Interestelar: dentro de un agujero negro y un tesseract
Me llamo Andrey Kolokoltsev. Por tipo de actividad, hace tiempo que me interesan las historias sobre cómo directores, productores y estudios eminentes hacen frente a la creación de ciertas imágenes visuales. Para mi primera publicación, elegí una película, que se convirtió para mí en una revelación audiovisual y una verdadera atracción emocional (cuando veo una película en la pantalla IMAX en casa, 2/3 de mis impresiones se pierden en la televisión). No te saltes de la sorpresa, ya que el título ya lo ha leído todo: esta es la película "Interestelar" de Christopher Nolan. A pesar de que el interés en él se ha desvanecido durante mucho tiempo, me gustaría llamar su atención sobre una traducción gratuita del artículo original de Mike Seymour "Interestelar: dentro del arte negro"con fecha 18 de noviembre de 2014. Este artículo habla sobre cómo se creó la visualización de "Gargantua" y otras escenas de la película. Creo que será interesante para los lectores incluso después de 1,5 años.
El director interestelar Christopher Nolan explica a Matthew McConaughey los fundamentos de la física cuántica, la esencia de la escena.Los trabajadores del departamento de efectos especiales y gráficos por computadora a menudo se enfrentan a la necesidad de crear una visualización de algo que nadie ha visto nunca. A esto se agrega el requisito de la industria cinematográfica moderna de hacer que todo parezca real, incluso a pesar de que, de hecho, nadie sabe realmente cómo podría ser. En la película interestelar de Christopher Nolan, se suponía que el supervisor de efectos especiales Paul Franklin y el equipo de Doble Negativa crearían una visualización de las cosas no desde nuestra dimensión, mientras que estarían lo más cerca posible no solo de la física cuántica y la mecánica relativista, sino también de nuestra comprensión común. gravedad cuánticaFue afortunado que Oliver James, un becario con un título de Oxford en óptica y física atómica, y un profundo conocimiento de las leyes relativistas de Einstein, se encontrara entre el equipo central de doble negativo. Al igual que Franklin, trabajó con Kip Thorne, jefe de producción y consultor de investigación. Thorne tuvo que calcular ecuaciones matemáticas complejas y enviárselas a James para su traducción en renders de alta calidad. Los requisitos para la película establecieron la tarea de James no solo de visualizar los cálculos que explican las trayectorias de arco de la luz, sino también de visualizar las secciones transversales de los rayos de luz, cambiando su tamaño y forma durante el viaje a través de un agujero negro.El código de James fue solo parte de la solución general. De la mano, trabajó con el jefe del equipo de arte, el supervisor de efectos de gráficos por computadora Eugene von Tanzelman, quien agregó un disco de acreción y también creó una galaxia y una nebulosa, distorsionadas tan pronto como la luz de ellas pasa por un agujero negro. No menos difícil fue la tarea de demostrar cómo alguien ingresa a un teseract en cuatro dimensiones combinado con el espacio tridimensional de la habitación de una niña pequeña, y todo esto de tal manera que el espectador comprende lo que está sucediendo en la pantalla.En este artículo, hablaremos sobre el personal clave creado por Double Negative, así como sobre la investigación que los precede. Tenga en cuenta que los spoilers son posibles en el futuro material.Hacer agujeros negros
Quizás uno de los logros más significativos para lograr el objetivo nolanoviano de máximo realismo es la imagen del agujero negro de Gargantúa. Habiendo recibido información de Thorne, los cineastas hicieron todo lo posible para mostrar el comportamiento de la luz en un agujero negro y un agujero de gusano. Para Double Negative, esta tarea requería la escritura de un renderizador físico completamente nuevo.Vista desde la cámara en una órbita ecuatorial circular de un agujero negro que gira con 0.999 de su máxima velocidad de rotación posible. La cámara está ubicada a una distancia de r = 6.03 GM / c ^ 2, donde M es la masa del agujero negro, G y c son la constante de Newton y la velocidad de la luz, respectivamente. El horizonte de eventos del agujero negro se encuentra a una distancia r = 1.045 GM / c ^ 2."Kip me explicó las curvaturas relativistas del espacio alrededor del agujero negro", dice Paul Franklin. "La gravedad torcida en el tiempo desvía la luz de sí misma, creando un fenómeno llamado lente de Einstein, la lente gravitacional alrededor del agujero negro. Y en ese momento estaba pensando cómo podemos crear tal imagen y ¿hay algún ejemplo con un efecto gráfico similar en el que podamos confiar?"Observé las simulaciones más básicas creadas por la comunidad