.

Сцена в военном лагере потребовала цифрового расширения. В массовке участвовало всего несколько актеров, и лишь три палатки были реальными. Image Engine смоделировала цифровые копии палаток по их настоящим прототипам и создала восемь типов агентов для массовки, добавив разнообразие текстур, чтобы наполнить сцену жизнью.

Следующей знаковой локацией стал горный гарнизон — массивная крепость из неприступного камня. Общий план, снятый на Южном острове Новой Зеландии, был полностью преобразован добавлением 3D-модели крепости. Рендеры прошли тщательную обработку в отделе DMP.

Хотя в Кумеу построили масштабную декорацию, она представляла собой лишь часть огромной крепости. При более крупных планах гарнизон расширяли цифровыми методами изнутри и снаружи. Для одного пролета камеры команда заменила лес на заднем плане бескрайними просторами Китая, построила цифровую стену и добавила величественный зиккурат. В сценах внутри двора добавлялись архитектурные детали вроде башни, которую было видно с уровня земли.

Чтобы создать впечатление уникального и эстетически самобытного здания, команда Image Engine снова дополнила натурную съемку цифровыми расширениями.

«Мы в цифровом формате расширили экстерьер и интерьер рынка и казарм, чтобы создать ощущение большого имперского замка, в котором кипит жизнь, — рассказывает Кристиан. — В некоторых кадрах мы сосредоточились на одной стене, в других нам пришлось заменить всю конструкцию. В любом случае команда добилась того, чтобы локация разительно отличалась от горного гарнизона, несмотря на то, что обе сцены были сняты на одной и той же натурной площадке!»

Конечной целью было создание цельного образа древнего Китая, несмотря на съемки в Новой Зеландии. Для этого далекие дюны, предгорья и горы, снятые в Китае, помещались на задний план, а небо, земля и всадники изолировались в каждом кадре и идеально балансировались.

«Чтобы усилить ощущение панорамности происходящего, наш отдел DMP улучшил и расширил компьютерную графику, создав предгорья, горы и небо на заднем плане». — Кристиан Ирлс.

Кульминационные батальные сцены потребовали создания совершенно иной, суровой локации. Перед студией Sony Pictures Imageworks стояла задача создать высокогорную долину и виртуальную лавину. Для детальной карты местности специалисты совместили данные лазерного сканирования с кадрами, снятыми дроном. Это упростило текстурирование земли травой, кустарником и камнями, поверх которых были добавлены дым и другие маркеры битвы.

Поле боя дополнили, совместив реальный передний план с полностью анимированным задним планом из множества смоделированных объектов. Чтобы долина выглядела суровой и высокогорной, команда сосредоточилась на создании гор. С вертолета было снято видео для поиска в Новой Зеландии горы, подходящей по форме. На основе этого образца построили цифровую модель, дополнив ее снегом, сугробами, камнями и травой, которые плавно соединяли хребет с полем боя. Все эти элементы объединили в фотореалистичную высокогорную долину, идеально подходящую для решающей битвы и эффектного схода лавины.

В создании диснеевской «Круэллы» за визуальные эффекты взялась студия MPC. В общей сложности было выполнено 1165 съёмок, которые включали в себя 2D- и 3D-рендеринг окружения, сложные декорации, всевозможные визуальные эффекты. Руководил процессом супервайзер по визуальным эффектам Макс Вуд, а помогали ему внутренний супервайзер Дэмиен Стампф и продюсер Сара Таллох. Команда подходила к делу очень основательно: сканировались буквально все объекты на площадках, собирались данные с камер, HDR-изображения и горы эталонных фотографий, постоянно проводилась разведка на местности.

Отдельный пласт работы был связан со знаменитым универмагом «Liberty of London», который стал поворотным местом в жизни Круэллы и работает по сей день. Чтобы показать магазин таким, каким он был тогда, MPC создала полутораминутный кадр, почти целиком состоящий из компьютерной графики. Камера начинает с улицы, поднимается над зданием, а затем плавно опускается сквозь великолепную стеклянную крышу и движется через центральный атриум. Экстерьер сняли дроном, а стеклянную крышу и четыре верхних этажа воссоздали уже в цифре. Затем внутренние помещения заполнили цифровыми копиями одежды, украшений, людей, добавили несколько живых актёров и сшили всё вместе с помощью наложений и графики, чтобы добиться эффекта непрерывного движения камеры. Точки перехода от графики к реальной съёмке были особенно важны для режиссёра, поэтому весь кадр тщательно репетировали. Макс Вуд рассказывал об этом так:

«Работа должна была быть очень тонкой и естественной, без использования таких приемов, как открывающиеся двери или реквизит. Он хотел, чтобы кадр был плавным, без резких переходов».

