Компьютерная графика как искусство. Как компьютерная графика становится неотличимой от реальности Трёхмерные графические редакторы

Трехмерная графика

Трёхмерная графика оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию.

Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.

В трёхмерной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей или частиц. Минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники.

Трехмерная графика

Всеми визуальными преобразованиями в 3D-графике управляют матрицы.

В компьютерной графике используется три вида матриц:

матрица поворота

матрица сдвига

матрица масштабирования

Трехмерная графика

Любой полигон можно представить в виде набора из координат его вершин.

У треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z).

Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый/сдвинутый/масштабированный относительно исходного.

CGI - графика

CGI (англ. computer-generated imagery, букв. «изображения, сгенерированные компьютером») - спецэффекты в кинематографе, телевидении и симуляторах, созданные при помощи трёхмерной компьютерной графики.

В компьютерных играх обычно используется компьютерная графика в реальном времени, но периодически добавляются и внутриигровые видео, в которых используется CGI.

CGI позволяет создавать эффекты, которые невозможно получить при помощи традиционного грима и аниматроники, и может заменить декорации и работу каскадёров и статистов.

CGI - графика

Впервые в полнометражном фильме компьютерная графика использовалось в «Мире Дикого Запада», вышедшем на экраны в 1973 году.

Во второй половине 1970-х появились фильмы, использующие элементы трёхмерной компьютерной графики, в том числе «Мир будущего», «Звёздные войны» и «Чужой».

CGI - графика

В «Парке юрского периода» (1993) впервые при помощи CGI удалось заменить каскадёра; в том же фильме впервые удалось непрерывно соединить CGI (кожа и мышцы динозавров были созданы при помощи компьютерной графики) с традиционной съемкой и аниматроникой.

В 1995 году вышел первый полнометражный фильм, полностью смоделированный на компьютере - «История игрушек».

В фильме «Последняя фантазия: Духи внутри нас» (2001 год) впервые фигурировали реалистические CGI-изображения людей.

CGI – графика. Создание персонажа

http://city.zp.ua/viewvideo/R4woMpsHYSA.html

Компьютерная графика в спецэффектах

Спецэффеект, специ льныйае эфф ктее(англ. special effect, сокр. SPFX или SFX) - технологический приём в кинематографе, на телевидении, на шоу и в компьютерных играх, применяемый для визуализации сцен, которые не могут быть сняты обычным способом (например, для визуализации сцен сражения космических кораблей в далёком будущем).

Спецэффекты также часто применяются, когда естественная съёмка сцены слишком затратна по сравнению со спецэффектом (например, съёмка масштабного взрыва).

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.

Что было до

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».

Что нового в «Книге 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».

Как совмещаются реальные кадры и графика

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.

Реалистичные движения и риггинг

Все заслуги гениальных художников, 3D-моделлеров и композеров может перечеркнуть нереалистичная физика. И одно дело - симуляция движений , другое - правдоподобные перемещения живых персонажей. Нашумевшая сцена из «Властелина Колец», где Леголас , 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, 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 (motion capture)

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 , а Смауг так . 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».

Глаза и мимика

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.

Эмоции и возраст

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».

Волосы и шерсть

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».

Какие программы используются для создания спецэффектов и кто их создает

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.

CGI в нашей повседневности

Сложные технологии создания компьютерной анимации постепенно становятся доступны массовому пользователю. Среди последних достижений в этой области можно отметить выпущенную в 2014 году программу или нашумевшее приложение белорусских . 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.

Пример интеграции OSG в приложение, разработанной в QtDesigner. Этот пример будет подробно разобран ниже

И, черт возьми, было бы весьма интересно совместить две технологии: Qt и OSG. Подобную задачу пришлось решать моему коллективу, о чем я уже писал в . Однако, этот вопрос хотелось бы раскрыть немного шире, и данная статья будет как раз на эту тему.