científica", agrega Franklin, "y pensé, bueno, el movimiento de esta cosa es tan complicado que tenemos que hacer nuestra propia versión desde cero". Luego, Kip comenzó a trabajar muy de cerca con Oliver James, nuestro investigador principal y su departamento. Utilizaron los cálculos de Kip para obtener todas las rutas de luz y rutas de trazado de rayos alrededor del agujero negro. Además, Oliver trabajó en cuestiones urgentes, cómo darle vida a todo con nuestro nuevo renderizador DnGR (Relatividad general doble negativa) ".Para el nuevo renderizador, era necesario establecer todos los parámetros más importantes para su agujero negro digital. "Podríamos establecer la velocidad, la masa y el diámetro", explica Franklin. "En esencia, estos son los únicos tres parámetros que puede cambiar en un agujero negro, es decir, eso es todo lo que tenemos para medirlo. Pasamos una gran cantidad de tiempo trabajando en cómo calcular los caminos de los haces de luz alrededor de un agujero negro. Todo el trabajo fue bastante intenso: durante seis meses los chicos escribieron software. Teníamos una versión temprana del agujero negro, justo a tiempo para que terminara el período de preproducción de la película ".0,999 ; 10 GM/c^2 r=2.60 GM/c^2, . - .Estas primeras imágenes se utilizaron en forma de enormes pinturas para el fondo fuera del barco, por lo que los actores tenían algo que ver durante el rodaje. Es decir, no se utilizó una sola pantalla verde, más tarde los empleados de Double Negative reemplazaron las primeras imágenes utilizadas por las finales, corrigiendo algunos cúmulos estelares. "La mayoría de las tomas se deben al hombro del astronauta que se ve en la versión de alquiler de la película", señala Franklin, "esta es una toma real. "Teníamos muchos cuadros que no estaban incluidos en la lista general de cuadros con efectos visuales, aunque se hizo un gran trabajo para crearlos".Estas tomas de cámara "directas" fueron posibles gracias a la colaboración de Double Negative y Hoyte Van Hoytem, MD. Para iluminar las imágenes de fondo obtenidas, se utilizaron reflectores, con un flujo luminoso total de 40,000 lúmenes por escena ”.La misma simulación es solo más grande. Aquí, la estructura de la luz del cielo estrellado que pasa a través de una lente gravitacional es claramente visible. Al borde de un agujero negro, el horizonte se mueve hacia nosotros a una velocidad cercana a la velocidad de la luz."Necesitábamos movernos y reconfigurar los reflectores según las tareas de la escena", continúa Franklin, "en general, podría llevar toda una semana configurar todo correctamente, pero en algunos casos todo tenía que estar listo en 15 minutos. Los muchachos trabajaron muy duro, porque los focos son un enorme coloso torpe, cada uno pesaba unos 270 kilogramos. Teníamos dos jaulas especialmente hechas montadas en un gran cabrestante eléctrico con la capacidad de moverlo a lo largo y a través del pabellón, respectivamente, podríamos usarlo para organizar focos. Usando el walkie-talkie, les expliqué a los muchachos con los focos cómo calibrarlos, al mismo tiempo que hablé con la persona que maneja los montacargas y se apresuró por el sitio densamente lleno de gente ".Haciendo olas
En la película, Cooper (Matthew McConaughey), Amelia (Anne Hathaway), Doyle (Wes Bentley) y el robot AI CASE visitan un planeta completamente cubierto de agua, cuyas olas debido a su proximidad muy cercana a Gargantua alcanzan tamaños extraordinarios. Los espectadores ya han visto olas de treinta metros en otras películas, pero según la historia, esto no fue suficiente: según el escenario, las olas deberían haber tenido más de un kilómetro de altura. Para darle al espectador una idea de esta altura, Double Negative tuvo que repensar el enfoque estándar para crear agua. “Cuando tomas objetos de esta escala”, explica Franklin, “todas las características que asocias con las olas, como los rompedores y los rizos en la parte superior, simplemente desaparecen, ya que se vuelven invisibles en relación con esa masa de agua, es decir, la ola se vuelve más similar en una montaña en movimiento fuera del agua.Es por eso que pasamos mucho tiempo trabajando en la pre-visualización y reflexionando sobre cómo podemos usar tal escala de olas y la pequeña nave espacial Ranger arrastrada por ellas. El momento más importante de la escena es cuando la ola atrapa al Ranger y lo eleva por encima de la superficie. Y ves cómo la nave se mueve a lo largo de la ola hacia arriba, se vuelve más pequeña y de repente se pierde por completo. Fue un momento clave para sentir la escala de lo que estaba sucediendo ".Fue un momento clave para sentir la escala de lo que estaba sucediendo ".Fue un momento clave para sentir la escala de lo que estaba sucediendo ".
