Технические инновации фильма «Аватар: Путь воды»

«Аватар» 2009 года стал настоящей революцией в области кинотехнологий, представив публике полноценное виртуальное производство. 13 лет понадобилось Джеймсу Кэмерону для работы над продолжением. О кинематографических инновациях и отличиях двух фильмов рассказывает Надежда Маркалова.

В фильме 2022 года лицевой mocap делался не одной камерой стандартного разрешения, а двумя высокого разрешения. Что позволяло получать стерео-данные о движении маркеров на лице. А значит у аниматоров были данные о микродвижении маркеров не только «влево-вправо» и «вверх-вни», но и «от» или «к» камере. Что давало более высокую точность при захвате лицевой мимики.

А вот для создания подводных сцен пришлось разрабатывать уж иную систему для захвата движения. Стандартом для технологии motion capture сегодня является инфракрасные камеры и отражающие маркеры на человеке. Но проблема в том, что инфракрасные лучи поглощаются водой слишком быстро и не долетают до актеров. Поэтому кинематографистам пришлось искать иные способы захватить движение маркеров под водой, и они выбрали другой спектр световой волны — ультрафиолетовый. Так в специально созданном павильоне с бассейном работало две системы одновременно: инфракрасная в воздухе и ультрафиолетовая под водой. Они были откалиброваны так, чтобы работать в унисон: когда человек выпрыгивал из воды, инфракрасная система перехватывала захват и добавляла данные о движении персонажа к уже существующим ультрафиолетовым. И наоборот.

А шарики на поверхности воды были нужны для того, чтобы избавиться от отражений. Дело в том, что поверхность бассейна — это огромное зеркало, оно отражает, как происходящее над водой, так и в ней. Отражает, вместе с ультрафиолетовыми маркерами, что сбивает с толку систему мокапа и портит всю анимацию. По этой же причине вся съемочная группа (не только актеры, но и операторы и технический персонал) не могла пользоваться аквалангами, и прошла курс фридайвинга. Акваланги производили бы слишком много пузырьков воздуха на поверхности воды. Пузырьки тоже отражают ультрафиолет от камер, так что они были бы восприняты системой как маркеры. Отказ от аквалангов позволил максимально минимизировать появление пузырьков в воде во время процесса захвата движения.

Для симуляции прибоя в бассейне были построены не только многотонная волномашина, но и турбины для создания подводного течения, требуемого для имитации скорости движения морских ездовых животных. Это напоминает старый студийный трюк: в сценах с машинами автомобили часто стояли на месте, а человека обдували ветродувом, так что развивающиеся волосы и одежда создавали ощущение движения. Кэмерону нужно было создать ту же иллюзию, но под водой.

К тому же нельзя забывать о прибое — часто в океане он просто сбивает с ног, ведь вода очень тяжела. Что влияет на движения выходящего из воды человека, пытающегося удержать равновесие на мокрых камнях. Было необходимо создать такие же условия для актеров мокапа, чтобы получить полную иллюзию взаимодействия с океаном.

На первом «Аватаре», помимо виртуальной камеры, была придумана еще и камера Simulcam. При съемках она позволяла видеть фрагмент кадра вместе с черновыми цифровыми персонажами. Таким образом, режиссер и оператор понимали, как будет выглядеть кадр в законченном виде, что облегчило работу по режиссуре и выстраиванию композиции всей сцены с участием людей и цифровых персонажей.

В этот раз к этой технологии добавили еще одну ось — глубинную (z-depth). Информацию о дальности расположения объектов в кадре снимали прямо с камеры, выстраивая карту глубин, на основе которой в реальном времени производился черновой глубинный композ, корректно встраивающий цифровых трехмерных персонажей в съемочную сцену. Это было важно еще и потому, что фильм снимали в стерео, так что ощущение дальности расположения объектов от камеры считывалось моментально.

