Эволюция технологий создания среды в фильмах «Аватар» и «Аватар: Путь воды»

«Аватар» — это фильм, выход которого стал знаменательным событием для истории кинематографа. ⠀ Это прорыв, который вывел индустрию кино, спецэффектов и визуальных эффектов на новый уровень. Выдающаяся работа огромной съемочной команды создала незабываемый мир, который потряс зрителей из всех уголков планеты.

После невероятного триумфа вторая часть фильма — «Аватар: Путь воды» — вышла спустя 13 лет с не менее великим размахом. Годы, потраченные на создание второй части не прошли зря.

Масштаб, детализация и сложность «Аватаров» доказали, что с помощью компьютерных технологий можно создать такую реальность, в существование которой начинаешь искренне верить. В данном исследований мы изучим создание окружающей среды этой реальности и исследуем эволюцию технологий, использованных в кинокартинах.

Помимо главного дирижера, Джеймса Кэмерона, над «Аватаром» работала команда первоклассных специалистов из таких компаний, как Weta Digital, Industrial Light and Magic (ILM) и Digital Domain.

VFX-команду возглавлял супервайзер Джо Леттери, который уже успел поработать на таких проектах, как «Властелин колец», «Кинг Конг», «Я, робот» и другие.

Команда Weta Digital тесно работала с Джеймсом Кэмероном, взяв на себя большую часть работы над визуальными эффектами и созданием мира Пандоры.

Компания же Digital Domain занималась созданием системы новых камер «Simulcam», которые позволили видеть 3D-среду в режиме реального времени во время съемок. ⠀ Кропотливая работа команды «Аватара» не осталась незамеченной. Кинокартина была удостоена множеством наград и премий, включая «Оскар» за лучшие визуальные эффекты.

Над разработкой мира «Аватара» работали несколько лет. В первую очередь, создавался концепт окружающей среды, которой руководил концепт-артист Райан Чёрч. В его работах уже можно уловить атмосферу, которая передается в фильме.

Кэмерон хотел достичь такого уровня визуализации мира, чтобы его было сложно отличить от реальности, чтобы зритель полностью погрузился в среду «Аватара» и забыл, что его не существует.

Компании Weta Digital и ILM занимались визуализацией окружающей среды «Аватара». И им стоило огромных усилий, чтобы добиться фотореалистичной картинки.

Для достижения реалистичной картинки использовались две камеры — «Simulcam» и вируальная камера. ⠀ SimulCam — это технология, позволившая команде съемок видеть, как актеры, облаченные в костюмы motion capture, взаимодействуют с виртуальной средой и персонажами в реальном времени. Это позволило режиссеру и другим членам команды видеть окончательные компьютерные модели персонажей и среды в момент съемки, вместо того чтобы ждать обработки в постпродакшн. ⠀ Виртуальная камера — это устройство, которое позволило режиссеру вести съемку в виртуальной среде. Она похожа на обычную камеру, но вместо съемок реального мир, она «снимает» виртуальный мир, созданный на компьютере. Режиссер мог перемещать виртуальную камеру по виртуальной сцене. Это дало ему возможность «снимать» сцены из любого угла и с любым кадрированием, что добавляет больше творческой свободы в процесс съемки.

Отныне взаимодействие реальных съемок и CG стало доступным, что позволило создавать более реалистичные кинокартины.

Окружающая среда Пандоры была полностью создана при помощи CG. Команда, создавшая лес, опиралась на материалы и текстуры растений, деревьев, чтобы создать реалистичную картину леса Пандоры.

Одним из ключевых инструментов, которыми пользовалась команда Weta Digital, была программа «Massive» (Multiple Agent Simulation System in Virtual Environment), которая при помощи компьютерной анимации и искусственного интеллекта позволила создавать и анимировать большое количество живых существ как леса, так и самих На’ви.

Кроме того, Weta пользовалась технологией фотограмметрии, которая позволила создать детализированные 3D-модели при помощи фотографий реальных объектов. Данная техника широко использовалась для моделирования различной растительности и каменных образований леса, которые благодаря этому имели очень реалистичный вид, в существование которого можно было поверить.

