Столетие инноваций и роста вычислительных мощностей компьютеров выкристаллизовало технологию захвата движений, которая подарила нам харизматичного Голлума во «Властелине колец» и масштабную «Планету обезьян». Недавно под Минском открылась студия захвата движений, которая амбициозно называет себя крупнейшей в СНГ. И это касается не только площадей, но и применяемого оборудования. Рассказываем, как работает motion capture — технология реалистичной анимации для фильмов и игр.
Активно захват движений в кинематографе начали использовать относительно недавно, но корнями технология восходит к началу XX века и польско-американскому аниматору и изобретателю Максу Флейшеру. Он первым в 1914 году задумался о том, чтобы сделать движения анимационных персонажей более «живыми», реалистичными. И для этих целей использовал киносъемочный аппарат.
Макс снимал реальных актеров, а затем покадрово проецировал полученное на стекло, на которое была положена бумага. Аниматорам следовало дотошно перерисовывать фигуры, а полученный на бумаге результат затем заново снимался. Свое изобретение Флейшер назвал «ротоскопом», в наших же краях данный метод анимации был более известен как фотоперекладка.
Эту идею в конце 1930-х годов подхватил Уолт Дисней. Приемы ротоскопирования были использованы его компанией в первом полнометражном мультфильме «Белоснежка и семь гномов», хотя аниматоры и не одобряли это. А потому лишь некоторые сцены с Белоснежкой и Принцем были срисованы напрямую с отснятых вживую материалов.
В последующие годы основополагающие принципы технологии сильно не менялись. Правда, с появлением первых компьютеров предпринимались попытки создания аналоговой системы захвата движений, разработку которой приписывают Ли Гаррисону III. Его считают пионером аналоговой электронной анимации. Благодаря изобретениям инженера на американском телевидении появилась комплексная графика, заставки. Экспериментировал он и с технологией захвата движений. Правда, она была далеко не совершенной и широкого распространения не получила.
К 1980-м годам аниматоры начали использовать костюмы с активными маркерами и несколькими камерами, отслеживающими их перемещения. Полученные изображения были куда более реалистичными, чем «радиоактивные палочки» Гаррисона. Но даже в 1990-х каждая камера для мокапа была размером с небольшой холодильник, а аниматорам приходилось вручную назначать каждый маркер для каждого кадра каждой сцены. Работа была столь же кропотливой, как и ротоскопирование.
Достаточно взглянуть на эксперименты в кинематографе того времени. Чего стоит «Параллельный мир» (1992) с Брэдом Питтом и Ким Бейсингер, где последняя играет роль мультяшной девушки. Режиссер Ральф Бакши смело смешивает игровое кино с мультипликацией, добиваясь удивительного визуального эффекта — во многом благодаря технологии захвата движений.
С ростом вычислительных мощностей эта технология стала проникать все глубже. В 2004 году Роберт Земекис снял полностью цифровой «Полярный экспресс», а уже в 2009-м Джеймс Кэмерон представил свой впечатляющий «Аватар».
Технология захвата движений по-прежнему остается дорогостоящим удовольствием, пускай и спрос на продукт последние годы активно растет с развитием игровой и киноиндустрии. Это подтверждают также специалисты студии захвата движений Mocap One под Минском. Открылась она относительно недавно и потребовала значительных вложений.
— Всего на нашей площадке задействовано 48 камер. Каждая из них стоит почти 6000 долларов, — рассказывает Владимир Неофита, технический директор студии. — Камеры нужны для того, чтобы отследить пространственное положение маркеров, которые отражают инфракрасный свет, посылаемый с камер.
Эти камеры, естественно, непростые. Матрица с разрешением 2048×2048 пикселей видит отражающий маркер, а встроенный процессор определяет координаты самой яркой точки и передает их на компьютер. Последний объединяет все координаты, создает векторы трассирующих лучей, находит их пересечения и создает координаты виртуального маркера.
