Gráficos por computadora en la película (video más artículo)

El joven Schwarzenegger en 2009, un fondo corriendo afuera de la ventana de un auto, gradas de un estadio, una multitud de zombis corriendo, un castillo medieval en el fondo de un paisaje pacífico (o incluso un paisaje pacífico), gemelos interpretados por un actor, un hombre musculoso que perdió sus músculos, y eso es todo tipos de desastres, destruyendo una y otra vez la sufrida Nueva York.

¿Cómo se hace todo esto? ¿Justo en el sitio o en una computadora?
Es decir, ¿efectos especiales o efectos visuales?
A menudo se confunden, pero aún así, los gráficos por computadora en las películas son efectos visuales.

Hablaremos de ellos hoy. Debajo de la escena se encuentra la película y su versión de texto, adaptada para el artículo. ¡Muchas fotos!

Modelado

Primero sobre modelado . Y para no rociarse, esculpir, prepararse para la animación y el sombreado.

Todo es simple: para mostrarle al espectador una escena que no existe en la realidad, y construir un pabellón es vago, costoso, o no hay tiempo, o está en una caricatura de Pixar, necesita construirlo virtualmente.



La tecnología más popular para describir objetos en gráficos tridimensionales es la creación de una malla poligonal . Es decir, el objeto se describe mediante puntos (vértices) que conectan sus bordes y caras. Las caras formadas por cualquier número de puntos de tres se llaman polígonos. Esto significa que cualquier héroe de la computadora en la película es, de hecho, un poliedro, simplemente hay muchas de estas caras.



¿Cuántas veces en la película fue la escena con un helicóptero explotando? No lo sé, pero no estoy seguro de que haya tantos helicópteros en el mundo.

¿Cómo filmar una escena así? Debe simular un helicóptero tridimensional, dibujar una textura para él, seleccionar la configuración del material para que la superficie brille al sol como un metal real, exponer la iluminación como en un marco de disparo, animar su vuelo y sincronizar la cámara virtual disparando el helicóptero con el helicóptero real, que ya disparó el resto.

E incluso aquí, no es necesario disparar de verdad. Existe tal profesión: antecedentes para dibujar.
Pintura de estera : la creación de toda esa belleza que está lejos y que no demuestra particularmente la convexidad de los objetos. Cielo estrellado, costas azules, llanuras del salvaje oeste.

Esta tarea es resuelta efectivamente por un diseñador técnico o artista que dibujará algo, fotografiará algo, modelará algo y lo devolverá en una forma adecuada para la composición, sobre lo cual un poco más tarde. Para construir una escena tridimensional honesta de extensiones infinitas, cuando esas son solo decoraciones a espaldas de héroes y no participan en la acción, costosas, largas e inútiles.



¿Qué hay de modelar algo más vibrante?

Primero, un blanco se modela con un mínimo de partes, luego se trabaja en detalle; Este proceso se llama escultura. Luego llega el turno de texturizar y animar el modelo, antes de lo cual se puede realizar una retopología.

Una topología es cómo una malla describe un objeto. Los polígonos pueden dar forma lógica a la forma, repitiendo las líneas naturales del sujeto.



Debido a la abundancia de distorsiones complejas del modelo en la etapa de escultura, la topología puede perder su lógica original y luego se lleva a cabo la retopología. Es decir, recrean la cuadrícula, como regla, con un número significativamente menor de polígonos. No entraré en la naturaleza, pero esto se hace para que sea más conveniente imponer una textura, así como para una distorsión adecuada de los polígonos durante la animación, sin efectos incorrectos en los vecinos. Y los pequeños detalles del modelo original de alta poli se devuelven utilizando mapas normales y de desplazamiento, es decir, texturas que contienen información sobre las distorsiones necesarias.

En la película, los personajes de la computadora en la trama pueden hacer algo, lo que significa que necesitan ser animados.

Para la comodidad de los animadores, realizan lo que se llama aparejar en el modelo. Esta es la unión del modelo a un esqueleto condicional con huesos y algo así como articulaciones que luego se pueden mover usando controles convenientes para que el modelo se mueva adecuadamente, represente emociones con el movimiento de músculos virtuales e incluso bailó como un hombre araña del famoso gif.


