Как развивалась компьютерная графика в фильмах: от простейших рисунков до омоложения актёров

Как на появление CGI повлиял Альфред Хичкок, сколько данных обрабатывали в «Аватаре», и зачем в кино используют игровые движки.

Современное массовое кино практически невозможно представить без кадров, сгенерированных на компьютере. Например, у Кристофера Нолана компьютерная графика используется для точной симуляции поведения чёрных дыр. В «Доме Дракона» — чтобы реалистично показать драконов, а в фильмах Marvel визуальные эффекты применяются для создания целых сцен, полностью нарисованных VFX-художниками и аниматорами.

Но с чего всё началось? Рассказываем, как на компьютерную графику повлиял Альфред Хичкок и как инженеры экспериментировали с визуальными эффектами в 1940-х годах.

История графики в кино началась почти сразу же, как появились первые компьютеры. Ещё в поздних 1940-х годах пионер компьютерной анимации Джон Уитни использовал вычислительные способности машин для создания примитивных узоров, которые затем переносились на плёнку. Он экспериментировал с методами механической анимации на девайсах, построенных на основе военной техники времён Второй мировой.

А первым фильмом, в котором использовалась компьютерная графика, считается классическая картина Альфреда Хичкока «Головокружение» (1958). Именно Джон Уитни вместе с графическим дизайнером Солом Бассом создал вступительную сцену ленты.

Эта сцена у современников вызывала чувство головокружения, чего и добивались Хичкок и Сол Басс. Дизайнер взял за основу мотив лестницы из фильма, на которой у главного героя кружилась голова. Безостановочный спуск по бесконечной лестнице по задумке Сола вызывал чувство тревоги, поэтому ему потребовалась механически точная анимация из отдельных рисунков, чего вручную добиться невозможно.

Шестидесятые годы XX века ознаменовались появлением первой компьютерной анимации, созданием трёхмерной каркасной модели, первой симуляцией полёта самолёта, сценой с захватом движения (motion capture) и появлением на экране первого говорящего CGI-персонажа. Список на первый взгляд внушительный, хотя современного зрителя эти сцены, конечно, вряд ли впечатлят. Впрочем, давайте взглянем на пару примеров.

В 1961 году Джон Уитни создал первый в истории короткометражный анимационный фильм «Каталог» (Catalog).

Образы из видеоролика вдохновили Стэнли Кубрика, который применил некоторые визуальные эффекты из «Каталога» в фильме «Космическая одиссея 2001». Впрочем, невесомость в легендарной ленте создавалась с помощью практических эффектов.

Спустя шесть лет Марк Гилленсон создал короткометражку «Колибри» (Csuri) с помощью технологии морфинга — перемешивания нарисованных линий так, чтобы они складывались в отдельные изображения. В том же 1967 году Марк смог смягчить процесс морфинга и «снял» короткометражку «Синусоидальный человек» (Sine Curve Man).

С тех пор морфинг для преобразования лиц стал достаточно популярным у музыкантов — в частности, его использовал Майкл Джексон в клипе Black or White, в котором лица одних людей плавно изменялись на другие.

В 1970-х годах компьютерная графика начала быстро усложняться. И уже в 1972 году Эд Катмулл оцифровал модель собственной руки. Его фильм так и назывался «Компьютерная анимированная рука» (A Computer Animated Hand). Видео представляло собой результат простейшего захвата движения.

Для оцифровки Эдвин нарисовал на своей руке 350 треугольников и многоугольников, а затем воспользовался собственноручно разработанной программой для 3D-анимации.

Год спустя вышел фильм «Мир Дикого Запада» (Westworld), в котором впервые совместили цифровую анимацию с реальными съёмками.

Аудитория тех лет высоко оценила фильм, поэтому кинематографисты незамедлительно взялись за продолжение. В вышедшем через три года сиквеле «Мир будущего» (Futureworld) зрители впервые увидели 3D-рендеринг головы.

