☢️ 🤴🏾 🌚 Interstellaire: à l'intérieur d'un trou noir et d'un tesseract 📖 💳 🤵🏼

Je m'appelle Andrey Kolokoltsev. Par type d'activité, je m'intéresse depuis longtemps aux histoires sur la façon dont d'éminents réalisateurs, producteurs et studios font face à la création de certaines images visuelles. Pour ma première publication, j'ai choisi un film, qui est devenu pour moi une révélation audiovisuelle et une véritable attraction émotionnelle (en regardant un film sur l'écran IMAX, chez moi, 2/3 de mes impressions se perdent à la télé). Vous ne sautez pas de surprise, car le titre a déjà tout lu - c'est le film de Christopher Nolan "Interstellar". Malgré le fait que l'intérêt pour lui s'estompe depuis longtemps, je voudrais attirer votre attention sur une traduction gratuite de l' article original de Mike Seymour «Interstellar: inside the black art»daté du 18 novembre 2014. Cet article explique comment la visualisation de «Gargantua» et d'autres scènes du film a été créée - je pense que cela sera intéressant pour les lecteurs même après 1,5 an.

Le réalisateur interstellaire Christopher Nolan explique à Matthew McConaughey les ~~bases de la physique quantique l'~~ essence de la scène

Les travailleurs du département des effets spéciaux et de l'infographie sont souvent confrontés à la nécessité de créer une visualisation de quelque chose que personne n'a jamais vu. À cela s'ajoute l'exigence de l'industrie cinématographique moderne de donner à tout cela un aspect réel, même si, en fait, personne ne sait vraiment à quoi il pourrait ressembler. Dans le film Interstellar de Christopher Nolan, le superviseur des effets spéciaux Paul Franklin et l'équipe Double Negative étaient censés créer une visualisation des choses non pas de notre dimension, tout en étant aussi proches que possible non seulement de la physique quantique et de la mécanique relativiste, mais aussi de notre compréhension commune gravité quantique.

Il a eu la chance qu'Oliver James, un senior fellow avec un diplôme d'Oxford en optique et physique atomique, et une compréhension approfondie des lois relativistes d'Einstein fassent partie de l'équipe de base Double Negative. Comme Franklin, il a travaillé avec Kip Thorne, producteur en chef et consultant en recherche. Thorne a dû calculer des équations mathématiques complexes et les envoyer à James pour traduction dans des rendus de haute qualité. Les exigences du film ont fixé la tâche à James non seulement de visualiser les calculs expliquant les trajectoires d'arc de la lumière, mais aussi de visualiser les sections transversales des rayons lumineux changeant leur taille et leur forme pendant le voyage à travers un trou noir.

Le code de James n'était qu'une partie de la solution globale. Main dans la main, il a travaillé avec le chef de l'équipe artistique, le superviseur des effets d'infographie Eugene von Tanzelman, qui a ajouté un disque d'accrétion, et a également créé une galaxie et une nébuleuse, déformées dès que la lumière d'eux passe un trou noir. La tâche de démontrer comment quelqu'un entre dans un tesseract en quatre dimensions combiné avec l'espace en trois dimensions de la chambre d'une petite fille - et tout cela de manière à ce que le spectateur comprenne ce qui se passe à l'écran n'est pas moins difficile.

Dans cet article, nous parlerons du personnel clé créé par Double Negative, ainsi que des recherches qui les précèdent. Veuillez noter que les spoilers sont possibles dans les futurs matériaux.

Faire un trou noir

L'une des réalisations les plus importantes pour atteindre l'objectif nolanovien de réalisme maximal est peut-être l'image du trou noir de Gargantua. Après avoir reçu des commentaires de Thorne, les cinéastes ont fait de leur mieux pour montrer le comportement de la lumière dans un trou noir et un trou de ver. Pour Double Negative, cette tâche a nécessité l'écriture d'un rendu physique complètement nouveau.

Vue depuis la caméra sur une orbite équatoriale circulaire d'un trou noir tournant à 0,999 de sa vitesse de rotation maximale possible. La caméra est située à une distance de r = 6,03 GM / c ^ 2, où M est la masse du trou noir, G et c sont la constante de Newton et la vitesse de la lumière, respectivement. L'horizon des événements du trou noir est situé à une distance r = 1,045 GM / c ^ 2.

