Невозможно представить современный кинематограф без компьютерной графики. В некоторых картинах это лишь небольшие спецэффекты и задники, в других по сути весь фильм(Вы могли подумать про Историю Игрушек, но лично мне в голову сразу приходит Аватар). Часто это эффективней по стоимости и трудозатратам(а еще куда безопаснее), чем реальная альтернатива. Если вы хотите снять боевик, то возможно взрыв нескольких вертолетов не вместится в ваш бюджет(Хотя Нолан выяснил, что взорвать реальный самолет иногда дешевле, чем это отрисовывать).
Но как вообще мы достигли таких высот? Этот текст был написан как раз, чтобы ответить на подобный вопрос и рассказать историю становления такой неотъемлемой части кинематографа. Прежде чем переходить к временной линии упомянем первопроходцев(как девайсы, так и их пользователей):
Первая техника
Одним из первых устройств, открывших подобную технологию, был цифровой планшет Sketchpad, разработанный Айваном Сазерлендом в 1963 году.
Sketchpad представлял собой графический интерфейс, позволявший художникам рисовать и манипулировать графическими объектами на экране с помощью стилуса. Это было революционное изобретение, ставшее основой для последующего развития графических интерфейсов и компьютерной графики.
Другим важным устройством стал компьютер Quantel Paintbox, выпущенный в 1981 году. Paintbox был одной из первых цифровых систем для создания и редактирования видео. Он позволял художникам рисовать, раскрашивать и накладывать визуальные эффекты на видеоматериал.
Paintbox использовался в производстве многих популярных фильмов и телепередач 1980-х и 1990-х годов, став важным инструментом в становлении компьютерной графики в кинематографе.
Таким образом, Sketchpad и Quantel Paintbox были одними из первых устройств, которые позволили художникам и аниматорам начать внедрять компьютерную графику в кинопроизводство.
Пионер компьютерной графики.
Не забываем и про личностей. История компьютерной графики тесно связана с именем американского композитора, режиссера и изобретателя Джона Уитни (8 апреля 1917 - 22 сентября 1995). В молодости Уитни связал свою карьеру с кино, первые его работы в кино - небольшие видеоролики лунного затмения, снятые с помощью самодельного телескопа, а также серия абстрактных фильмов “Пять киноупражнений” за которые он и его брат были удостоены премии на Первом международном конкурсе экспериментального кино в Бельгии.
Уитни был хорошо знаком с технологиями и тяготел к искусству, хотел привнести в индустрию что-то новое и в 50-е годы создал особый метод механической анимации, нанося на кинопленку различные узоры, фигуры и надписи, которые были видны при показе. Делал он это при помощи аналоговых компьютеров, которые собирал сам из списанного военного оборудования (так например аналоговый компьютер, который Уитни использовал для создания своих самых известных анимаций, был построен в конце 1950-х годов путем преобразования механизма наводчика зенитной пушки М-5 времен Второй мировой войны).
В начале его работа ограничивалась созданием текстовых заставок и логотипов для рекламных роликов и телевизионных программ. В 1958 году он стал более известен из-за создания анимационного заголовка и эпизодов сновидений для фильма Альфреда Хичкока “Головокружение”, который позже был признан одной из величайших картин в истории американского кинематографа. В 60-е он сначала основал свою компанию, которая продолжала заниматься созданием заголовков кинофильмов, телевизионных передач и рекламных роликов, а потом перешёл на работу в IBM на первую должность постоянного художника.
Возможности компании позволили Уитни начать работать уже с полноценными компьютерами, более того, с наиболее продвинутым на то время мейнфреймом линейки IBM System/360. Это был первый ряд компьютеров, в котором проводилось чёткое различие между архитектурой и реализацией. Благодаря этой системе удалось создать полноценную визуализацию с аудиосопровождением. Мейнфрейм можно было обновлять, добавляя более совершенные модули.
Уитни также работал с одним из первых цифровых графических инструментов — IBM 2250. Здесь есть ЭЛТ монитор, цифробуквенная клавиатура, оптоволоконный световой стилус и программируемая клавиатура.
Путь компьютерной графики в кинематографе.
60-е. Начало начал
Уитни был не единственным человеком, который занялся развитием технологий компьютерной графики. Так ещё в 1967 году Марк Гилленсон создал несколько короткометражных фильмов, где с помощью технологии морфинга (перемешивания нарисованных линий для получения изображений), создавал плавные переходы между изображениями, где черты одной картинки превращались в другую. Эта технология позже стала популярна среди музыкантов и использовалась, например, для плавной смены лиц в клипах (это можно увидеть в клипе Майкла Джексона — Black or White
70-е. Первое 3D и сочетание реальности с анимацией(А еще Чужой и ЗВ)
В 1972 году Эд Катмулл оцифровал модель собственной руки, создав первый вариант захвата движений и первую 3D модель реального объекта. Для этого ему понадобилось нарисовать 350 многоугольников на собственной руке, заснять её и воссоздать модель при помощи собственноручно разработанной программы для 3D-анимации.
