Анимационные студии сами пишут софт. Зачем? Часть 2

У обычной песчанки из “Зверополиса” 480 000 шерстинок, и эта масса очень озадачила собственный симулятор глобального освещения Disney…

Иногда мультипликационным студиям ничего не остается, кроме как написать программу для решения очень специфических задач. Продолжаем разговор о том, почему студии пишут софт и что у них получается. Первая часть обзора тут.

Как «оживить» штрихи карандашом и нательные татуировки

В современных мультфильмах часто можно встретить сцены на стыке 2D и 3D технологий. Например, в «Человеке-пауке: Через вселенные» (Spider-Man: Into the Spider-Verse, 2018) 2D-элементы используются, чтобы визуально сблизить объемный мир мультфильма с плоскими страницами комикса. Аналогичную задачу поставили перед собой авторы короткометражки Paperman (2012). Им нужно было добиться характерной картинки, имитирующей «карандашную» рисовку.

Для этого использовалась Meander — программа, созданная в Disney для 2D мультфильма про Снежную Королеву (этот проект студии не был реализован, как задумывался — он эволюционировал в «Холодное Сердце», правда, уже полностью трехмерное). А программа осталась. Софт представляет собой «гибридный» инструмент, позволяющий рисовать от руки поверх 3D-модели, «прикрепляя» штрихи к модели. В этом и заключается одно из принципиальных отличий Meander от софта для «Человека Паука», создатели которого наоборот хотели отойти от «прикрепленных» к персонажам линий.

Meander умеет заполнять промежуточные кадры, так что аниматоры могут не тратить время на их ручную отрисовку. Визуально картинка, сделанная с Meander, тоже меняется — кадры сменяются плавно, но при этом все еще напоминают классическую двухмерную анимацию. Meander умеет работать и с векторной графикой — переводит нарисованные художником линии в вектор с помощью специального алгоритма.

После Paperman разработка Meander несколько замедлилась. Софт использовался для другой короткометражки Feast (2014), но его вклад там был незначителен. Действительно важную роль он сыграл в фильме «Моана» (Moana, 2016). Это классический 3D мультфильм, но возможности двухмерной анимации используются в нем очень активно. Например, с помощью Meander созданы стилизованные под гавайскую материю тапа декорации.

Кстати, один из персонажей – Мини Мауи (Mini Maui), являющийся ожившей татуировкой на теле полубога Мауи (Maui), вообще существует только в 2D-варианте и создавался с помощью Meander.

Сейчас Meander постоянно совершенствуется для работы во всех подразделениях студии. Инженер Брайан Вайтед (Brian Whited) и другие разработчики программы считают, что в будущем она позволит еще больше сократить пропасть, разделяющую 2D и 3D, и активнее использовать то наследие классической анимации, которое есть у Disney и от которого в последние годы студия несколько отошла.

Десятки видов шерсти для жителей Зверополиса

Животные так или иначе участвуют во многих анимационных фильмах, но «Зверополис» (Zootopia, 2016) – особый случай, так как в разное время в кадре появляется 64 вида животных. Создатели мультфильма не хотели, чтобы все они выглядели, как одинаковые мягкие игрушки. Поэтому они наделили шерсть каждого вида теми свойствами, которыми она обладает в природе.

Работа началась с восьми месяцев изучения свойств шерсти и повадок животных – аниматоры посетили Сафари Парк зоопарка Сан Диего, принадлежащий Disney зоопарк Animal Kingdom и даже съездили в Кению. Изучение шерсти закончилось в музее естествознания, где была собрана важная информация о взаимодействии света и отдельных шерстинок.

На основе этих исследований в студии разработали специальные инструменты для работы с шерстью обитателей Зверополиса. Кстати, даже у самого маленького персонажа фильма волосинок было больше, чем в среднем у персонажей «Холодного Сердца», – 480 000 шерстинок у песчанки против 400 000 волос у Эльзы. Основной инструмент iGroom позволяет фактически «расчесывать», заплетать или слеплять вместе шерсть, создавая персонажам сложные прически или «грум».

Этот подход привел к еще одной проблеме.

Решением стал специальный инструмент Nitro, уже использовавшийся в фильме «Ральф» (Wreck-It Ralph, 2012). С его помощью можно выбирать степень проработки кадра, при необходимости работая даже со 100-процентным рендером, и отслеживать результат прямо во время анимирования персонажей. Например, если слишком длинная шерсть закрывала уголки рта, маскируя улыбку, аниматор мог сразу увидеть это с помощью Nitro и исправить.

На этом перипетии не закончились. Студии пришлось также модифицировать Hyperion – диснеевский симулятор глобального освещения, впервые использованный в фильме «Город героев» (Big Hero 6, 2014). Hyperion «путался» в сложной шерсти, пытаясь провести лучи света через нее по очень замысловатой траектории, и тратил огромное количество ресурсов. Поэтому специально для фильма были написаны новые алгоритмы, оптимизирующие обработку шерсти.

Как вырастить тропический лес в 3D мире

Не меньше внимания «Зверополис» уделяет растительности. Чтобы сгенерировать тропический лес, в котором происходит действие нескольких эпизодов фильма, создатели использовался Bonsai — еще один инструмент, первоначально разработанный для фильма «Холодное Сердце» (Frozen, 2013) и модифицированный для работы над «Зверополисом». С его помощью решили две задачи. Bonsai умеет быстро моделировать любое растение, а еще программа сама делает необходимое количество вариантов растений, используя изначальную модель в качестве образца.

Благодаря такому подходу количество растений, встречающихся в кадре, не сильно отстает от животных – всего можно увидеть 41 вид. Разработчики получили возможность вырастить целые леса, поделив город на «районы» с разной растительностью и разными условиями для жителей.

Что общего у снега и лавы

Помимо Bonsai, для «Холодного сердца» разработали еще и Matterhorn, симулятор, предназначенный специально для анимации снега. Программу назвали в честь знаменитой горной вершины на границе Италии и Швейцарии. Задача таких симуляторов – воссоздать физические принципы реального мира и взять на себя работу, которую не в состоянии выполнить ни одна команда аниматоров, например, прорисовать движения каждой отдельной снежинки в снегопаде. Matterhorn использует метод Material Point Method – каждая отдельная частица (снежинка) наделяется определенными параметрами, а взаимодействие частиц определяет поведение всего объема субстанции.

Кстати, оружие героини мультфильма «Город Героев» Хани Лемон (Honey Lemon) также создавалось с использованием Matterhorn.

Такая симуляция – сложная задача, требующая большого количества формул и вычислений, поэтому Matterhorn создавался при участии физиков и математиков. Среди них был и выпускник МФТИ Алексей Стомахин, на тот момент работавший в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. Разработка оказалась настолько сложной, что Matterhorn стал основой докторской диссертации Алексея, а Disney использовал симулятор почти в каждом последующем проекте, включая уже упоминавшиеся «Город героев» и «Моану». Да, в этих фильмах нет снега – но изменение параметров симулятора позволяет анимировать с его помощью практически любую субстанцию, состоящую из большого количества отдельных частиц, включая воду, лаву и даже армию из миллионов крошечных роботов.

Продолжение следует.

Автор: Артемий Третьяков специально для Smirnov School, онлайн-школы, где готовят концепт-художников, левел-артистов и 3D-моделеров для игр и анимации.

Связаться нами можно в ВК, ФБ и на сайте. Отзывы студентов можно изучить тут (мы их не редактируем). Скажите, что пришли с DTF и мы с радостью предоставим вам приятную скидку.

#анимация #софт #disney