Теперь о Хеллман-Холле, особняке баронессы. Реальное здание и территория вокруг него совсем не соответствовали замыслу режиссёра: ему нужен был более крупный, внушительный и симметричный особняк, причём в уединённом месте, стоящий прямо на обрыве над морем. Для реализации этой идеи команда собрала максимум информации о реальном здании: провела лидарную съёмку, сделала множество фотографий с земли и с дронов, чтобы охватить все мыслимые ракурсы. После того как художники разработали проект — гораздо более величественный и на один этаж выше, — пришлось искать другие образцы английских усадеб и заимствовать оттуда крышу и декоративные элементы.

Интерьеры комнат, видимые через окна, представляли собой довольно простые 3D-модели, сделанные на основе натурных съёмок. Декорации внутри, где снимали экстравагантные вечеринки, были уже практически готовы, так что команде оставалось лишь немного приподнять потолки, чтобы освободить место для действия, и доработать виды из окон и дверных проёмов.

Что касается окружения, то из кадра убрали множество деревьев и олений парк, чтобы сделать обстановку более дикой и безлюдной, а взамен добавили ворота, скалы и бушующие волны.

«В некоторых кадрах большая часть дома нарисована, особенно когда мы видим его спереди. Но когда мы видим его с обрыва, два нижних этажа дома сняты вживую, а верхний мы нарисовали. Задняя часть дома всегда компьютерная, потому что большую ее часть закрывало дерево. Крейг очень настаивал на том, чтобы мы убрали все деревья». — Макс Вуд

Наконец, особенно интересной оказалась работа над огненной сценой, где злодеи пытаются убить Круэллу. Изначально было два отдельных кадра — один снят с уровня земли, второй с цифрового подъёма. Их соединили в один непрерывный план, после чего наложили огонь нужной интенсивности и добавили интерактивное освещение на компьютерную графику лондонского фона.

Съёмки эпизодов с поездом оказались одними из самых сложных с логистической точки зрения, поскольку проходили в разных странах и в разное время года. Визуальную основу сцены заложили в Норвегии, где снимали эффектные кадры мчащегося через горы состава, а также драку Итана и Габриэля на крыше. Во время этих съёмок группа использовала несколько камер, чтобы запечатлеть движущийся фон — эти материалы впоследствии пригодились для внутренних сцен, снятых позже. После вынужденного перерыва команда не смогла вернуться в Норвегию из-за логистических ограничений. Пришлось искать похожую локацию в Великобритании. В Северном Йоркшире нашли участок дороги, рельеф которого напоминал норвежский, однако из-за смены сезона пейзаж сильно отличался от отснятого ранее. В результате потребовалась значительная доработка локаций с использованием эталонных данных, собранных в Норвегии.

Что касается самого поезда, съемочная группа построила полноразмерный локомотив «Восточного экспресса» и несколько копий вагонов. Специалисты ILM создали полноценный цифровой поезд из десяти вагонов. Эта модель использовалась, чтобы удлинять состав в кадре, подменять отдельные его части или добавлять поезд целиком в сценах, где использование реальных вагонов было невозможным. Для вагонов-ресторанов и баров были разработаны высокодетализированные цифровые интерьеры. Они применялись не только для расширения частично построенных декораций, но и для замены этих конструкций, а также для цифрового удаления страховочных приспособлений, которые обеспечивали безопасность на площадке. В сценах крушения были задействованы сложные визуальные эффекты: симуляция разрушения моста, взрывы, падающие в реку вагоны, а также раскачивающиеся шторы, цифровая мебель, посуда и обломки. Для рояля, который пробивает дно барной стойки и рушится в воду, была создана полноценная симуляция разрушения.

Когда съемочная группа прибыла в Рим, в городе еще действовал частичный локдаун, из-за чего улицы были относительно безлюдными. Чтобы вернуть городу ощущение суеты и плотного трафика, художники ILM добавили припаркованные машины, движущийся транспорт и цифровую толпу. Ключевой задачей здесь была знаменитая автомобильная погоня с Fiat и Hummer. Расположение цифровых автомобилей тщательно продумывалось: их размещали в стратегически важных точках, чтобы зрителю было понятно, куда именно поворачивают герои. Особое внимание уделили физике: специалисты анимировали раскачивание машин на амортизаторах при резком торможении и даже просчитывали включение стоп-сигналов.

Сцена столкновения поезда метро с «Фиатом» стала отличным примером сотрудничества специалистов по спецэффектам и компьютерной графике. С одной стороны, реальные физические эффекты придали столкновению вес и достоверный драматизм, с другой — цифровые доработки позволили сделать эти кадры по-настоящему зрелищными.