В 1975 году Джордж Лукас основал студию Industrial Light & Magic, которая помогла отснять космические корабли в фильме «Звёздные войны: Новая надежда» с помощью технологии Motion Control — управление движением камеры.

Наконец, в 1979 году в легендарной картине Ридли Скотта «Чужой» художники построили каркасные модели приземляющихся навигационных космических кораблей. Форма объекта в такой модели задаётся множеством вершин, соединённых друг с другом линиями — рёбрами.

А к 1982 году компьютерная анимация навсегда изменила кинематограф, потому что именно в этом году студия Уолта Диснея выпустила фильм «Трон» о программисте Кевине Флинне, попавшем в виртуальную реальность. Занималась визуальными эффектами студия Industrial Light & Magic.

Лента не могла похвастаться сильным сюжетом, зато в ней было около 20 минут кадров с компьютерной графикой, а ещё художники нарисовали множество фоновых объектов и знаменитых мотоциклов. Для этого использовался метод ротоскопирования — ручной раскраски каждого кадра с реальными актёрами.

После «Трона» компьютерная графика в кино начала развиваться семимильными шагами. В 1985 году свет увидело первое почти полностью цифровое музыкальное видео Money For Nothing группы Dire Straits.

В клипе компьютерная анимация человеческих персонажей иллюстрировала текст песни. Аниматоры ролика впоследствии откроют студию Mainframe Entertainment и выпустят первый в истории CGI-мультсериал «Повторная загрузка» (ReBoot).

В фильме «Лабиринт» 1986 года зрители впервые увидели реалистичную цифровую сову, пролетающую перед камерой в открывающих титрах.

Если раньше зрители видели морфинг только плоских изображений, то в фильме «Звёздный путь 4: Дорога домой» аниматоры с помощью 3D-сканера Cyberware оцифровали головы актёров Уильяма Шетнера и Леонарда Нимоя в форме бестелесных 3D-скульптур.

Спустя три года в научно-фантастическом фильме «Бездна» Джеймса Кэмерона зрителям впервые показали сгенерированную на компьютере водную стену и фантастических морских обитателей.

А в фильме «Индиана Джонс и последний крестовый поход» того же года для сцены гибели Уолтера Донована впервые использовали цифровой композитинг — совмещение несколько отснятых в разное время кадров в единое изображение.

В 1990-х годах компьютерная графика прочно закрепилась в дорогих блокбастерах, достигнув в изображении сгенерированных изображений фотореализма, к которому всегда стремились кинематографисты. В этом десятилетии выпущено множество по-настоящему новаторских фильмов, как, например, «Терминатор 2», «Судный день» (1991), «История игрушек» (1995) или «Матрица» (1999).

Практически каждый год выходила лента, которая могла похвастаться применением новых технологий. Так, в 1990 году в фильме «Вспомнить всё» с Арнольдом Шварценеггером нашла полноценное применение технология захвата движения, которую режиссёр использовал для сцены с рентген-сканером и перестрелкой.

В 1991 году в фильме «Обратная тяга» с Робертом де Ниро и Куртом Расселом зрители увидели нарисованный фотореалистичный огонь.

В фильме «Терминатор 2: Судный день» студия Industrial Light & Magic анимировала реалистичные движения терминатора Т-1000 на обычных персональных компьютерах, а не специализированных и крайне дорогих вычислительных машинах.

В 1993 году в ленте Стивена Спилберга «Парк Юрского периода» художники и аниматоры студии Industrial Light & Magic совместили на экране аниматронику и цифровые модели динозавров.

Получившийся результат настолько впечатлил VFX-художников, что некоторое время после выхода фильма многие специалисты считали визуальные эффекты «Парка Юрского периода» чуть ли не самыми совершенными.

В 1995 году студия Pixar Animation Studios выпустила свой первый полнометражный полностью цифровой мультфильм «История игрушек».

А ещё через два года Джеймс Кэмерон снял самый дорогой на тот момент фильм о гибели Титаника. Научившись работать с цифровой водой при съёмках «Бездны», Кэмерон добился в «Титанике» беспрецедентного фотореализма водной поверхности и разрушения тонущего корабля.