Как создаются спецэффекты к фильмам? Что такое цифровая живопись? Что означает CG и CGI? Ответим на эти вопросы в данной статье из двух частей. А кроме того здесь вы найдете адреса сайтов по теме и видеоролики о создании спецэффектов к фильмам.

Статья получилось настолько большая, что пришлось её разделить на две части, чтобы было проще читать. Первая часть посвящена теории и спецэффектам, а вторая цифровой живописи и графике.

Вообще, большинство ресурсов в интернете, связанных с созданием спецэффектов и цифровой живописи, имеют иностранное происхождение. Это связано с тем, что в России данная область ещё только развивается. Именно поэтому российские блокбастеры с красивыми спецэффектами появились совсем недавно. Стоит упомянуть Тимура Бекмамбетова, который и дал толчок современным российским блокбастерам (за что ему большое спасибо).

Понятие

«CG» переводится как «компьютерная графика». Однако, как правило, за этим понятием стоит немного другой смысл. Ведь понятие «компьютерная графика» охватывает почти любую сферу деятельности, где графика создаётся компьютером или с помощью него. Однако слово «CG» подразумевает именно создание либо спецэффектов для видео, либо цифровую живопись, либо создание графики для различных интерактивных презентаций и видеоигр.

Правда, спецэффекты в кино обычно называют «CGI» (computer- generated imagery , буквльно «изображения, сгенерированные компьютером»). Хотя, в принципе, между CG и CGI нет особых различий.

А теперь самое интересное...

Спецэффекты в кино

Давным-давно спецэффекты были очень примитивными, но при этом новаторскими. Обычно, суть спецэффектов заключалась в том, чтобы искусно стереть из кадра страховочные тросы и т.п., чтобы выглядело всё захватывающе и интереснее. Было всё это во времена немого кино.

Позже, когда появилась необходимость в различных киношных монстрах, появилась необходимость и в соответствующих спецэффектах. Конечно, если нужно создать гуманоида или снежного человека, то на актёра просто наносился грим или надевался костюм. Однако создание чего-то более сложного вызывало у режиссёров большие проблемы.

Чтобы добавлять в кино причудливой формы существ, киношники придумали покадровую анимацию. Т.е. делался пластилиновый макет существа, а затем много раз фотографировался, при этом по чуть-чуть меняли его позу тела. А затем, если быстро прокрутить такие фотографии (30 кадров в секунду), выглядело это так, что существо двигается. Хотя это и выглядело нелепо, однако режиссёры умудрились подать это довольно интересно.

Именно покадровая анимация изменила всё (даже современные спецэффекты делаются по тому же принципу). Однако даже в наше время некоторые мультфильмы делаются с использованием покадровой анимации, потому что выглядят такие мультфильмы своеобразно и интересно.

А потом пришла эпоха информатизации и компьютеризации...
Тогда в киноиндустрии поняли, что можно отрисовывать спецэффекты с помощью компьютера. Более того, персонажей и различных существ можно тоже рисовать прямо на компьютере и переносить их на плёнку при монтаже. Тогда появились первые фильмы с «внедрёнными» персонажами.

Однако с этим пришли и проблемы. Из-за того, что такие персонажи накладывались на ленту уже после отснятия материала, актёрам приходилось проявлять все свои актёрские способности, чтобы взаимодействовать с таким «невидимым партнёром».

Когда Стив Джобс создал компанию Pixar, то он захотел создать мультфильм, сделанный и отрисованный только с помощью компьютера. Так на свет появилась серия «История игрушек».

Современный кинематограф недалеко ушёл от тех азов, которыми пользовались праотцы спецэффектов. Только на смену пластилиновых существ, пришли существа полностью сделанные в графических редакторах. Однако, есть пара приёмов и трюков, которыми активно пользуются современные режиссёры...