Pero en proyectos grandes, creando un pequeño animal, se trabaja desde adentro. La criatura se modela con el esqueleto y los músculos, y se anima de manera responsable de la misma manera. Para que los músculos rueden debajo de la piel, demostrando esfuerzos virtuales.

Obviamente, el artista que crea el dragón debe pasar muchas horas en el círculo de dragones reales para que el resultado se vea decente. Trabajo no tan seguro =)

Después de eso, puedes trabajar con el modelo, pero exteriormente se ve uniforme, como una estatua antigua. Es del mismo color y necesita materiales y texturas.

El sombreado y su parte importante son las texturas, es decir, una indicación de cómo se deben pintar las áreas del modelo y qué propiedades ópticas deben tener, los materiales que utilizan escaneos.
El texturizado también es un trabajo de varias etapas, en el proceso del cual puede dibujar en el modelo y, en Photoshop, refinar la textura expandida.
Pero la textura está lejos de toda la información que posee el material virtual. El objeto puede reflejar otros objetos, ser brillante, mate, translúcido y refractor de luz. La piel de la cara no refleja la luz como los ojos de esta cara. E incluso diferentes partes de la piel pueden funcionar de diferentes maneras.



En el caso de trabajar con una imagen, no estamos interesados ​​en modelar la realidad física al nivel de algunos quarks, el nivel de óptica básica es bastante adecuado.

En el mundo real, la opacidad o el brillo de un objeto se debe a su superficie. Si es perfectamente plano: los rayos de luz paralelos también se reflejarán en paralelo, el objeto se verá brillante y los reflejos serán claros. Si la superficie es rugosa, los rayos se alejarán de pequeñas irregularidades en diferentes direcciones y el reflejo se convertirá en un resplandor o se desdibujará por completo en la superficie, lo que llamaremos mate.

Sería demasiado difícil calcular incluso esos matices de alto nivel en las computadoras modernas. Pero las tecnologías para obtener imágenes de computadora simplifican y optimizan todo lo que es posible. No es necesario calcular tal detalle que los fotones virtuales se separen, como de una superficie mate no lisa. Simplemente puede programar los parámetros, después de lo cual el objeto virtual se verá mate a la luz. Y el artista ni siquiera tiene que programar, porque estas funciones básicas se configuran a través de la interfaz de cualquier paquete tridimensional.

Pero, incluso con tal simplificación, ¿cómo tener en cuenta el hecho de que de un punto a otro la piel puede tener diferentes propiedades? Preparar cientos de materiales similares para una sola persona no es una solución. Pero los mapas, es decir, las texturas que dicen en qué áreas qué parámetro debería funcionar más fuerte o más débil, están completamente imaginados.


Las tarjetas pueden ser para todo en una fila: para reflexiones y reflejos, transparencia y el grado de refracción, pseudovolumen y distorsión real , y mucho más para qué. Lo que solía llamar la textura de la piel también es una de las cartas, es decir, el color difuso .
Y también las texturas pueden superponerse entre sí con un número ilimitado de niveles de anidamiento y con la tarea de dependencia compleja entre sí.
Todo esto le permite diseñar el modelo para que en la pantalla sea fácil confundirlo con un objeto real con visualización de alta calidad. Pero sobre la visualización adicional, primero debemos hablar sobre lo más divertido.

Simulaciones

Las simulaciones en nuestro caso son escenas que no se crean a mano cuadro por cuadro, sino que se desarrollan a sí mismas, siguiendo las reglas dadas.


Algunas películas son imposibles sin simulaciones.
2012 es un ejemplo perfecto. El estudio de efectos especiales Uncharted Territory trabajó maravillosamente, simulando la destrucción en cantidades industriales.
Frozen debe mucho encanto a la excelente nieve, que tuvo que desarrollarse específicamente para el dibujo animado.

Una hermosa ola enorme como en Interestelar no tiene que ser completamente simulada. Es suficiente para crear una figura simple, similar a una ola, y el agua simulada que se vierte sobre ella.