Anne Hathaway como Amelia en el planeta del aguaLos artistas Double Negative controlaron las olas a través de una animación de los deformadores, transformándolos efectivamente en cada fotograma clave. "Nos dio la forma de onda básica", dice Franklin, "pero para que esta imagen se vea real, necesitamos agregar espuma superficial, salpicaduras interactivas, remolinos de agua y salpicaduras". Para hacer esto, utilizamos nuestro desarrollo interno llamado Squirt Ocean. Y, por supuesto, después de eso hubo mucho trabajo extra en Houdini ".Los marcos fueron creados en alta resolución IMAX. Este requisito limitaba un poco la cantidad de tiempo asignado para todas las iteraciones dobles negativas posibles. "Vi la parte con la animación de la onda, dije" excelente, agreguemos todo lo demás ", se ríe Franklin," y luego tuve que esperar aproximadamente un mes y medio para que todo esto volviera a mí, un proceso tan largo se debió a la resolución IMAX . Como saben, no podríamos perder el tiempo en vano, porque generalmente todo el proceso se dividió en muchas iteraciones, y en ese momento teníamos un máximo de tres ".El robot CASE que salvó a Amelia del maremoto, y su contraparte TARS, en realidad eran muñecas de metal de 80 kilogramos controladas por el artista islandés Bill Irwin. Christopher Nolan quería que la película tuviera tantos elementos reales como fuera posible, y en lugar de, como tantos, simplemente dibujarla, Double Negative necesitaba eliminar al artista detrás del robot.Cuando KEYS se reconfigura para pasar por el agua, y luego rueda hacia Amelia, la agarra y se la lleva, dos decisiones se combinan en el marco: práctico y digital. “En esta toma”, dice Franklin, “se construyó una pequeña plataforma de agua, montada en una bicicleta cuádruple. Es decir, podríamos viajar "a través" del agua y obtener maravillosas salpicaduras interactivas y salpicaduras. También en el ATV teníamos un elevador especial con brazos de robot en el que podíamos transportar el doble de Anne Hathaway. Es decir, toda esta construcción fue y "cortó" el agua, y solo tuvimos que eliminarla de la imagen y reemplazarla con una versión digital del robot ".Double Negative intentó limitar el número de momentos con robots digitales haciendo cosas inusuales. Tales momentos corrían por el agua, aterrizaban el robot en la nave, corrían a lo largo del glaciar y algunos momentos sin gravedad. "Lo que notamos hace mucho tiempo es que puedes hacer que los momentos digitales funcionen solo si los combinas con los reales", dice Franklin, "por ejemplo, en los marcos donde el robot ingresa a la nave, al final del segmento Ya vemos la versión real del robot, no digital. Es decir, la escena termina con cuadros con realidad, y esto ayuda a sentir la escena como realmente real ".Dentro del tesseract
En la película, alguien "ellos" resultan ser "nosotros", solo avanzó lo suficiente como para ayudar a Cooper a ponerse en contacto con su hija, que estaba en la Tierra años antes. Dado que los viajes en el tiempo no son posibles en el universo de las leyes cuánticas y relativistas, la historia resuelve este problema para que Cooper abandone nuestro espacio tridimensional y entre en un hiperespacio de orden superior. Si nuestro universo se muestra como un disco o membrana 2D, entonces el hiperespacio será el cuadro que rodea esta membrana en tres dimensiones. La forma de entender esto es que cada dimensión requiere 1 dimensión menos para visualizarse. Por lo tanto, el espacio tridimensional se dibuja como un disco 2D, y el entorno tridimensional alrededor de este disco (los físicos lo llaman brane) es una dimensión más alta que la membrana.