Chroma Key

Произносится как «хрома кей», хотя правильное произношение должно быть «хрома ки». Суть проста, актёр снимается на фоне зелёного или синего полотна ткани (рир-экран), а после вместо этого полотна ставят изображение. Т.е. можно в одном павильоне снять практически целый фильм, где главный герой путешествует по планете (кстати, так и был создан фильм Обитель Зла 4).

Чтобы хорошо спроецировать нужную картинку на рир-экран, нужно использовать монотонный мягкий цвет, а потому используются обычно либо зелёный, либо синий.

Motion Capture

Это означает «захват движения». На настоящего актёра прикрепляются специальные датчики (белые шарики или кубики и т.п.), а затем уже на компьютере все его движения анализируются. Т.е. актёр полностью одетый в костюм из датчиков делает какие-либо движения, а затем эти данные анимации переносятся на компьютерного персонажа. Так компьютерный персонаж двигается так же как человек (плавно и физически правильно).
А иногда, захват движения используют локально, например, чтобы добавить настоящему актёру что-либо компьютерное (компьютерный грим, если хотите).

Трёхмерные графические редакторы

Без них не сделать вам ни одно объёмное чудище или существо, или же построить целый город. Чтобы добавить, допустим, Кинг-Конга, нужно сначала смоделировать его. Делается это в трёхмерных графических редакторах, а процесс больше походит на создание скульптуры. Нужно не только уметь обращаться с такими программами, но и знать основы анатомии, композиции и т.д. Как правило, таких людей тоже называют художниками, так как принцип работы почти одинаков.

Обычно сначала делается примитивная модель персонажа, чтобы понять как он будет вести себя в кадре, сколько будет занимать пространства, как должны взаимодействовать с ним актёры. А затем уже делается высококачественная модель для монтажа.

Мастерство современных создателей спецэффектов поражает. Уже создаются полностью смоделированные актёры - конечно, зачем платить настоящему актёру, когда можно сделать своего, который не будет ни капризничать, ни болеть.

На следующем изображении вы видите актёра Джефа Бриджеса из фильма «Трон: Наследие». Слева настоящий Джеф Бриджес, а справа его искуственная молодая копия (которая создана на компьютере). Потрясающе, не правда ли...

У киношников есть ещё множество хитрых идей по использованию компьютерных технологий в кинематографе. Кто знает, может быть уже завтра эту статью придётся обновлять - появятся новые технологии производства спецэффектов. Сейчас спецэффекты и искуственные компьютерные персонажи неотличимы от реальности, а что уж будет дальше...

В конце хочу показать вам несколько коротких роликов о создании спецэфектов в некоторых фильмах.

Созданием движущихся изображений занимается компьютерная анимация , представляющая собой более узкую область графики CGI, применимую, в том числе в кинематографе, где позволяет создавать эффекты, которые невозможно получить при помощи традиционного грима и аниматроники . Компьютерная анимация может заменить работу каскадёров и статистов , а также декорации.

История

Впервые в полнометражном фильме компьютерная графика использовалось в «Мире Дикого Запада », вышедшем на экраны в 1973 году . Во второй половине 1970-х появились фильмы, использующие элементы трёхмерной компьютерной графики , в том числе «Мир будущего », «Звёздные войны » и «Чужой » . В 1980-е годы, до выхода на экраны второго «Терминатора», Голливуд охладел к компьютерным эффектам, в частности, из-за более чем скромных кассовых сборов «Трона » (1982) , целиком построенного на использовании новейших достижений компьютерной графики .

В «Парке юрского периода » (1993) впервые при помощи CGI удалось заменить каскадёра; в том же фильме впервые удалось непрерывно соединить CGI (кожа и мышцы динозавров были созданы при помощи компьютерной графики) с традиционной съемкой и аниматроникой . В 1995 году вышел первый полнометражный мультфильм, полностью смоделированный на компьютере - «История игрушек ». В фильме «Последняя фантазия: Духи внутри нас » (2001 год) впервые фигурировали реалистические CGI-изображения людей