Горы Аллилуя стали одной из знаковых локаций фильма. Их создание в CG было сложной задачей для команды Weta Digital.

Как и при создании леса, горы Аллилуя разрабатывались при помощи технологии фотограмметрии. Weta использовала фотографии реально существующих гор и скал, на базе которых создавались 3D-модели. Далее эти модели совершенствовали в таких программах, как Maya, Houdini и Nuke.

Кроме того, горы Аллилйуя создавались при помощи процедурной генерации. Данная техника работает с помощью алгоритмов, которые автоматически генерировали 3D-модели с заданными параметрами. Конкретно в случае гор Аллилйуя при помощи генерации создавались скалистые вершины летающих островов.

Для создания этой локации также использовалась фотограмметрия, 3D-моделирование и текстуринг. Для начала команда WETA фотографировала и сканировала реальные инструменты, оборудование и машины, которые затем создавались в 3D. После разрабатывались текстуры для каждого элемента как техники, так и природы.

Самой главной задачей было создать впечатление чего-то большого и масштабного, чтобы зритель прочувствовал невероятные размеры среды. Для этого был создан бесконечный пейзаж, в середине которого происходило все действие. Чтобы создать иллюзию еще большего и широкого пространства команда использовала matte painting — техника, при которой созданные 2D изображения внедрялись в 3D-сцену при помощи композитинга. Важно отметить, что данная технология использовалась повсеместно в процессе создания окружающей среди всей кинокартины.

Вид, несомненно, получился очень реалистичным и действительно огромным. Даже смотря на кадры маленького экрана можно прочувствовать весь масштаб сцены. У команды прекрасно получилось создать контраст между местом, где живут люди, и местом, где обитают На’ви, создавая тем самым визуальный конфликт между ними.

Создание Гнезда леонопетриксов началось с 3D моделирования самого гнезда, которое располагалось на огромной скалистой горе высоко над небом. Затем сцена стала наполняться и самими животными, и растительностью, и другими мелкими объектами, создающими реальную картинку. На заднем плане было анимировано колыхание деревьев.

Большое внимание уделялось также освещению и атмосфере окружающей среды. Использовались различные техники, создавшие эффект глубины и большого пространства. Для создания эффекта большой высоты добавились облака и дымка.

Стоит отметить также создание Дерева Голосов и Древа Душ, для которых также использовалась и фотограммерия, и технология захвата движения

Для достижения более реалистичной картинки в процессе рендеринга была использована техника подповерхностного рассеивания (subsurface scattering), которая создала мягкий светящийся эффект на листьях и ветвях Деревьев.

Чтобы превратить Деревья в «живой организм», компания WETA прибегла к помощи технологии симуляции жидкости (fluid simulation), которая создавала движение жидких веществ внутри дерева, его ветвей, тем самым придавая всему виду еще большую реалистичность.

В «Аватаре: Путь воды» (2022) окружающая среда остается важным элементом, но фокус смещается на подводный мир и океаны Пандоры. Фильм расширяет визуальную палитру, предлагая зрителям удивительные морские пейзажи, существа и экосистемы. Создание этой окружающей среды требовало значительного внимания к деталям и визуальной реалистичности, чтобы захватить весь мир под водой. Зрители ощутили глубину и разнообразие океана, его красоту и удивительные формы жизни.

Для своего второго фильма Джеймс Кэмерон снова собрал команду из талантливых профессионалов и, судя по времени создания кинокартины, больших любителей своего дела. ⠀ VFX супервайзером выступил неизменный Джо Леттери, CG супервайзером выступил Эндрю Джонс. Также над фильмом работали такие компании, как Wētā FX (бывшая Weta Digital), ILM, Framestore и Digital Domain.

Важно также отметить, что производство фильма заняло так много времени, так как именно для него создавались специальные подводные установки, с помощью которых получались чистые подводные изображения 3D IMAX без искажений.