Кажется, в Беларуси совсем не делают высокобюджетное кино, где могли бы потребоваться подобные технологии. Да и обилия крупных игровых студий у нас нет. Но совсем не обязательно, чтобы подобная студия находилась в месте непосредственного производства фильма или игры, ведь работать в современном мире можно и удаленно, не обращая внимания на границы и расстояния. Чаще всего услугами интересуются российские кинокомпании, которые сейчас много и активно снимают в Беларуси.
Как рассказывают специалисты Mocap One, заказчику не обязательно находиться на съемочной площадке. Процесс устроен так. В студию поступает техническое задание, где дотошно описаны необходимые анимации. Актеров, спортсменов, каскадеров или танцоров ищут на месте в Минске. Их переодевают, снимают с ними анимации, а затем отправляют заказчику в нужном формате.
— Система была создана для оптимизации процессов. Вручную аниматор в день может выдать около 4 секунд анимации, — подчеркивает Владимир. — Здесь мы можем снять 8 часов анимации в день. Конечно, потом ее еще нужно будет обработать, отобразить поверх скелета игрового персонажа, но тем не менее произвести анимацию в таких студийных условиях можно куда быстрее.
Если вы приходите с подготовленным четким заданием и репетировать не нужно, то процесс идет очень быстро. Актер просто выполняет свое задание, а его движения переносятся на условную виртуальную куклу — скелет, который служит основой для персонажа в игре, фильме, мультфильме или рекламе.
В студии поддерживают режим секретности. Все-таки много неанонсированных проектов сейчас находятся в работе, и заказчики ни в коем случае не допускают, чтобы произошла утечка. Правда, с разрешения заказчика нам позволили узнать, что именно в этом помещении в работе находится анимация для неанонсированного консольного проекта белорусской студии Vizor Games.
Сотрудники Mocap One не стесняются говорить, что их студия и по оборудованию, и по размерам дает фору аналогичной студии Тимура Бекмамбетова.
— Как показала практика, для съемок нужно большое помещение, потому как вы не можете разогнаться, пробежать с нужной скоростью, сделать сальто в небольшой комнате, — объясняет директор студии Mocap One Анна Маркевич. — Анимацию придется доделывать руками… Но для чего тогда все это нужно, если стоит задача сразу получить результат, близкий к идеальному?
Когда на съемку в студию приезжают каскадеры, им выстраивают необходимые декорации, чтобы они могли прыгать, имитировать падения, спокойно бегать. Для этого хватает и высоты потолков в 7 метров, и площади помещения в 520 квадратных метров. Говорят, что в студии без проблем можно разместить даже слона. Правда, пока с такой задачей не сталкивались. Тем не менее в ближайшее время помещение посетит лошадка.
— В планах есть съемка белорусской чемпионки по конному спорту. Зимой ее лошадку не так просто доставить к месту съемки, но внутри студии мы проведем работу без проблем.
Кроме людей и животных маркировать можно предметы, с которыми работают актеры. Допустим, если в игре есть оружие.
— Актеру в принципе нужно держать в руках предмет, чтобы съемка была реалистичной. Предмет должен обладать достаточным весом, чтобы была реалистичность массы в руках. Многие заказчики приезжают со своим реквизитом, но что-то мы можем сделать и здесь. По крайней мере, нечто похожее на то, что можно маркировать.
Для студии захвата движений подойдет далеко не любое помещение. Съемочную площадку необходимо лишить всяких отражающих поверхностей. Потому что все блестящее — это проблема для камер. Для этого на наливной пол уложили специальные спортивные полы, прорезиненные коврики. Для прыжков каскадеров нужны были маты. Но это должны были быть особенные матовые маты, а не глянцевые, к которым мы привыкли в школьных спортзалах.
— Это не значит, что какая-нибудь блестящая деталь на площадке полностью остановит процесс записи, но она доставит некоторые проблемы в процессе. К счастью, мы легко с этим справляемся, — замечает Анна.
Что касается оборудования, то для профессиональных студий захвата движений особых альтернатив нет: в мире всего два производителя оборудования высокого качества.