Una imagen de Kip Thorne explicando qué son una membrana y una membrana.En la película, el personaje de Michael Kane, el profesor Brand, está tratando de resolver anomalías gravitacionales. En los tableros de la película, un intento de resolver el problema en 4 y 5 dimensiones es claramente visible. La película dice que si Brand puede entender estas anomalías, se pueden usar para cambiar la gravedad en la Tierra y elevar la enorme estructura que salva a la humanidad al espacio.Si bien la transición del espacio tridimensional al espacio tridimensional no resuelve el problema del viaje en el tiempo, en la película esto permite a Cooper enviar ondas gravitacionales en el tiempo. Puede ver en cualquier momento, pero solo puede causar ondas en estos períodos de tiempo: la onda gravitacional que la hija de Cooper, Murphy, está tratando de entender.El trabajo del equipo de Doble Negativo fue demostrar visualmente el teseract tetradimensional que el futuro "nosotros" le brindamos a Cooper para que pueda causar ondas gravitacionales. Esto sería fácilmente factible si se hiciera en un sentido simbólico o como un sueño, pero el equipo de Doble Negativo decidió visualizar el teseract tetradimensional en una forma más expresiva, creando un concepto que, por supuesto, sería una hipótesis, pero incluso podría usarse para el entrenamiento. . Fue en ese momento que Thorne reapareció.
Fórmulas de Kip Thorne que explican la gravedad en cuatro y cinco dimensiones. Tenga en cuenta que aquí "nuestra" brana se encuentra entre dos realidades alternativas u otras branas.Para comprender la solución de doble negativo, vale la pena comprender la naturaleza de las dimensiones de orden superior. Si un objeto está descansando, digamos, una bola, para un espacio bidimensional, este es un círculo; para unidimensional: una línea. Si observa este círculo en un espacio tridimensional, veremos una bola (esfera). Pero, ¿qué le sucederá si vamos al espacio de cuatro dimensiones? Una de las teorías que fue la base de nuestro pensamiento diario fue presentar el cuarto espacio como tiempo. Entonces resulta que la misma pelota, pero no descansa, sino que salta, y en un período de tiempo infinitamente pequeño es visible como la misma pelota. Pero a lo largo del viaje crea una figura en forma de tubo con bordes hemisféricos. Es decir, en el espacio de cuatro dimensiones, la bola es una tubería, y la esfera es una proyección tridimensional de esta figura de cuatro dimensiones.Si un cubo en un espacio tridimensional cambia su forma con el tiempo, por ejemplo, crece, entonces se representará en un espacio tetradimensional como una caja, que eventualmente se convertirá en una caja grande, mostrando todos los estados de la caja tridimensional a lo largo de toda su existencia. Se puede animar y cambiar de forma como se muestra en este video:Según la lógica de la película, si entras en este tesseract, puedes ver el espacio tridimensional en cualquier momento de su existencia, por ejemplo, en forma de líneas que se remontan al pasado y al futuro. Además, si tiene en cuenta la suposición de que hay un número infinito de realidades paralelas, verá todas las líneas de todas las realidades paralelas posibles que van en un número infinito de direcciones. Esta es precisamente la solución conceptual al espacio de cuatro dimensiones con el que trabajó el estudio. Los "hilos" del tiempo que Cooper ve parecen cuerdas, y al tocarlos, puede causar vibraciones gravitacionales, comunicándose así con su hija. ¡Esta es realmente una pieza brillante de visualización científica artística!¿Pero cómo dispararlo?