La épica tormenta de arena y truenos en Mad Max también requirió muchas partículas para crearse, aunque muchas cosas estaban atrapadas en esa escena.

Los ejemplos no se pueden contar. ¿Qué tipo de simulaciones hay?

Comencemos con simulaciones de partículas . Se usan cuando es necesario quemar, fumar, verter, desmoronar, etc.


Las partículas o partículas son esos puntos en el espacio virtual. Por sí mismos, no tienen un componente visual, pero pueden colgarse en la parte superior.

Las partículas son útiles en los sistemas cuando de alguna manera interactúan con otras partículas cercanas. Dependiendo de las reglas de esta interacción, un sistema de partículas puede comportarse como agua, fuego, arena, gelatina, nieve y mucho más, obedeciendo las fuerzas especificadas en la simulación e interactuando con objetos en la escena.

Después de eso, en el registro final de su comportamiento, puede colgar la geometría y los efectos que harán que el espectador vea el material en lugar de muchos puntos.

Las simulaciones de partículas y fluidos son un modelo simplificado del comportamiento de sustancias reales, la principal diferencia aquí está en menos puntos. Pero, como consecuencia de este enfoque, la imitación de alta calidad de la misma agua todavía requiere una gran cantidad de partículas y un posterior pulido con efectos que simulan espuma y burbujas mediante procesos separados.

Fuego, humo, explosiones: todos están bien imitados.
Los materiales a granel o viscosos que se comportan de manera controlada se fabrican exactamente de esta manera.
Una variedad de efectos mágicos casi siempre tienen algún tipo de chispas azules que están hechas específicamente por partículas.
Y así sucesivamente.

Las simulaciones de objetos son otro gran tema. Además de la destrucción de las ciudades, la física considera el comportamiento de los automóviles, las multitudes, las telas. Sí, cualquier cosa, si el cálculo da un resultado cualitativo más rápido que el trabajo manual.

Por ejemplo, en una visualización arquitectónica completamente estática, tirar una manta sobre una cama o atar cortinas con cinta es más fácil que una simple simulación.

De las tareas típicas, uno todavía necesita recordar sobre el cabello y la lana.



En los principales paquetes tridimensionales hay módulos listos para crear cabello. Lo que, sin embargo, resultó ser insuficientemente avanzado para crear el cabello Rapunzel, y en Disney desarrollaron su propio sistema.

Pero en casos más mundanos, el cabello siji consiste en un sistema de segmentos cortos, con varios nudos para la capacidad de doblarse suavemente, y una geometría simple colgada desde arriba.
La simulación del cabello es un proceso de dolor de cabeza y mucho tiempo, porque este cabello puede estar en el personaje y el personaje puede tener mucho tiempo frente a la pantalla. El cabello mal afinado se esforzará por caerse entre sí, generar fallas extrañas y, en general, provocará el deseo de hacer películas exclusivamente sobre personas calvas.

Y para visualizarlos cualitativamente, sin artefactos notables, durante mucho tiempo. Porque, a pesar de su simplicidad, un cabello solitario aparece en pocos lugares.

Renderizar

Entonces llegamos a la visualización.

Solía ​​jugar un juego de computadora en Shrek, y todavía recuerdo mi confusión de que el juego tenía gráficos significativamente peores que en la caricatura. Hola, esta es una caricatura de computadora, ¡solo toma el grafón y crea un juego!


Un poco más tarde leí una entrevista con los creadores de los dibujos animados Cars, donde, entre otras cosas, hablaron sobre varias horas de renderizar cada fotograma de la caricatura en una granja desde muchas computadoras.

Entonces descubrí que generar un marco de juego y generar un marco gráfico para una película son dos tareas diferentes. En el primer caso, la imagen más optimizada se debe crear muchas veces por segundo, en el segundo, la creación de un cuadro puede llevar horas.

Un renderizador convierte una escena tridimensional en una imagen. Y el proceso se llama, respectivamente, renderizado o simplemente renderizado.

El render está muy relacionado con el sombreado y la iluminación del material, ya que les da su base. Materiales básicos, personalizables a su gusto, fuentes de luz, cámaras virtuales: todo esto funciona en estrecha colaboración con el visualizador. Los paquetes tridimensionales tienen sus propios renderizadores estándar, y casi siempre permiten la conexión de terceros.

