Журнал "Киноэффекты" / Digital Domain: разрушая Лос-Анджелес

Из-за большого объема работы, требуемого для этого фильма, Эммерих работал с несколькими компаниями, поставлявшими превизуализации. Компания Pixomondo (Germany) работала в паре с Digital Domain, создав превиз сцены разрушения Лос-Анджелеса, которое включало движение камеры и основные блоки разрушающихся зданий.

И пока Pixomondo работали над созданием превиза, VFX супервайзер DD Моэн Лео (Mohen Leo) был в Ванкувере, и занимался препродакшеном, снимая на фоне хромакея, а команда DD в Калифорнии в это время занималась исследованиями и разработками. Это было в августе 2008, и вся работа продолжалась до декабря, когда все кадры передали творческой команде DD, состоящей из 150 художников и программистов, которые работали над эффектами до июля 2009.

Эти сцены включают кадры полета на самолете над разрушающимся городом: взлет на самолете по проваливающейся взлетной полосе, разломы по центру города, разрушение небоскребов.
В результате дальнейшего проваливания грунта, провал углубляется и возникает тяга, которая практически засасывает самолет вниз. Герои вытаскивают самолет, но тут же попадают под падающие небоскребы. Пилоту «Сесны» приходится отчаянно маневрировать. После чего самолет отдаляется от города, и герои видят Калифорнию, уходящую в Тихий океан, увлекая за собой и офис студии Digital Domain.

На пути в аэропорт камера показывает панораму гольф клуба, это одна из немногих сцен, которые были сделаны с использованием натурных съемок. Основа этой сцены — натурная съемка, к которой добавлены цифровые здания и части дороги. По словам DFX супервайзера Даррена По, те сцены были созданы с помощью фотографий и их репроекции на геометрии. Команда Digital Domain смоделировала каждый дом, каждое дерево и каждый столб.

Были созданы цифровые автомобили, люди, почтовые ящики, насаждения, мусорные ящики, дорожные знаки. Каждый день команда студии смотрела натурные съемки, включавшие дорожные знаки и столбы электропередач. Студия наняла вертолет, чтобы снять гольф клуб и город с высоты птичьего полета. И эти кадры собирались также использовать для репроекции на геометрию.

Задачей CG супервайзера Дэвида Стивенса (David J. Stephens) было создание реалистичной картинки с использованием огромного объема информации из-за множества рассыпающихся объектов, расширяющегося оврага, убегающего в бесконечность. Создание симуляции с нуля было бы неимоверно сложно, поэтому студия создала библиотеку, в которой хранились части стенок оврага длиной по сто миль каждая.

«Мы создали длинную каменную стену, а потом начали разрушать ее, — говорит Стивенс. – Как при землетрясении. И постепенно у нас образовалась библиотека таких разрушений. Это позволило настраивать разрушение по вкусу и полностью контролировать его.
Мы создали восемь таких библиотек, соединив их, и настроив время включения каждой, мы получили красивый и довольно продолжительный вид появляющегося и расширяющегося каньона. Анимация включала огромное количество объектов, но мы могли ими управлять при необходимости».

Там же хранились слои симуляции разрушения стен, их было примерно восемь: стены, камни, небольшие объекты, симуляция частиц и пыль в виде объемов поверх этого. Объем информации в этой библиотеке достигал трех-четырех терабайтов.

Разрушение каждого сегмента содержало примерно 400 кадров, и их можно было при необходимости зациклить в цепочку из примерно пятидесяти сцен по ходу движения самолета. Это позволяло аниматорам полностью контролировать процесс разрушения и его тайминг, имея при этом достаточно сцен для всего сегмента фильма.
Эта работа заняла не один месяц. И сюда входили не только исследования и разработки в области анимации твердых тел, создание всего внешнего вида сцены и объемные элементы, но также проблемы организации всего рабочего процесса и его менеджмента.

Примерно половина зданий вокруг аэропорта воссозданы в цифре. Их переставили местами иногда чисто ради композиции кадра, выдвигая вперед, ближе к камере более интересные здания. К ним добавили инструменты управления, чтобы процессом разрушения можно было управлять вручную, а более мелкие детали, такие как отдельные самолеты на взлетно-посадочной полосе, прогнали через симуляцию твердых тел, которая заставила их крылья гнуться и дрожать. Аниматоры создавали большие симуляции, продолжительностью тысячу кадров, создавая цифровые землетрясения и заставляя здания отзываться на него, постепенно разрушаясь. Поверх были добавлены слои с дымом и пылью, создаваемые для каждой сцены отдельно.