Фрагмент готовой работы, которую он назвал просто “Компьютерная анимированная рука”, Эд представил на конференции по информатике, состоявшейся в 1973 году.
В том же году вышел первый полноценный фильм, где сочетались реальная съемка и кадры цифровой анимации - “Мир дикого запада”. В фильме были фрагменты, изображающие тепловидение Стрелка в низком разрешении. Изначально запрос на генерацию такого киноматериала Крайтон направил в исследовательскую лабораторию НАСА. По предварительным оценкам, производство 2-минутного фрагмента заняло бы 9 месяцев и обошлось бы в 200 тыс. долларов, что было крайне дорого и не вписывалось в бюджет картины.
Крайтон обратился со своим запросом к Джону Уитни. Уитни познакомил Крайтона со своим сыном, Джоном Уитни-младшим, который пообещал выполнить задачу быстрее и значительно дешевле. Уитни-младший разработал процесс, при котором отснятый киноматериал «видения» Стрелка был покадрово оцифрован и программно разбит на блоки, после чего снова переведён покадрово на 70-мм киноплёнку. Такой спецэффект ныне называется пикселизация. В своей работе Уитни-младший использовал компьютерную базу компании Information International, Inc., для которой этот проект стал одним из первых заказов на компьютерную визуализацию. Уитни-младший работал над проектом по ночам, итоговый просчет 10-секундного эпизода потребовал 8 часов машинного времени. Подготовка специальных эффектов потребовала 4 месяца и бюджет $20 тыс. долларов.
Фильм имел большой успех у зрителей, а потому очень скоро было выпущено продолжение “Мир будущего” (1976 год), в котором была использована уже трёхмерная компьютерная графика, а именно 3D рендеры руки и головы.
В 1975 Джордж Лукас основал компанию Industrial Light & Magic, которая помогла отснять космические корабли в фильме «Звёздные войны: Новая надежда» с помощью технологии Motion Control — управление движением камеры. В сценах с пролётом космических кораблей мы можем наблюдать применение этой технологии. На самом деле корабли были крупными моделями, которые висели на одном месте, а разработанная специально для съемок система перемещала камеру вокруг моделей, создавая эффект движения, что значительно облегчало работу, позже кадры с таким “ложным” движением накладывались на заранее отснятый фон.
Самым крупным рывком в использовании 3D графики в кино можно назвать её применение в легендарной картине Ридли Скотта «Чужой». В сцене приземления космических кораблей мы можем видеть полноценные компьютерные модели, созданные с помощью каркасных моделей (Каркасная модель — модель объекта в трёхмерной графике, представляющая собой совокупность вершин и рёбер, которая определяет форму отображаемого многогранного объекта. Простейшая модель состоит из списка вершин, где каждой вершине соответствуют некоторые координаты в трёхмерном пространстве и списка отрезков-рёбер, где описана начальная и конечная вершина каждого ребра).
80-е. Графику в массы(Трон, Стартрек и Индиана Джонс)
Через 3 года после Чужого, в 1982 году, вышел другой легендарный фильм - “Трон”. В нём компьютер использовался для создания фоновых элементов, мотоциклов, а также многих других спецэффектов. В фильме содержится около двадцати минут компьютерной графики, где живые герои совмещены с нарисованными. Однако некоторые спецэффекты всё же создавались по старинке — методом ротоскопирования и ручной раскраски каждого кадра. Кроме того, впервые в истории кинематографа в художественном фильме была продемонстрирована компьютерная анимация лица, хотя и в значительной степени упрощённая.
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»
В 1986 году в фильме «Звёздный путь 4: Дорога домой» зрители впервые увидели морфинг объемных объектов. Аниматоры с помощью 3D-сканера Cyberware оцифровали головы актёров Уильяма Шетнера и Леонарда Нимоя в форме бестелесных 3D-скульптур. В результате работы получилась заставка, где головы поднимаются из тумана, а формы лиц меняются, когда камера приближается к ним.