— Оборудование Vicon в три раза мощнее, но на порядки дороже. Вместе с тем преимущества в мощности можно перебить количеством камер: каждая камера добавляет новый угол обзора, положительно влияющий на результат съемки. К тому же у Vicon очень жесткая маркетинговая политика, закрытые цены.
Компания OptiTrack, в свою очередь, предлагает вменяемое качество за свою цену. Когда покупаешь их оборудование, ты точно знаешь, что берешь, сколько это будет стоить и как ты это получишь.
Выбор камер тоже сводился к двум вариантам. И Владимир говорит, что оба варианта представлены в их студии.
— У камер Prime41 более узкий угол обзора, из-за чего они дальше и четче видят маркеры в сравнении с Prime17W. Последние, в свою очередь, имеют более широкий угол обзора и видят чуть ближе, но позволяют захватывать анимацию в два раза быстрее — со скоростью 360 кадров в секунду.
Для чего нужна такая скоростная съемка? Допустим, мы хотим выстрелить из лука и записать траекторию полета стрелы. У обычных камер на всю площадку будет лишь два-три шанса увидеть стрелу, в то время как камеры OptiTrack (Prime17W) позволят в два раза точнее отследить всю траекторию.
— Есть оптические, радиорезонансные, гироскопические и пьезомеханические системы захвата. У всех есть свои недостатки: помехи, накопление погрешностей и т. д. На оптической системе остановились потому, что у нее есть единственный недостаток — полное перекрытие маркера.
— Лицевую анимацию записывать намного проще, потому как там нет перекрытий: все маркеры находятся на поверхности лица, и их ничто не закрывает. Тогда как при захвате движения человеческого тела декорации или другой актер на площадке могут перекрыть маркер, спровоцировать помехи. В нашем случае эта проблема решается количеством камер по периметру площадки: от 48 штук непросто спрятаться. А для существования маркера в виртуальном пространстве достаточно, чтобы его видели хотя бы 3 камеры.
Применять технологию оптического захвата движений можно не только при производстве игр и 3D-кино, но и в биомеханических исследованиях. Как рассказали нам специалисты, с помощью камер и маркеров можно отследить, на какую ногу и как человек хромает, записать движения спортсменов для совершенствования тренировок.
Немецкие ученые, например, используют эту технологию при разработке экзопротеза для реабилитационных целей. Система отслеживает движения, регистрирует паттерн прихрамываний и позволяет настраивать протез таким образом, чтобы он нивелировал хромоту и придавал ноге необходимый импульс для плавного движения.
К тому же данную систему можно использовать для проведения прямой трансляции на персонажа. Допустим, на каком-нибудь корпоративе сказочный герой на экране в режиме реального времени повторяет действия актера за сценой. Выбор персонажей широкий: от Деда Мороза до Джеки Чана.
Священным Граалем технологии захвата движений называют разработки, которые позволят избавиться от маркеров. Правда, эксперты уверены, что это станет возможно лишь тогда, когда технологии искусственного интеллекта и квантовых вычислений достигнут определенных высот.
Тем не менее в этом направлении уже сегодня есть серьезные подвижки. Разработчики игрового движка Unreal Engine из Epic Games в прошлом году продемонстрировали Siren. Это цифровой человек, созданный с помощью специального mocap-костюма на живой актрисе. Его «фишка» заключается в оборудовании для распознавания лица. В режиме реального времени инженеры демонстрировали потрясающий уровень реализма. Актриса ходила по сцене, говорила что взбредет в голову, а ее виртуальный аватар копировал каждое движение.
Ускорение анимации персонажей не обязательно значит, что игры будут разрабатывать быстрее. Просто у создателей будет больше времени для того, чтобы довести детали до совершенства, до уровня пугающего своей реалистичностью виртуального мира.
Читайте также:
Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!
Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!
Перепечатка текста и фотографий Onliner без разрешения редакции запрещена. nak@onliner.by