Как и его предшественник, «Аватар: Путь воды» был отмечен множеством наград и номинаций, а также получил «Оскар» за лучшие визуальные эффекты.

Вторая часть саги получилась не менее величественной и масштабной. Все, по традиции, начинается с визуализации общей атмосферы, набросков идей основных точек и концепции основной идеи.

Созданием всего этого занимались художники- постановщики Дилан Коул и Бен Проктер. Концепты прекрасно передают настроение сцен Ёи их атмосферу. В самом фильме удалось сохранить сочность и яркость красок, ощущение нового, загадочность и неизведанность окружающей среды.

В сиквеле акцент смещается на исследование подводных царств Пандоры. Это дало возможность представить новое измерение экологического разнообразия. Компьютерная среда изобразила различные подводные биомы, такие как коралловые рифы, глубоководные впадины и подводные пещеры. Каждая из этих сред богато детализирована, демонстрируя уникальные виды, растительный подводный мир и геологические образования. ⠀ Выход нового «Аватара» ознаменовался инновационной технологией для съемок в подводном пространстве. Ее отсутствие стало одной из главных причин, почему «Аватар: Путь воды» не выходил столько лет. ⠀ Для Джеймса Кэмерона было крайне важно получить качественную картинку для формата IMAX. Подводная кинематография, особенно для 3D, сталкивается с огромным количеством проблем: нужно оставить камеру сухой и сохранить оптику, как и при съемках на суше. ⠀ Раннее камеры для съемок под водой помещали за плоскими и купольными портами, из-за которых изображение теряло нужную плоскость и было искажено: картинка становилась размытой и абсолютно неприемлемой для больших экранов кинотеатров. Кроме того, типичные камеры весят около 120 кг, чтобы опустить их в воду, нужны были специальные краны.

Система камер DeepX 3D стала новаторской технологией, которая продвинула киноиндустрию на новый уровень. Она стала первой в мире запатентованной системой, которая сделала возможной съемки стереоскопических 3D- изображений под водой с использованием погружных объективов.

Эта система полностью погружается в воду, не искажает картинки и обеспечивает широкий угол обзора. В дополнение ко всему, эта система камер весит менее 30 кг, поэтому с ней может работать один человек, что значительно облегчает задачу и тратит намного меньше сил и времени. А самое главное — DeepX 3D обеспечивало прекрасное качество для формата IMAX.

До «Аватара: Путь воды» данная система не была использована раннее, однако кажется, что результат, который она показала на примере кинокартины, принесет свои плоды и в будущем подводные съемки не будут такой большой проблемой. Вторая часть «Аватара» уже доказала нам это.

Хотя в «Аватаре» (2009) было несколько подводных сцен, основное внимание уделялось наземной среде. Подводные эпизоды демонстрировали фантастические элементы, такие как плавающие семена и грациозно плавающие существа. Однако физика и освещение подводной среды не были в центре внимания. ⠀ В продолжении фильма уделили много внимания реалистичной подводной физике и освещению. Благодаря достижениям в технологии CGI удалось сымитировать поведение воды, включая движение волн, преломление и рассеяние света. Реалистичные подводные световые эффекты, такие как взаимодействие солнечного света, проникающего сквозь воду, и биолюминесценция, создали по-настоящему захватывающий и визуально поразительный подводный мир.

Для Wētā Digital стояла непростая художественная задача — создать симуляцию воды, которая бы смотрелась естественно в различных состояниях: от больших всплесков до маленьких капель на коже.

Для этого был создан набор инструментов, который мог решить разные задачи, — Loki. Loki сыграл решающую роль в создании большого количества масштабных сцен с водой. И самое главное — данная система достаточно проста в использовании и дает отличный результат с первого раза.

Она закрывала такие состояния воды, как: процедурные волны, объемная вода, брызги, туман, пузырьки, пена, поверхностные волны, капли и влажные остатки на коже.