Когда самолет отрывается от проваливающейся земли и вырывается из тисков потока воздуха, затягивающего его вниз, его пилот пытается увернуться от падающих в разные стороны небоскребов центра города. Зритель видит куски стекла, вываливающуюся из окон офисов мебель, и клубы дыма и пыли, которые оставляют в воздухе падающие обломки. В одной из сцен самолет приближается к двум зданиям, которые упираются один в другой. В этой сцене аниматорам пришлось контролировать больше десятка CG зданий с более чем 32,000 окон, стекла в которых разбивались от сотрясений.

До самого последнего времени подобные сцены снимались с помощью миниатюрных моделей, в которых каждая деталь была бы воссоздана до мельчайших подробностей, а вся постройка бы создавалась с учетом последующих разрушений. Все разрушения снимались с высокой скоростью несколькими камерами. А потом в монтажной из них бы склеили нужные виды нужной продолжительности.

Цифровая технология позволяет не только создавать удивительные движения камеры, но в случае с «2012» такой объем деталей было бы практически невозможно создать в миниатюре. В этом фильме все сцены были созданы на компьютере, здесь нет никаких работ с реальными моделями.

В сценах, созданных компанией Digital Domain все объекты падают туда, куда нужно, и рассыпаются на заданное количество кусочков на протяжении заданного количества кадров. Иными словами, весь процесс абсолютно управляем.

«Главной задачей, которую Роланд поставил перед нами, — узнаваемость города. Он хотел, чтобы в картинке были элементы, увидев которые, зритель бы сразу понял, что вот это — Лос-Анджелес: пальмы, уличные фонари, изящные здания рядом с офисными строениями из стекла и бетона».

Художники сделали снимки города и послали их режиссеру на утверждение. И хотя, в конце концов, виды города были изменены, чтобы они лучше смотрелись в сцене, все здания были похожи на те, что стоят в центре города. Специалисты студии даже арендовали самолет, чтобы полетать над городом и поснимать кадры для основы будущих сцен.

Над сценами разрушений работали по схеме от целого к деталям, постепенно накладывая все больше и больше деталей. Сначала художники сделали сцену в больших формах: симулировалось разрушение огромных платформ и кусков земли, после утверждения сцен режиссером переходили к слою с более мелкими деталями – зданиями и валунами, автомобилями. И так продолжали, пока не дошли до самых мелких деталей: пыли, искр и дыма. Таким образом, в тех сценах четыре или пять симуляций твердых тел построены одна на другой.

Разрушающиеся небоскребы анимировали вручную, включив в сцены симуляцию твердых тел гораздо позже. Вся система была создана таким образом, чтобы изначально симуляции вела ручная анимация. На более поздних этапах разрушения симуляция, отталкиваясь от изначального движения и скорости разрушения, приобретала самостоятельность, и завершала движение объектов. Потом аниматоры ослабляли соединения между объектами, и здание начинало разваливаться. Плюс немного ловкости рук – и нужные объекты падали в нужные места с нужной скоростью.

Моделлеры строили небоскребы из модулей, которые представляли из себя этажи офисов. Складывая их друг на друга, художники получали небоскреб. Это было очень важно. В этом случае здания не просто держали нужную форму, но и вся внутренняя структура модели повторяла реальные небоскребы: внутренние стены, полости, перекрытия, все это соответствующим образом участвовало в симуляции, чтобы процесс разрушения имитировал то, как бы разваливался настоящий небоскреб в такой ситуации.

У каждого здания был свой набор твердых тел и сыпучих объектов, которые необходимы для создания сцены. Симуляция твердых тел делалась в Houdini с помощью плагинов для разбивания тел и создания ригов для последующей ручной анимации этих объектов. Для небоскребов это было особенно необходимо, потому что в превизах было очень подробно отражено, как они должны разваливаться, а также как и когда мимо них пролетает самолет.

С одной стороны в кадре – естественная катастрофа и хаос, а с другой – зритель видит все это в виде последовательности сцен, поэтому аниматорам пришлось совмещать ручную анимацию и симуляции.
Компании DD нужна была система, которая могла бы управлять объектами, которые пока не анимированы и некоторое время являются цельным куском и ведут себя как таковые. Но в нужный момент этот объект бы распадался и начинал вести себя как активная анимация.