В 1989 году в свет вышел научно-фантастическом фильм «Бездна» Джеймса Кэмерона, где 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. Спилберг хотел, чтобы смерть Донована была показана в одном кадре, чтобы это не выглядело так, будто актер накладывает грим между дублями. Гримёры наложил на лоб и щеки Джулиана Гловера (актёра играющего главного антагониста фильма) надувные подушечки , из-за которых его глаза казались отступающими во время первоначального разложения персонажа, а также механический парик, из-за которого у него росли волосы. Кадр смерти Донована был первой полностью цифровой сценой в фильме и создавался в течение трех месяцев путем объединения трех марионеток Донована на отдельных стадиях распада. Четвертая марионетка использовалась для разлагающейся одежды, потому что механика туловища марионетки была обнажена. Сложности возникли из-за того, что двойник Элисон Дуди не был снят для двух последних элементов сцены, поэтому пришлось использовать фон и волосы из первого кадра повсюду, наложив на него другие лица. Скелет Донована висел на проводах, как марионетка ; потребовалось несколько дублей, чтобы снять, как он разбивается о стену, потому что не все части разлетелись при ударе. За всю эту работу была ответственна уже знакомая нам компания Industrial Light & Magic, которая уже долгое время являлась лидером в сфере графики и спецэффектов для больших Голливудских фильмов.
90-е. Революции повсюду(Терминатор, Титаник и История Игрушек)
В 90-е годы графика уже не просто дополняла фильмы короткими сценами или фоновыми объектами, она выводилась на первый план.
В 1991 году фильме «Обратная тяга» зрители увидели нарисованный фотореалистичный огонь.
В фильме «Терминатор 2: Судный день» студия Industrial Light & Magic анимировала реалистичные движения терминатора Т-1000. В этот раз для этого даже не понадобилась сверхмощная вычислительная техника, студии удалось создать все анимации “жидкого терминатора” на обычных персональных компьютерах.
А в 1993 году зрителей удивили невероятные по тем временам модели динозавров из киноленты Стивена Спилберга «Парк Юрского периода». Модели были созданы студией Industrial Light & Magic путём совмещения графики и аниматроники и значительное время считались примером совершенной работы.
В 1995 году студия Pixar Animation Studios выпустила свой первый полнометражный полностью цифровой мультфильм «История игрушек». На создание первого в своём роде фильма потребовалось более 2-ух лет, штат из более чем 100 сотрудников и почти 30 миллионов долларов, в процессе работы сценарий множество раз переписывался, приходилось переделывать уже готовые сцены, а руководители Disney, спонсировавшие проект, постоянно вставляли палки в колёса. Несмотря на все преграды мультфильм увидел свет и стал без преувеличения культовым.
В 1997 году 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.
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.
В фильме 2004 года “Полярный экспресс” эта технология применялась уже к каждому актёру.
Даже в начале двухтысячных использование качественной графики было доступно лишь крупным студиям, у которых за плечами были большие суммы денег для найма специалистов и покупки дорогостоящего оборудования. Но широкая публика уже начинала получать доступ к этим технологиям. Так в 2006 году вышла короткометражка “Мечта слонов” от независимой студии Orange Open Movie Team. И, хотя саму работу сложно назвать примечательной, стоит заметить, что работа команды имела большое значения для развития любительской 3D графики, так как команда выложила весь софт, использованный ими при создании работы, в открытый доступ.
Современность. Графика окружает нас, куда бы мы не взглянули.
Под конец десятилетия в 2009 году вышел новый фильм Джеймса Кэмерона — «Аватар». Лента ознаменовала собой переломный момент в истории кино. Новозеландская компания Weta Digital занималась созданием визуальных эффектов к фильму и привлекла к производству около 900 человек. Рельеф планеты Пандора, а также её флора и фауна полностью нарисованы на компьютерах студии Weta Digital. Все взрывы в фильме также сгенерированы специалистами по визуальным эффектам практически без участия пиротехников. Из-за колоссального количества цифровых данных, которые необходимо было хранить таким образом, чтобы те были доступны любому сотруднику, даже если он находится на другом конце света, понадобилась облачная система цифрового управления активами, названная Gaia и созданная компанией Microsoft специально для «Аватара», что позволило отслеживать и координировать все этапы цифровой обработки. Для рендеринга сцен фильма Weta использовала серверную ферму площадью 930 м2 с использованием 4 тыс. серверов компании Hewlett-Packard, имевших в общей сложности 35 000 процессорных ядер под управлением операционной системы Ubuntu. Шесть кластеров этой фермы занимали места со 193-го по 197-е и 274-е в списке пятисот мощнейших суперкомпьютеров мира на ноябрь 2009 года. Для текстурирования и рисования использовалась система программного обеспечения Mari, разработанная компанией The Foundry в содействии с Weta. При создании на’ви и виртуального мира Пандоры понадобился более чем петабайт цифрового дискового пространства, а каждая минута фильма занимала 17,28 гигабайта. Чтобы закончить работу над визуальными эффектами в срок, к производству были привлечены и другие компании, включая Industrial Light & Magic, которая помогала Weta в работе над созданием батальных сцен.
В современных фильмах компьютерная графика настолько прочно въелась в визуальное пространство, 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 (что составляет почти 90% хронометража всего фильма)!