El grupo más famoso es 3ds Max + V-Ray . Este es el kit básico de visualización arquitectónica. Sí, esto fue un montón de ayer, pero aún así el legado de lecciones en él mantiene una barra de entrada bastante baja. Sí, y en el resumen de un tridimensionalista, generalmente se requiere una línea sobre el conocimiento de Max.

En los últimos diez años, los renderizadores han recorrido un largo camino hacia el fotorrealismo. Los materiales y los mapas para ellos en el dominio público le permiten obtener rápidamente un resultado decente, incluso en casa con algunas reservas. Por ejemplo, las imágenes estáticas se pueden hacer casi sin restricciones. Bueno, el profesional independiente tardará unas horas en renderizar; configúrelo para la noche, y eso es todo. Es mucho más difícil hacer un video, aquí es probable que tengas que alquilar algún tipo de energía en la nube.


Ya he hablado de modelos y materiales. Todavía hay algo importante. Esta es la luz .
Nada se verá natural si está iluminado por fuentes de luz primitivas. La buena luz es muy costosa en recursos de computadora, por lo que los desarrolladores de juegos intentan simularla de varias maneras, solo para obtener un número estable de cuadros por segundo.

En los juegos, se utilizan fuentes de luz puntuales, paralelas, para simular fuentes condicionalmente infinitamente distantes como el Sol y el ambiente, es decir, solo resaltar sin una fuente específica y, en consecuencia, sombras. Además, hay pocas fuentes reales en los juegos en la escena, este es un negocio muy costoso.

Aprendieron a imitar la luz sin fuentes durante mucho tiempo, y en el caso de los juegos tridimensionales, los métodos de trabajo durante mucho tiempo fueron mapas de luz o mapas de luz horneados en texturas: es decir, se calculó un dibujo en blanco y negro por adelantado, y luego simplemente se dibujó en los objetos de la escena. El inconveniente de este enfoque es obvio: no hay forma de generar luz dinámica, un personaje que pasa por una fuente de luz pintada no bloqueará los rayos virtuales y la sombra correcta no funcionará.

Pero puedes combinar los métodos y usar varios otros trucos, que es lo que hacen los desarrolladores de juegos, luchando por las velocidades de fotogramas.

Pero en un gráfico donde no se requiere renderizado en tiempo real, la luz se imita mucho más tecnológicamente y en detalle.

Las fuentes de luz planas y tridimensionales se agregan a lo anterior, incluido cualquier objeto que pueda hacerse luminoso, y los algoritmos de operación de fuentes incluso simples son más honestos y construyen rayos correctamente. Sí, incluso la textura HDR del entorno, filmada en su patio, puede ser una fuente de luz.

Y lo mejor es la iluminación global con múltiples rebotes de fotones virtuales, lo que le permite agregar críticamente una escena realista al costo de una docena de clics y un aumento significativo en el tiempo de renderizado.


En los juegos, GO imita un sombreado más simple, pero incluso ellos tienen un gran rendimiento.

Cuanto más compleja es la escena, más difícil es calcular la luz en ella. Los materiales pueden reflejarlo, pasarlo por sí mismo con refracción y agrupamiento; esto se llama cáustico . Este último también estira ligeramente el tiempo de renderizado, por lo que es difícil hacer diamantes facetados en casa, incluso en la versión virtual.


Por separado, debe decirse sobre la dispersión de luz subsuperficial (SSS) .


Sin ella, la imitación de la piel humana y otros materiales no completamente opacos se ve gomosa y antinatural. Puede ilustrar fácilmente este efecto cubriendo la fuente de luz con la mano. Los fotones, reflejados en la mano muchas veces, lo hacen brillar.

Cuando solo miramos a una persona, este efecto no es tan notable, pero una cara de computadora que se comporta de manera diferente no es muy humana como un humano.
Por lo tanto, hacer que un monstruo sea un orden de magnitud más fácil.