«Например, если у вас в кадре разваливается небоскреб, — поясняет Стивенс. — То в кадре есть некое движения больших частей, которые двигаются, потом, при столкновении с чем-то они тоже разваливаются, и продолжают движение уже как масса объектов. Но в это время есть множество других частей, которые еще цельные и должны имитировать цельный объект, до тех пор, пока не толкнутся с другими объектами. Поэтому нам пришлось контролироваться силу связей между мелкими частями анимации, расслабляя их в определенный момент в сцене. На тот момент инструмента, который позволял бы это делать, не было».
Сцена, в которой зрители видят, как части плато сползают в океан, анимировались вручную. Сначала анимировали большие части, на которых вместо зданий стояли просто кирпичики. Потом в эту анимации добавили симуляции разрушения зданий, тогда вся сцена ожила, объекты начали разрушаться и вступать в интеракцию с водой.

Большинству сцен требовались дополнительные детали, такие как дым или пыль, а также пиротехника, ведь бытовой газ взрывается. Здесь во многом использована библиотека реальных взрывов, которую ребята из Digital Domain постоянно пополняют, а также объемный дым и взрывы, сделанные в 3D.

«Работа над пылью включала длительный креативный процесс под присмотром самого режиссера. Изначально стены были более каменные, с валунами и легкой пылью, но потом ей придали более тяжелый вид песка. И это стало настоящим испытанием для аниматоров, потому что она требовала очень напряженной работы рендера. Вся анимация пыли была сделана в Storm, программе собственного производства, сделанная для рендера сыпучих объемов. Некоторые симуляции были очень сложные и занимали много времени: овраги с обоих сторон состояли из камней и земли, часть которой все время оказывалась в воздухе. И эта пыль должна была вступать в интеракцию с другими объектами в кадре.

Для композитинга использовали Nuke, работая с несколькими слоями рендера. Это позволило продолжать работать с геометриями и камерами, постепенно добавляя в сцену атмосферные эффекты, CG и реальные пироэффекты.

Поскольку Digital Domain, располагается совсем рядом с тем местом, которое они разрушали в этих сценах у команды был не только быстрый доступ к объекту и возможность его отснять со всех сторон, но художники хорошо знали, как вообще должна выглядеть эта сцена.

«Я хотел сфотографировать всю vfx команду в ресторане рядом с аэропортом, чтобы потом вставить в фильм, как мы смотрим из окна на ползущий провал в земле, — смеется Стивенс. — Но в итоге это здание в кадр не попало, поэтому я передумал».

«Мы от души повеселились на создании этих сцен, — добавляет Лео. — Это был один из редких проектов, на которых мы можем оторваться по полной, и развалить все по максимуму. Никто ни разу не сказал, что в кадре слишком много рушащихся небоскребов, а художники креативили, вставляя в сцену новые элементы».

Почти все рендерилось в RenderMan, и, поскольку все сцены проходят днем, при ярком солнечном свете, каждая сцена рендерилась в тридцать-сорок и более проходов. Композитинг делался в Nuke.
Две другие сцены, которые сделаны компанией Digital Domain – это сцена разрушения монумента Вашингтона и облако пепла, которое его накрывает, а также Белый дом, капитолийский холм и улицу Пенсильвания. Они добавили пепел, дым, дождь и взрывы, а также слой пыли.

Разработка приложения Drop

У специалистов по визуальным эффектам есть несколько давно известных программных пакетов, включающих Autodesk Maya, Side Effects Software Houdini, и Pixar RenderMan, но каждый год vfx студии по всему миру пытаются расширить стандартный набор, чтобы решить все более амбициозные задачи. Одна из последних разработок в этой области принадлежит компании Digital Domain, расположенной в Венеции (штат Калифорния). Когда компания получила заказ на разработку разрушений Лос-Анджелеса для фильма Роланда Эммериха «2012», они поняли, что стандартным пакетом отнюдь не обойдутся. Команда программистов компании знала, что обычные методы анимации подобных сцен с помощью симуляции разрушения твердых тел в Houdini не потянет тот масштаб разрушений, которые требовались для фильма — слишком велико было число разрушающихся зданий, и режиссер хотел свободы движения для камеры, плывущей вдоль падающего города. Студия должна была придумать что-то более эффективное и более гибкое — и сделать это быстро.