Наконец, под конец десятилетия вышел научно-фантастический фильм «Матрица», в котором впервые был применён эффект замедления времени bullet time. Для того, чтобы снять падающего на землю Нео, операторы расставили вокруг повисшего на тросах Киану Ривза множество камер, а затем снятые кадры с разных точек обзора последовательно смонтировали друг за другом.

К 2000-м годам потребность у кинематографистов в высококачественной графике беспрецедентно ускорялась. VFX-специалистам потребовались мощные компьютеры и надёжное программное обеспечение, поэтому в начале нового века многие студии сами разработали под конкретные нужды «софт», который применяют и по сей день.

В 2002 году в легендарной картине Питера Джексона «Властелин Колец: Две крепости» с реальными актёрами в течение всего фильма на экране находился фотореалистичный Голлум, которого сыграл Энди Сёркис. Создатели использовали технологию захвата движения и захвата мимики, чтобы максимально реалистично передать эмоции Сёркиса.

Режиссёр Роберт Земекис пошёл ещё дальше и в 2004 году снял «Полярный экспресс», в котором для каждого актёра использовалась эта технология.

Индустрия визуальных эффектов в нулевые развивалась чрезвычайно быстро. И, в конце концов, компьютерная графика постепенно становилась доступной для широкой публики, а не только специалистов больших студий. В 2006 году независимая команда Orange Open Movie Team выпустила короткометражку «Мечта слонов».

Визуальные эффекты, анимация, 3D-модели фильма выпущены по свободной лицензии, а программное обеспечение опубликовано с открытым исходным кодом.

Под конец десятилетия в 2009 году вышел новый фильм Джеймса Кэмерона — «Аватар». Лента ознаменовала собой переломный момент в истории кино. Рельеф планеты Пандора, а также её флора и фауна полностью нарисованы на компьютерах студии Weta Digital, которую основал Питер Джексон. Рендеринг трёх петабайт данных занял около двух лет. Движения аватаров полностью записаны с помощью усовершенствованной технологии motion capture. Все взрывы в фильме также сгенерированы специалистами по визуальным эффектам практически без участия пиротехников.

Наконец, картина Кэмерона дала толчок развитию технологии 3D в кино. Так, в том же году студия Dreamworks Pictures выпустила первый полнометражный анимационный фильм, снятый в стереоскопическом 3D. Раньше мультфильмы снимали в обычном формате, а уже после финального монтажа конвертировали в 3D.

В блокбастерах 2010-х годов компьютерная графика настолько прочно въелась в визуальное пространство фильмов, что теперь проще выяснить, какие кадры не содержат VFX вовсе. Для сравнения «Парк Юрского периода» содержал 63 кадра с визуальными эффектами, а в «Мстителях» было более 2200 кадров, хотя бы частично сгенерированных на компьютере. А в «Стражах Галактики» 2014 года создатели использовали графику в 2750 кадрах!

Другими словами, 90 процентов хронометража фильма Джеймса Ганна в той или иной степени задействуют компьютерную графику.

Фотореалистичность картинки в фильмах 2010-х годов выросла до такого уровня, что дальнейшее улучшение визуальной части кино сводится, скорее, к увеличению количества полигонов CGI-моделей, а не к потенциальным качественным скачкам.

Так, в 2011 году в фильме «Восстание планеты обезьян» все животные сгенерированы художниками, а Энди Сёркис вновь вернулся в студию захвата движения для того, чтобы сыграть вожака Цезаря.

В картине Альфонсо Куарона «Гравитация» зрители увидели снятую одним кадром 17-минутную открывающую сцену в невесомости, которая практически полностью сгенерирована на компьютере. Также для достижения эффекта присутствия создатели изначально снимали ленту в 3D.

В фильме «Выживший» Алехандро Гонсалеса Иньярриту героя Леонарда Ди Каприо атакует медведица, защищающая своих медвежат.