Главной проблемой в работе актеров с несуществующими еще CG персонажами всегда был тот факт, что люди на съемочной площадке этих персонажей не видят. А зрителям на экране отлично видно, куда смотрят глаза персонажа. Обычно для решения этой задачи используют теннисный мячик на штыре или палке. Но Джеймсу Кэмерону это показалось не оптимальным. Он хотел добиться ювелирной точности в выстраивании взглядов в диалогах. Кроме того, в «Аватаре» 2022 года сцен с интеракцией человека и на`ви было гораздо больше, чем в первом (прежде всего из-за Спайдера, подростка, постоянно проживающего на Пандоре с племенем синих гигантов). Нужно было интегрировать мальчика в полностью цифровые сцены без швов. Поэтому актер Джейк Чемпион сыграл свою роль дважды: один раз в mocap-костюме для общих планов, а затем на хромакее, для создания съемочного Спайдера.

Чтобы актеры могли точно знать, где находятся глаза цифрового партнера по кадру, была придумана новая система, куда более продвинутая, чем простой теннисный мячик на палочке. На этот раз использовали технологию спайдеркам, позволяющую подвешивать камеру на тросах и двигать ее по съемочной площадке. Но вместо камеры по тросам двигался... планшет с экраном, проигрывавший записанные ранее видео с нашлемной камеры мокапа. То есть крупный план лица актера, игравшего того или иного цифрового персонажа. Так Чемпион не только видел игру партнеров по кадру, но слышал их голос, воспринимал динамику произнесения фраз в диалоге и интонации. Это не только давало ему представление о позицию и движении глаз цифрового персонажа в сцене, но и позволяло отыгрывать свою роль, откликаясь на темпоритм и настроение всей сцены.

Кроме точки взгляда кинематографистам пришлось придумывать, как соединить Спайдера с гигантскими на`ви в разных сценах (а ведь у него есть и рукопашный поединок с ними). Поэтому для всех экшн-сцен с участием Спайдера было выстроено две разных идентичных декорации, только в разных масштабах: для людей и для на`ви. Сцены игрались дважды, часто параллельно: в одной актеры играли на`ви на человеческой декорации, но Спайдера в этой группе играла карлица, идеально попадавшая в масштаб роста Спайдера относительно на`ви. Во второй Джейк Чемпион играл Спайдера, а на`ви для его играли каскадеры с огромными сними торсами на плечах. Параллельность съемки сцены позволяла сразу выстраивать скорость движения Спайдера в декорации большей по размеру и остальной группы артистов мокапа — в человеческой декорации.

Для анимации, — вернее, для переноса движения лицевого мокапа на лица на`ви — была разработана совершенно новая система анимации цифрового лица: Animatomy. Если раньше деформация формы CG лица производилась с помощью технологии блендшейпов (перетекания форм), то новая технология опирается на движение (вернее, напряжение и расслабление) мышечных волокон. Это выглядит лучше, чем блендшейпы, которые не учитывали напряжение мышц при артикуляции губ. Именно мышечного напряжения раньше сильно не хватало в генерации цифровых людей.

Для фильма также была разработана новая версия симуляции воды под названием Loki. Воду, как известно, крайне сложно смоделировать на компьютере, поскольку она требует большого объема вычислений. Она существует в трех разных состояниях, каждое из которых требует своей физики симуляции: «твердое тело» — масса воды, в которой определенным образом преломляется и рассеивается солнечный свет; брызги — симуляция частиц с определенными свойствами (масса, поверхностное натяжение, размер); водная пыль. Сложность заключается еще и в том, что одно состояние незаметно перетекает в другое. К тому же нужно вычитывать взаимодействие этих частиц с одеждой, телом и волосами персонажей во время подводного движения. Так в системе Loki задействовано несколько отдельных симуляций, работающих в унисон одной сцене и перетекающих одна в другую.

Кроме того, во время выхода из воды на теле человека некоторое время сохраняется водная пленка, которая постепенно стекает. Крайне тонкая, но именно она создает мокрый блеск на коже. Все водные симуляции требуют множества расчетов, поэтому занимают много времени. Например, рендеринг сцены, в которой дети на`ви играют в воде, потребовал восьми дней на один кадр!

В Loki также предусмотрена новая симуляция взаимодействия воды с воздухом. В том числе с пузырьками, которые оказываются под водой во время прибоя, а потом создают белую пенку, всплывая на поверхность. У этого процесса тоже есть своя физика, которую требуется реалистично просчитать.

Разработка этой системы велась с 2017 года, когда студия WETA Digital работала над фильмом «Алита: Боевой ангел». С тех пор много воды утекло, в том числе цифровой. С тех пор систему уже использовали на нескольких больших проектах.