«Мы с самого начала знали, — говорит vfx супервайзер Моен Лео (Mohen Leo). – Что самым сложным тут будет анимация твердых тел и симуляции. Мы попробовали применить несколько готовых решений, но ни одно не подошло. В компании было несколько ребят, заинтересованных в создании новой системы на основе программ с открытым кодом под названием Bullet. Bullet – очень простое ПО, довольно стабильное, и, главное, быстрое. И, поскольку это ПО с открытым кодом, к нему сколько угодно можно писать надстройки.

Супервайзер компьютерной графики Дэвид Стивенс, который перешел в DD из Sony Pictures Imageworks, также был одним из ключевых разработчиков. Он в свое время работал над сценами разрушения для фильма «Хранители», так что он прекрасно понял, что нужно сделать для «2012». Он и возглавил разработку новой рабочей системы разделения и анимации твердых тел на основе Bullet, которую позже назвали Drop.

Над приложением корпел Нафис Бин Зафар (Nafees Bin Zafar), программный инженер с девятилетним опытом работы в Digital Domain, который работал над «Пиратами Карибского моря: у конца света». Сегодня Зафар работает в Dreamworks Animation, у него есть «техническая» награда Академии (Scientific and Engineering Award) за жидкостную симуляцию, разработанную им в Digital Domain, поэтому он был готов к тому, чтобы разработать новую программу для симуляций, и сделать это во время.

«У нас была команда инженеров и художников, которые уже работали вместе, — говорит Стивенс. — Поэтому мы были уверены, что у нас получится. У нас уже был опыт разработки визуального контроля поверх математических построений — чтобы пользователи могли управлять моделированием. Это влияет на все построение рабочей системы студии». Специалисты DD хорошо освоили симуляцию жидкости, но симуляция твердых тел гораздо ближе к реальности, чем жидкостная, с математической стороны, она выглядит больше как обычная анимация».

Над приложением также работал коллега Зафара и также обладатель «технического» Оскара Рио Сакагучи (Ryo Sakaguchi). Группа разработчиков DD также включала Майкла Клайва (Michael Clive), Кена Мюсета (Ken Museth), Рампрасада Самата (Ramprasad Sampath) и Мартена Ларсона (Marten Larsson).

Вместо того, чтобы изобретать новый подход с нуля, команда разработчиков решила взять игровую разработку, такую как Havok и Nvidia PhysX.

Когда-то студия уже использовала игровой движок для производства рекламных роликов, так что, у них уже был подобный опыт. Стивенс отметил, что все больше компаний пользуются игровыми движками и той физикой, которую они предлагают. Но DD выбрали для своего проекта библиотеку симуляции физики реального мира под названием Bullet, как основу для симуляции твердых тел. Команда добавила к нему технологию разрушения объектов из разных материалов, таких как дерево или стекло.

«По нашему опыту опен-сорсовые программы очень хороши и отлично вписываются в работу, — говорит Зафар. — Потому что, обычно, для визуальных эффектов в кино мы хотим получить совсем другое от библиотеки, которую делали для игр».

Идея использовать Bullet как основу оказалась очень хороша. «Когда мы наткнулись на проблему, и не знали, как ее обойти, мы просто запостили вопрос в форум разработчиков, — говорит Клайв. — Они знали, что мы пытаемся использовать Bullet как часть рабочей системы, основанной на Houdini, для киноэффектов. И мы почти всегда получали нужный ответ. Даже от автора приложения — Эрвина Куманса, который стал нашим другом».
Необходимость создать масштабные разрушения для «2012», и работа над фильмом стали хорошим тестом для нового инструмента, который разработчики назвали Drop.

«Мы начинали работать над сценой в Maya, где аниматоры показывали расположение зданий и начало движения, — рассказывает Стивенс. — Это была первая часть мозаики. И мы устанавливали связи между частями зданий. И эти модели сохранялись в анимацию Maya — для начала. В какой-то момент мы переключались на симуляцию, но так, чтобы какие-то части здания оказывались частью симуляции, а какие-то — все еще находились под влиянием ручной анимации. Потом мы приступали к анимации связей между отдельными фрагментами зданий — они начинали постепенно распадаться. Постепенно мы смогли уже ставить сцены, ритм и скорость разрушения. У нас всегда был некий процент беспорядочности, но мы могли управлять ритмом и скоростью, а также мы могли тестировать и искать более подходящий вариант симуляции.