La instalación de Nolan de que al crear videos, los actores deberían interactuar con el entorno también se extendió al tesseract. Después de caer en un agujero negro, Cooper se encuentra en un espacio de cuatro dimensiones en el que puede ver cualquier objeto y su "hilo" de tiempo. "Chris dijo que aunque este es un concepto muy abstracto, realmente le gustaría construir algo que pudiéramos filmar en la realidad", dice Franklin, "quería ver a Matthew interactuando físicamente con los" hilos " tiempo en el espacio real, no colgando frente a una pantalla verde ".Esto llevó a Franklin a considerar cómo implementar la visualización del tesseract. "Pasé mucho tiempo mordiéndome el cerebro sobre cómo realizar todo esto en el espacio real", dice. "Cómo mostrar todos estos" hilos "temporales de todos los objetos en una habitación y dejarlo claro en el sentido físico. Después de todo, el peligro era que el espacio resultaría tan abarrotado de "hilos" que tendría que descubrir cómo resaltar los momentos necesarios entre ellos. Además, era extremadamente importante que Cooper no solo viera los "hilos" del tiempo, sino que también viera su reacción a la interacción y, al mismo tiempo, pudiera interactuar con objetos en la habitación de su hija ".
La apariencia final de la "estructura de celosía abierta" se inspiró precisamente en el concepto de tesseract. “Tesseract es una proyección tridimensional de un hipercubo tetradimensional. Tiene una hermosa estructura reticular, por lo que aproximadamente entendimos lo que haríamos. Durante mucho tiempo consideré los barridos de las fotografías de escaneo de hendidura y cómo esta técnica le permite mostrar el mismo punto en el espacio en todo momento. La fotografía misma convierte el tiempo en una dimensión de la imagen final. La combinación de esta técnica de disparo y la estructura reticular del tesseract nos permitió crear estos "hilos" tridimensionales del tiempo, como si fluyeran del objeto. Las habitaciones son fotografías, momentos integrados en la estructura reticular de los "hilos" del tiempo, entre los cuales Cooper puede buscar los correctos moviéndolos de un lado a otro ".“Terminamos de construir una sección de este modelo físico con cuatro secciones repetidas alrededor”, dice Franklin, “Luego, en la computadora, multiplicamos estas secciones hasta el infinito de tal manera que donde sea que mires, se van a la eternidad. Además, durante el rodaje, utilizamos muchas proyecciones reales. Ponemos "hilos" de tiempo activos en secciones reales, usando proyectores. Esto nos dio una sensación de temblor y energía febril: toda la información fluyó a lo largo de estos "hilos" de una sección a otra y viceversa. Pero, por supuesto, cada imagen de la versión final de la película, entre otras cosas, contiene una cantidad increíble de efectos digitales integrados en la escena ".
Pero algunos puntos obligaron a Double Negative a cambiar completamente a efectos visuales digitales; tal momento, por ejemplo, fue el movimiento de Cooper a través de los túneles tesseract. "No teníamos suficientes secciones del tesseract para capturar este movimiento, así que filmamos a Matthew entre las pantallas de proyección en las que se mostraba una versión pre-limpia de la visualización de esta escena, así que tenía algo con lo que interactuar", dice Franklin, " A los actores les gustó todo esto, porque en contraste con la producción de comerciales o películas en una pantalla verde, tenían algo que ver. Más tarde, reemplazamos esta versión con una versión final de alta calidad, solo en algunos momentos dejando la versión final, ya que simplemente resultó estar fuera de foco y no era visible ".Franklin también señala que se necesitaron muchos efectos digitales, eliminación de cruces y una gran cantidad de rotoscooping (roto, rotopaint) para completar estas escenas. En la implementación de los efectos realizados completamente con gráficos de computadora, también hubo ciertas dificultades. Por ejemplo, en la parte donde el tesseract se cierra y comienza a colapsar. “Tomamos la geometría de la computadora del tesseract y la pasamos a través de la rotación del hipercubo. Los chicos trabajaron en cómo implementar la transformación de la rotación del hipercubo y aplicarla directamente a la geometría del tesseract que creamos. Fue un momento especial para mí. Cuando vi los resultados, me di cuenta de que era perfecto, exactamente lo que quería ".Otra parte difícil, según Franklin, fue el momento en que Cooper interactúa con el polvo y dibuja código binario en el piso durante una tormenta. "Tuvimos que trabajar con los movimientos de Matthew en el sitio en un volumen de tesseract y hacerlos interactuar con algo que realmente hizo que estos formularios aparecieran en el piso de la habitación frente a él".Gracias Espero que haya estado interesado, y la próxima vez nos reuniremos con usted sobre la historia de lo que Christopher Nolan intentó evitar: escribir. Source: https://habr.com/ru/post/es391845/
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