"Kip m'a expliqué les courbures relativistes de l'espace autour du trou noir", explique Paul Franklin. "La gravité tordue dans le temps dévie la lumière d'elle-même, créant un phénomène appelé la lentille Einstein, la lentille gravitationnelle autour du trou noir. Et à ce moment-là, je me demandais comment créer une telle image et y a-t-il des exemples avec un effet graphique similaire sur lesquels nous pouvions compter. »

«J'ai regardé les simulations les plus élémentaires créées par la communauté scientifique», ajoute Franklin, «et j'ai pensé, ok, le mouvement de cette chose est tellement compliqué que nous devons créer notre propre version à partir de zéro. Kip a alors commencé à travailler en étroite collaboration avec Oliver James, notre principal chercheur, et son département. Ils ont utilisé les calculs de Kip pour obtenir tous les chemins de lumière et les chemins de traçage des rayons autour du trou noir. De plus, Oliver a travaillé sur des questions urgentes, comment donner vie à tout cela avec notre nouveau moteur de rendu DnGR (Double Negative General Relativity). »

Pour le nouveau rendu, il était nécessaire de définir tous les paramètres les plus importants pour leur trou noir numérique. «Nous pourrions définir la vitesse, la masse et le diamètre», explique Franklin. "Essentiellement, ce sont les trois seuls paramètres que vous pouvez modifier dans un trou noir - c'est-à-dire, c'est tout ce que nous avons pour le mesurer. Nous avons passé énormément de temps à travailler sur la façon de calculer les trajets des faisceaux lumineux autour d'un trou noir. Tout le travail s'est déroulé de manière assez intensive - pendant six mois, les gars ont écrit des logiciels. Nous avions une première version du trou noir, juste à temps pour la fin de la période de pré-production du film. "

0,999 ; 10 GM/c^2 r=2.60 GM/c^2, . - .

Ces premières images ont été utilisées sous la forme d'énormes peintures pour l'arrière-plan à l'extérieur du navire - les acteurs avaient donc quelque chose à regarder pendant le tournage. Autrement dit, pas un seul écran vert n'a été utilisé, juste après les employés de Double Negative ont remplacé les premières images utilisées par les dernières, corrigeant certains amas d'étoiles. «La plupart des plans sont dus à l'épaule de l'astronaute que vous voyez dans la version de location du film», note Franklin, «c'est un vrai plan. "Nous avions beaucoup de cadres qui n'étaient pas inclus dans la liste générale des cadres avec des effets visuels, bien qu'un travail énorme ait été fait pour les créer."

Ces prises de vue «directes» ont été rendues possibles grâce à la collaboration de Double Negative et Hoyte Van Hoytem, MD. Pour éclairer les images d'arrière-plan obtenues, des projecteurs ont été utilisés, avec un flux lumineux total de 40 000 lumens par scène. »

La même simulation est seulement plus grande. Ici, la structure de la lumière du ciel étoilé passée à travers une lentille gravitationnelle est clairement visible. Au bord d'un trou noir, l'horizon se déplace vers nous à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.

«Nous devions déplacer et reconfigurer les projecteurs en fonction des tâches de la scène», poursuit Franklin, «En général, cela pourrait prendre une semaine entière pour tout configurer correctement, mais dans certains cas, tout devait être prêt en 15 minutes. Les gars ont travaillé si dur, parce que les projecteurs sont d'énormes colosses maladroits - chacun pesait environ 270 kilogrammes. Nous avions deux cages spécialement conçues montées sur un grand treuil électrique avec la possibilité de le déplacer le long et à travers le pavillon, respectivement, nous pouvions l'utiliser pour organiser des projecteurs. À l'aide du talkie-walkie, j'ai expliqué aux gars avec les projecteurs comment les calibrer, en parlant simultanément à la personne qui gère les chariots élévateurs, en se précipitant sur le site densément rempli de gens. »

Faire des vagues

Dans le film, Cooper (Matthew McConaughey), Amelia (Anne Hathaway), Doyle (Wes Bentley) et le robot AI CASE visitent une planète complètement recouverte d'eau, les vagues sur lesquelles, en raison de leur proximité très proche de Gargantua, atteignent des tailles extraordinaires. Les téléspectateurs ont déjà vu des vagues de trente mètres dans d'autres films, mais selon l'histoire, cela ne suffisait pas - selon le scénario, les vagues auraient dû avoir plus d'un kilomètre de hauteur. Pour donner au spectateur une idée de cette hauteur, Double Negative a dû repenser l'approche standard de la création d'eau. «Lorsque vous prenez des objets de cette ampleur», explique Franklin, «toutes les caractéristiques que vous associez aux vagues, telles que les brise-roche et les boucles au sommet, disparaissent tout simplement, car elles deviennent invisibles par rapport à une telle masse d'eau - c'est-à-dire que l'onde devient plus similaire sur une montagne en mouvement hors de l'eau.C'est pourquoi nous avons passé beaucoup de temps à travailler sur la pré-visualisation et à réfléchir à la manière d'utiliser une telle échelle de vagues et le petit vaisseau spatial Ranger emporté par elles. Le moment le plus important de la scène est lorsque la vague attrape le Ranger et l'élève bien au-dessus de la surface. Et vous voyez comment le navire se déplace le long de la vague vers le haut, devient plus petit et se perd complètement soudainement. C'était un moment clé pour ressentir l'ampleur de ce qui se passait. »C'était un moment clé pour ressentir l'ampleur de ce qui se passait. »C'était un moment clé pour ressentir l'ampleur de ce qui se passait. »