В первой части «Аватара» использовались световые приемы для создания более реалистичной картинки окружающей обстановки. Игра солнечного света, пробивающегося сквозь густую листву лесов Пандоры, и неземное сияние биолюминесцентных растений создали визуально завораживающую атмосферу. ⠀ Компьютерная графика «Аватара: Путь воды» позволила использовать достижения в области освещения и технологии рендеринга для точного отображения поведения света под водой, включая каустику и лучи света, проникающие через поверхность воды. Реалистичные отражения и преломления сделали картинку еще более реальной.

Чтобы добиться такого эффекта съемки под водой проходили в студии в огромном бассейне. Чтобы контролировать отражения света сверху, поверхность воды была покрыта маленькими белыми шариками. Они заполняли всю поверхность бассейна.

Также стоял вопрос, какой свет использовать под водой, чтобы захватить движение актеров. Инфракрасный свет, который использовался до этого, не подходил, так как он сразу же поглощался водой. Поэтому съемочная команда методом проб и ошибок пришла к использованию ультрафиолетового света, который мог проходить сквозь воду, но при этом улавливался датчиком камеры.

Кроме того, для съемок, как под водой, так и над ней, была построена нейросеть для анализа сцены в процессе съемок. Поверх основной камеры была добавлена 3D-камера Basler, что позволило определять глубину сцены в реальном времени, пиксель за пикселем. Поэтому все, что снималось на камеру, имело пиксельную глубину. Нейросеть помогла интегрировать воду на переднем плане в реальном времени со всей окружающей водой и персонажами.

Во второй половине фильма присутствует много сцен огня и воды, огня под водой и над водой, что также стало трудной задачей для съемочной команды, чтобы сделать реалистичную картинку.

Для этого был использован плагин «Eddy», который был создан для моделирования и управления дымом, огнем, паром, взрывами в Nuke.

Также во время съемок использовались светодиодные экраны, чтобы захватить правильные отражения на воде, которые крайне сложно создать в CG. При помощи больших зеркал экраны отражались так, будто огонь находился прямо на уровне воды. ⠀ Благодаря этому съемки огня получились более чем реалистичными.

Благодаря достижениям в области технологий сиквел поднял рендеринг текстур на новые высоты. Подводная среда предлагает множество уникальных поверхностей, таких как гладкость коралловых рифов, полупрозрачность медуз и переливчатость подводных растений. Эти поверхности были отрисованы с повышенной детализацией и точностью, что еще больше погружает зрителей в окружающую среду кинокартины.

Для генерации и работы с растениями, деревьями и другой растительности в фильме Wētā Digital использовала набор инструментов Lumberjack, который воспроизводит любую модель растения. Lumberjack имитирует физику солнечного света, а это значит, что возможно процедурно выращивать растительность в более реалистичной их версии. ⠀ После того, как первый этап роста завершен, можно подрезать, увеличивать и перемещать все части растений, чтобы они приобрели еще более естественный вид.

Manuka — революционный физический рендер, разработанный Wētā Digital. Этот инструмент с точностью рендерит обычные сцены и с огромной скоростью выполняет сложнейшие технические задачи. С его помощью сцены фильма «Аватар: Путь воды» рендерились намного быстрее и качественнее.

Manuka — впечатляющее достижение, поскольку этот рендер умело и с высокой точностью воспроизвел обычные сцены и был способен удовлетворить экстремальные требования компании по сложности рендеринга с молниеносной скоростью и выдающейся эффективностью. ⠀ У программы не возникло проблем с созданием всей сцены за один проход, что могло бы вызвать сложности с памятью у других средств визуализации

Невозможно не отметить, как сильно эволюционировали технологии с первой части «Аватара».

«Аватар» (2009) раздвинул границы компьютерной графики в кино, а «Аватар: Путь воды» (2023) вывел компьютерную среду на новый уровень реализма, детализации и погружения. Достижения в области технологий улучшили текстуры, освещение и отражения, позволив получить более точные и визуально ошеломляющие изображения подводной среды. Анимация существ и растений оживила подводную жизнь с большей плавностью и изяществом, в то время как изображение масштаба и глубины усилили у зрителей чувство, что они смотрят на реальный мир.