Несмотря на то, что фильм практически полностью снят на натуре, специалистам по визуальным эффектам всё равно нашлась работа. Так, для реалистичного отображения нападения медведицы художники изучали соответствующие документальные кадры, а реквизиторы подготовили реалистичные чучела и аниматроники медведя.

В 2010 году в фильме «Трон: Наследие» омолодили героя Джеффа Бриджеса на 30 лет.

В фильме Дени Вильнёва «Бегущий по лезвию 2049» художникам удалось максимально близко приблизить CGI-персонажа к настоящей актрисе. Специалистам по визуальным эффектам удалось убедительно омолодить актрису Шон Янг, которая играла девушку-репликанта Рэйчел. При этом в фильме играла не сама Янг, а актриса Лорен Пета, и художники объединяли модели обеих актрис воедино для того, чтобы получить желаемый результат.

В настоящее время фотореалистичная компьютерная графика проникает и на телевидение: в сериалах вроде «Игры престолов» или «Властелин колец: Кольца власти» уровень визуальных эффектов приблизился к самым дорогим картинам, снятым для IMAX-кинотеатров.

В ноябре 2021 года Unity сообщила о покупке VFX-студии Weta Digital, чем положила начало обмену программными системами и рабочими станциями между создателями известнейшего игрового движка и студией, которая создавала визуальные эффекты для фильмов «Планета обезьян» и трилогии «Хоббит». Впрочем, соединение игровых технологий с кинематографом начались ещё раньше.

Первоначально именно игры начали стремиться к достижениям кинематографа. Так, в 1998 году в Metal Gear Solid Хидео Кодзима разделил игровой процесс кинематографическими кат-сценами на движке игры.

Сам Хидео Кодзима объяснял в многочисленных интервью, что видит общим будущее кинематографа и видеоигр. История показала, что взгляды Кодзимы верны: сейчас в играх множество элементов кинематографического повествования и кат-сцен.

Впрочем, слияние видеоигр и кино не заканчивается только на общих выразительных средствах. Дело в том, что в настоящее время визуальные эффекты в кино и видеоигры создаются едва ли не с помощью одних и тех же инструментов. Разница до недавних пор состояла только в том, что в игре картинка на экране рендерится в реальном времени, а каждый кадр в кино — по несколько часов, а то и дней.

Когда в 2020 году началась пандемия, и люди массово переходили на удалённую работу, кинорежиссёры, которым тоже пришлось временно покинуть съёмочные площадки, открыли для себя возможности Unity или Unreal Engine. Справедливости ради, игровые движки использовались голливудскими VFX-студиями и до пандемии, просто раньше их функция ограничивалась предварительной визуализацией. Первыми стали использовать игровые движки для «превизов» (pre-viz — сокращение от «предварительной визуализации») ILM и Стивен Спилберг.

Но поскольку современные видеокарты способны производить тяжёлые вычисления в реальном времени, игровые движки стали постепенно использоваться режиссёрами практически на всех этапах подготовки визуальных эффектов. Вплоть до так называемого «конечного пикселя» — финального изображения, которое увидит зритель на экране.

Упрощённо говоря, игровые движки позволяют программистам, дизайнерам уровней, 3D-моделлерам, аниматорам, художникам по окружающей среде и всем остальным членам команды создавать все модели персонажей, окружение и другие реквизиты в трёхмерном пространстве. Полученные модели можно относительно легко анимировать и изобразить на экране настолько правдоподобно, насколько хватает мощностей компьютера.

Кинематографистам сам игровой мир не слишком нужен, а вот кат-сцены, которые можно поставить на движке игры, интересуют режиссёров куда больше. Ведь режиссёры могут снять художественный фильм, используя только серию кат-сцен, идущих друг за другом. Каждую сцену затем можно смонтировать, как и обычный игровой фильм (кино с реальными актёрами). К тому же современные технологии достигли такого уровня, когда разницу между 3D-рендерингом на движке и реальным изображением увидеть не так-то просто.