Управляемый хаос — ключ к успеху. Ты знаешь, что хочешь получить разрушения нужного вида, какая-то деталь должна падать определенным образом и в определенное время, если режиссер хочет, чтобы деталь упала на два метра ближе, это можно настроить. Но главная цель — чтобы физически все выглядело правильно».
Контроль — был главной целью команды аниматоров, скорость — второй.

«Скорость очень важная часть симуляции, — говорит Клайв, работавший ранее над симуляциями для «Пиратов 3» и «Мумия: Гробница повелителя драконов». — Скорость — важная часть контроля и качества. Можно иметь потрясающую симуляцию, но если нужно ждать 40 часов, пока она отработает, то в это время ты не можешь ничего менять — ты попадаешь в капкан 40-часового рабочего графика. В случае с Drop у нас была возможность корректировать работу симуляции в любой момент, и это — очень важно с точки зрения художников-постановщиков. Ведь если ты не можешь внести в анимацию все пожелания режиссера — не можешь заставить этот угол здания упасть на два метра ближе, потому что это займет еще 20 часов для генерации вида падения – ты не можешь делать кино. Но в Drop это занимало всего 45 минут».

«Еще одна интересная деталь — мы могли работать в слоях, надстраивая одну симуляцию на другую — продолжает Стивенс. — Например, у нас была пара главных зданий для уничтожения, потом мы могли использовать эту же симуляцию для уничтожения других зданий. Если бы мы делали все это с реальными моделями, нам бы пришлось создавать 15-20 зданий, и заставлять их управляемо разваливаться каким-то образом. Всем понятно, что это невозможно. Но с современным подходом можно делать все, что угодно. Сначала мы анимировали те здания, которые считали главными в данной сцене, а потом — симулировали подобным же образом остальные. А если режиссер считал, что мы взорвали слишком много окон, можно было вернуться и переделать, оставив больше окон целыми. При этом вовсе не требуется заново обсчитывать симуляцию всего здания, нужно только пересчитать дополнительную симуляцию на другом слое. Возможность иметь послойную симуляцию очень облегчала работу и давала нам гибкий творческий контроль».

Еще одна отличительная черта Drop в том, что в ней можно создавать части объектов и управлять формой этих частей. Плюс к этому там есть инструмент, позволяющий складывать эти части обратно в нужную форму. Потом там есть возможность построить риги и разбить объект так, как тебе надо. Причем, анимация будет также отражать особенности материала, из которого сделан разрушаемый объект, стекло ли это или асфальт — анимация будет разной, риги об этом позаботятся. Но, возможно, самым большим новшеством здесь было то, как реализовано это разрушение и риги. Если посмотреть на установки программы, у симуляции в Drop только один нод, но есть другие ноды, отвечающие за другие установки 3D модели.

«Вся архитектура была создана так, чтобы основной объем работы производился в последний момент, — говорит Клайв. — Все, что вы хотите сделать, можно создать еще на подготовительном этапе легко и просто. Подготовительная работа проводится быстро и легко. Только в конце вы вводите все свои объекты в сложную симуляцию, поэтому работа делается быстро. Мы использовали это приложение не только для зданий, у нас есть большие пустые пространства, где нам надо было анимировать переворачивающиеся автомобили с вращающимися колесами. Мы даже научились гнуть деревья во время землетрясения.

В итоге у нас получилась огромная библиотека симуляций, которой могла пользоваться вся команда аниматоров. У нас были созданы здания для аэропорта — по-настоящему массивные, из которых мы делали библиотеки — и мы делали симуляции на тысячу и более кадров. Некоторые пришлось оставлять готовиться на ночь. Так у нас появились очень подробные симуляции зданий на всех стадиях разрушения, которые мы могли вставить куда угодно».

Команда разработчиков Digital Domain считает, что приложение Drop, созданное для «2012», отражает то направление, куда движется CG индустрия.

«Мы подходим к тому, чтобы освободить художников от необходимости быть еще и технарями, — говорит Стивенс. – Сейчас Drop все еще слишком технична, но со временем ей сделают более интуитивный интерфейс. Постепенно компьютеры ускоряются, алгоритмы упрощаются, количество ступеней для достижения желаемого сокращается. Мы работаем в этом направлении».

Сейчас компания Digital Domain заканчивает работу над фильмом «Трон: Наследие».

—

Источник: film-effects.ru