Composición

Cuando se filmó a los actores, se renderizaron los gráficos, se dibujaron los fondos, se prepararon las filmaciones, es hora de poner todo junto y revivir el mundo con efectos adicionales. Sí, para que el resultado no se vea como un conjunto de imágenes de mundos diferentes.

La composición o composición es una edición compleja de múltiples capas, que combina todo el material de disparo en un cuadro. Las capas pueden ubicarse libremente en el espacio virtual, someterse a un procesamiento complejo y actuar unas sobre otras. Cualquier cuadro con gráficos de computadora es el resultado de un compuesto.


Antes de renderizar, omití un punto importante que nos permitirá, en principio, comenzar a combinar imágenes.

Los actores de filmación hacen la cámara. Los gráficos por computadora también ven algún tipo de cámara virtual, que se puede controlar, pero esto no es lo mismo que disparó a los actores. ¿Cómo sincronizar el movimiento de cámaras, realidad y modelos?

Si no tienes una cámara genial que grabe todos tus movimientos y giros, pero realmente quieres ponerte el ojo rojo de un terminador, tienes que rastrear.
El seguimiento es tan mágico que nace cuando un programa analiza el movimiento en un marco y construye un espacio con una cámara en movimiento basada en estos datos. O moviendo el espacio con una cámara estática. O incluso dejar que todo se mueva uno con respecto al otro. El seguimiento le permite adjuntar una cámara virtual a tomas reales, lo que significa que es correcto agregar un objeto virtual a la escena.

El marco final se crea a partir de un mosaico completo de capas planas y, a veces, objetos tridimensionales ubicados en el espacio virtual. Después se expone a un jardín de flores, pero esto está más relacionado con la instalación que con los efectos visuales.

Para aquellos interesados, ingrese en la búsqueda de YouTube el nombre original de cualquier éxito de taquilla con la palabra "desglose". Los estudios de efectos siempre hacen selecciones con una demostración de su trabajo.

Software

¿Qué se hace todo esto? ¿En qué programas mágicos inaccesibles para los simples mortales? ¡Obviamente no en Windows Movie Maker, donde cautivé los comerciales con el ajuste de Four Speed ​​AIDS!

Aquí puedo repetir los productos que mencioné anteriormente. Esto es por conveniencia, para que todo el software esté en un solo lugar y sea más conveniente encontrarlo si de repente lo necesita.

Muchos han escuchado sobre 3ds Max de Avtodesk. En la práctica, se usa con mayor frecuencia para visualizaciones arquitectónicas. También se usa para modelar, el beneficio para Max por la historia de su existencia se ha hecho con tantas lecciones y complementos para cualquier ocasión que puede aprender todo lo suficientemente rápido. También participó en el modelado en MODO y Blender.

Además de Max Autodesk, lanza Maya, que es conveniente para hacer aparejos y animaciones.
El esculpido se realiza principalmente en ZBrush, pero también se puede hacer en Blender, 3D-Coat (que también es conveniente para la retopología) o Mudbox.

Los gráficos en movimiento se realizan en Cinema 4D y durante algún tiempo en Maya, cuando obtuvo herramientas para la animación de procedimientos.

Pero el rey de la animación procesal compleja es Houdini. También hace simulaciones.
Gráficos en movimiento bidimensionales y creación tridimensional sin complicaciones en After Effects de Adobe (una especie de Photoshop en movimiento con un motor tridimensional simple), en el que puede hacer una composición simple.

Se hace una composición seria en Nuke, Avid Media Composer y Fusion.
Todavía hay Lightwave, pero nadie sabe por qué es necesario =)



Los productos en el mercado son oscuros, para cada tarea propia, y a menudo no uno. Para tareas específicas, los estudios a menudo desarrollan sus propias soluciones, pero no necesitará NADA en casa. Y para la mayoría de las tareas cotidianas o para aprender la mecánica de trabajar en 3D, puede tomar un Blender gratuito y ganar algo de experiencia. Matices

graciosos : las personas en los comentarios al video escribieron que es bueno comenzar con Blender, pero luego tratar de dominar al mismo Max es difícil y está asociado con graves molestias debido a la interfaz hostil. Un currículum sin mencionar a Max se considera mucho menos dispuesto.

¡Eso es todo, feliz año nuevo a todos!