Игровые движки отлично приспособлены для создания полностью виртуальных съёмочных площадок, что было особенно важно в разгар пандемии. Дело в том, что современные движки поддерживают функцию виртуальной камеры, которую можно установить в 3D-сцене, управлять, вращать, масштабировать изображение и так далее. Кроме того, на движке можно в пару кликов имитировать необходимое освещение, вне зависимости от времени суток во время съёмок.

В общем, что Unreal Engine, что Unity 2021 сокращают время производства фильма, что помогает снизить затраты. Например, в индийском фильме «RRR: Рядом ревёт революция», вышедшего в российский прокат в марте 2022 года, создатели использовали Unreal Engine 5 для воссоздания лесных пожаров и подводных сцен.

А в фильме «Радхе Шьям» один из героев фильма выходит из телефонной будки на дождливую улицу Лондона и подходит к такси. Оператор фильма Манодж Парамахамса сказал, что эту сцену нельзя было снимать в Лондоне из-за того, что съёмки проходили, когда в Британии была зима. Поэтому создатели фильма поставили в студии огромный экран, на который проецировали виды Лондона, а затем загрузили снятые кадры в Unreal Engine. С помощью встроенных в движок инструментов кинематографисты соединили виртуальный фон и реального актёра.

Такое объединение на одной плоскости реальных и виртуальных элементов позволяет режиссёрам снимать и монтировать фильм ещё до начала непосредственных съёмок. То есть, визуальные эффекты создаются не во время постпродакшна, а захватываются камерой прямо со светодиодных экранов.

Пионерами такого способа съёмок можно назвать создателей сериала «Мандалорец». Шоураннер Джон Фавро и оператор Грег Фрейзер не горели желанием возиться с зелёным экраном, но и полагаться только на практические эффекты не могли из-за возможной чересчур высокой стоимости производства.

Вместо этого студии Industrial Light & Magic и Lucasfilm совместно с Epic Games разработали фотореалистичную систему визуальных эффектов на движке Unreal Engine. В работе также принимали участие технологические компании, в том числе NVIDIA.

На съёмочной площадке была смонтирована массивная светодиодная установка, которую назвали Volume. С помощью неё создатели фильма соединили реальные декорации с виртуальным фоном.

В фильме «Интерстеллар» Кристофер Нолан тоже практически полностью отказался от «хромакея», разместив на съёмочной площадке экраны, на которых актёры видели космические пейзажи. Но в «Мандалорце» изображения на таких экранах рендерились в реальном времени, как того требовал Джон Фавро. Поэтому актёры видели не зелёные полотна, а реалистичную окружающую среду, на которую им проще реагировать.

В одной из сцен VFX-специалисты, которые трудились над сериалом, синхронизировали свет в Volume так, чтобы, когда мандалорец шёл по центру кадра, источник света смещался вместе с ним. Это потребовалось для того, чтобы фон за героем не мерцал и не искажался.

В общем, современные игровые движки достигли настолько высокого уровня фотореализма, что способны выдать на экране картинку, которая не будет уступать киношной в детализации и разрешении. Техническая сложность упирается в мощности компьютера, на котором производится рендер.

Постепенно VFX в кино переходит под крыло нейросетевых технологий. С их помощью художники могут автоматизировать свою работу. И если для «Бегущего по лезвию 2049» специалисты чуть ли не вручную восстанавливали молодую версию Шон Янг, то в фильме Мартина Скорсезе «Ирландец» героев Роберта де Ниро, Джо Пеши и Аль Пачино омолаживали с помощью программного обеспечения и нейросетей.

Хотя результат не всегда выглядит достаточно убедительным, можно не сомневаться в том, что уже в ближайшем будущем такие технологии найдут самое широкое применение. А значит, кинематографистам удастся вновь и вновь удивлять нас масштабным и зрелищным кино!

Сообщество развивается при поддержке «Кинопоиска»

#лонг #cgi #marvel #vfx