Для эпизода с прыжком Тома Круза с горы на мотоцикле команда супервайзера по визуальным эффектам Алекса проделала огромную подготовительную работу. Вся вершина горы была тщательно отсканирована, проведена фотограмметрия и собран обширный набор референсов. Эта скрупулезность позволила впоследствии без проблем заменить реальный трамплин, с которого совершался прыжок, на цифровой рельеф. Пройдя через множество итераций, художники точно определили форму местности и текстуру покрытия скал так, чтобы они идеально гармонировали с окружающим ландшафтом. Для повышения реалистичности у цифрового мотоцикла заменили только подвеску и шины, превратив машину в динамичный элемент природного пейзажа и обеспечив безупречный визуальный эффект.

Для вступительной сцены на складе, действие которой происходит в 1969 году, была построена лишь частичная физическая декорация, частично погруженная в зеленый фон.

«Мы хотели показать что-то такое, чего не ожидаешь увидеть в остальных эпизодах, действие которых происходит в 1880-х годах. Это должна была быть масштабная декорация, задающая тон. Мы работали с ILP, стараясь добавить как можно больше глубины и разнообразия в формы, детали и архитектуру. У нас были концепт-арты и референсы». — Райнер Гомбос.

Художественный отдел собрал лишь несколько полок, команда визуальных эффектов взяла незавершенную декорацию, наложили на неё гауссовое размытие и использовали получившуюся размытую картинку для планирования цифровых расширений непосредственно в виртуальном пространстве. Дублируя эти размытия на переднем плане, специалисты обеспечили себе свободу для экспериментов с движением камеры, а дополнительные элементы переднего плана позже пересняли в виде спрайтов и карт для фона.

Подход к созданию визуальной среды в этом фильме во многом определялся гибкостью и готовностью команды адаптироваться под обстоятельства.

«Изначально мы не планировали снимать городские сцены на съемочной площадке. К этому мы пришли позже. Нужно было выбрать подходящие локации, которые позволили бы максимально расширить съемочную площадку и при этом сохранить историческую достоверность, например экстерьер конференц-зала. Такой дизайн нам пришлось искать в Венгрии, и нам повезло найти его на площади Героев, где находится ледовый каток. Кроме того, мы обращали внимание на обзорность». — Райнер Гомбос.

При выборе натурных объектов команда оценивала, насколько легко их можно будет дополнить цифровыми расширениями, не нарушая исторического правдоподобия, и не загорожен ли обзор современными зданиями или деревьями. Впоследствии специалисты активно помогали художественному отделу, не только расширяя найденные пространства, но и занимаясь их цифровым оформлением.

Самым сложным в создании местом стал конференц-зал. Для него потребовалось изготовить огромное количество физического реквизита, а также создать толпу с помощью цифровых двойников и спрайтов (плоскостных изображений статистов).

Чтобы детально проработать это пространство, команда активно использовала Unreal Engine. Зал заседаний был полностью воссоздан в виртуальной среде, что позволяло проводить своего рода виртуальные экскурсии с помощью гарнитуры.

«Мы воссоздали зал заседаний в Unreal Engine и обошли его с помощью гарнитуры виртуальной реальности. Райнер Гомбос смог настроить систему таким образом, что мы могли навести лазерную указку на какой-то объект в окружающей обстановке, и вы мгновенно оказывались там, разворачивались и могли окинуть взглядом огромное пространство». — Райнер Гомбос.

Для съёмок интерьеров поезда команда выбрала метод виртуального производства, и главной причиной тому послужили физические свойства самих декораций. Изначально предполагалась работа с зеленым экраном, но от этой идеи отказались.

«Было несколько сцен, в которых наши герои ехали на поезде. Действие происходило в Америке 1880-х годов, наши герои возвращались со Среднего Запада в Вашингтон по сельской местности. Мы думали, что сможем снять это на фоне зеленого экрана, но помимо количества кадров нас беспокоило еще кое-что — освещение, которое должно было взаимодействовать с вагоном поезда». — Куллбак.

Вагон был отделан материалами с высокой отражающей способностью: кожаными сиденьями и полированным деревом столешниц в вагоне-ресторане. Съемка на зеленый экран создала бы массу проблем с удалением фона на этих глянцевых поверхностях и не дала бы естественных рефлексов. Решением стали два огромных светодиодных экрана, установленных в музее поездов в Будапеште. Лоуренс Джонс, креативный директор по виртуальному производству, создал окружение, которое транслировалось на экраны в реальном времени. Это позволяло оператору менять перспективу и оперативно регулировать освещение прямо на площадке. Реалистичность метода подтверждается результатом: экраны обеспечили 100% освещения сцены, и оператор Адриано Голдман остался очень доволен отснятым материалом. Из примерно 48 кадров лишь в четырех потребовалась незначительная цифровая коррекция.

В некоторых сценах в то время как на переднем плане снимались живые актёры, на средний и задний план были добавлены цифровые.

Помимо работы с поездом, студия полностью создала в компьютерной графике такие масштабные объекты, как корабли и Белый дом.

Ключевой идеей было разумное сочетание процедурной генерации и классических методов. Команда использовала три подхода: для главных улиц — сочетание модульных и процедурных зданий, для кадров с точным соответствием декорациям — кастомную геометрию, а для фона — проверенный метод фиксированных ассетов.

Для зданий переднего плана выбрали подход строительства на основе шаблонов. Создали библиотеку модулей — окон, дверей, колонн, крыш — и поручили Houdini собирать из них фасады по правилам. Прокси-геометрия задавала форму и размер здания, этажи делились на зоны и расставлялись модули: одни повторялись для ритма, другие фиксировались, треть помещались строго по центру. Главное преимущество Богдан Лазар описывает так: «Мы не просто масштабируем модель, как резину, мы перестраиваем фасады на основе новых пропорций». Это позволяло зданию растягиваться, сжиматься и огибать углы, подстраиваясь под конкретный кадр.

При размещении на улицах система сама рассчитывала пространство и распределяла дома, позволяя зафиксировать одно здание, а остальные автоматически подогнать вокруг. Целью был не идеальный город целиком, а ровно столько окружения, сколько нужно для кадра.

Для фонового города взяли историческую карту Ричмонда как основу уличной сети. На ландшафт, построенный из реальных топографических данных, спроецировали дороги, а затем сгенерировали пятна застройки, наполненные атрибутами. Здесь системой управляли правила и атрибуты, потому что зданий были тысячи и стиль требовалось контролировать на макроуровне. Логика района работала от расположения стен: уличные получали шанс на витрину, на боковых окна не делали вовсе, наличие палисадника или двора тоже влияло на фасад — все это на видео ниже обозначено разными цветами. Ассет получился переработанным, но в студии это посчитали инвестицией, ведь инструмент пригоден для будущих проектов.

Нужна была правдоподобная вода для дальних планов без затратных симуляций. В Houdini есть инструмент Ocean Spectrum, но его волны идут по прямой, а река извивается. Решение нашли через хитрый трюк. Сначала запустили простую 2D-симуляцию дыма по форме реки только для получения поля движения: «Нам не важно, жидкость это, дым или вода. Нам нужно только поле движения». Из него извлекли линии тока и использовали как скелет для риггинга: реку «выпрямили», сохранив её длину, наложили Ocean Spectrum со всеми его волнами и деталями, а затем деформировали обратно в изогнутое русло. Ирония в том, что в финальном монтаже многие кадры с рекой оказались сняты сбоку, где изгиб не виден.

С мостом ситуация была обратной городу. На площадке построили небольшую реальную конструкцию, требовалось её точное цифровое соответствие. Мост воссоздали и продлили в 3D как настраиваемый процедурный риг, где каждый столб и доска могли подгоняться под фотограмметрию и трекинг.

Разрушение готовили методично. Через атрибуты управляли размещением взрывчатки. Конструкцию разделили на логические семейства — столбы, балки, доски, перила — и разрушали по отдельности, потому что «дерево не ломается везде одинаково». Между частями настроили RBD-связи, регулируя их прочность. Сначала запускали пиро-симуляцию взрыва, а затем её полем скоростей разрушали связи в мосту. В итоге получилась контролируемая система разрушения, где поведение каждой щепки зависело от физики взрыва, создавая убедительную картину разрушения деревянного моста.

Проведённый анализ демонстрирует, что современный кинематограф развивается не в сторону единого метода, а в сторону гибкой, ситуативной комбинаторики. Процедурно-алгоритмический подход незаменим при создании масштабных пространств: он позволяет генерировать тысячи объектов по заданным правилам и быстро вносить глобальные правки, а так же использовать разработку в последующих проектах. Метод ручной, покадровой доработки даёт абсолютный художественный контроль над композицией, что критически важно при взаимодействии окружения с живыми актёрами. Наконец, виртуальное производство решает проблему интерактивного освещения и рефлексов, недоступную постпродакшену.

Главный итог состоит в том, что определяющей чертой современного кинопроизводства стала способность гибко сочетать эти подходы в зависимости от художественной задачи, окончательно стирая границу между реальным и созданным.