Anne Hathaway en tant qu'Amelia sur la planète aquatique

Les artistes de Double Negative contrôlaient les vagues grâce à une animation des déformateurs, les transformant efficacement en chaque image clé. «Cela nous a donné la forme d'onde de base», explique Franklin, «mais pour que cette image soit réelle, nous devons ajouter de la mousse de surface, des éclaboussures interactives, des tourbillons d'eau et des éclaboussures. Pour ce faire, nous avons utilisé notre développement interne appelé Squirt Ocean. Et bien sûr, après cela, il y avait beaucoup de travail supplémentaire à Houdini. »

Les cadres ont été créés en IMAX haute résolution. Cette exigence a quelque peu limité le temps alloué pour toutes les itérations doubles négatives possibles. "J'ai regardé la partie avec l'animation de la vague, j'ai dit" excellent, ajoutons tout le reste ", rit Franklin," puis j'ai dû attendre environ un mois et demi pour que tout cela me revienne à nouveau - un processus aussi long était dû spécifiquement à la résolution IMAX . Comme vous le savez, nous ne pouvions pas perdre de temps en vain, car généralement tout le processus était divisé en plusieurs itérations, et à ce moment-là nous en avions au maximum trois. »

Le robot KEYS sauvant Amelia du raz de marée et son double TARS étaient en fait des poupées en métal de 80 kilogrammes contrôlées par l'artiste islandais Bill Irwin. Christopher Nolan voulait que le film contienne autant d'éléments réels que possible, et au lieu, comme tant d'autres, de simplement le dessiner, Double Negative devait retirer l'artiste derrière le robot.

Lorsque KEYS se reconfigure pour passer dans l'eau, puis roule vers Amelia, l'attrape et l'emporte, deux décisions sont combinées dans le cadre: pratique et numérique. «Dans cette photo», dit Franklin, «il y avait une petite plate-forme hydraulique qui a été construite, montée sur un quad. Autrement dit, nous pourrions rouler «à travers» l'eau et obtenir de magnifiques éclaboussures et éclaboussures interactives. Sur le VTT, nous avions également un ascenseur spécial avec des bras de robot sur lequel nous pouvions transporter le double d'Anne Hathaway. Autrement dit, toute cette construction est allée "couper" l'eau, et nous n'avons eu qu'à la retirer de l'image et la remplacer par une version numérique du robot. "

Double Negative a essayé de limiter le nombre de moments où des robots numériques faisaient des choses inhabituelles. De tels moments couraient dans l'eau, faisant atterrir le robot dans le navire, longeant le glacier et quelques moments sans gravité. «Ce que nous avons remarqué il y a longtemps, c'est que vous ne pouvez faire fonctionner les moments numériques que si vous les combinez avec de vrais», explique Franklin, «par exemple, dans les cadres où le robot monte dans le navire, à la toute fin du segment on voit déjà la vraie version du robot, pas numérique. Autrement dit, la scène se termine par des images avec la réalité, et cela aide à sentir la scène comme vraiment réelle. "

À l'intérieur du tesseract

Dans le film, quelqu'un «ils» se révèle être «nous», seulement assez avancé pour aider Cooper à entrer en contact avec sa fille, qui était sur Terre des années plus tôt. Comme les voyages dans le temps ne sont pas possibles dans l'univers des lois quantiques et relativistes, l'histoire résout ce problème de sorte que Cooper quitte notre espace tridimensionnel et entre dans un hyperespace d'ordre supérieur. Si notre univers est affiché comme un disque ou une membrane 2D, alors l'hyperespace sera la boîte entourant cette membrane en trois dimensions. La façon de comprendre cela est que chaque dimension nécessite 1 dimension de moins pour s'afficher. Ainsi, l'espace tridimensionnel est dessiné comme un disque 2D, et l'environnement tridimensionnel autour de ce disque (les physiciens l'appellent brane) est une dimension plus élevée que la membrane.

Une image de Kip Thorne expliquant ce qu'est une brane et une membrane

Dans le film, le personnage de Michael Kane, le professeur Brand, tente de résoudre des anomalies gravitationnelles. Sur les planches du film, une tentative de résolution du problème en 4 et 5 dimensions est clairement visible. Le film dit que si Brand peut comprendre ces anomalies, elles peuvent être utilisées pour changer la gravité sur Terre et soulever l'énorme structure qui sauve l'humanité dans l'espace.

Alors que la transition de l'espace en trois dimensions à l'espace en quatre dimensions ne résout pas le problème du voyage dans le temps, dans le film, cela permet à Cooper de renvoyer des ondes gravitationnelles dans le temps. Il peut voir à tout moment, mais ne peut provoquer que des ondulations dans ces délais - l'ondulation gravitationnelle que la fille de Cooper, Murphy, essaie de comprendre.

Le travail de l'équipe Double Negative était de démontrer visuellement le tesseract à quatre dimensions que le futur «nous» fournissons à Cooper afin qu'il puisse provoquer des ondes gravitationnelles. Cela serait facilement réalisable si cela se faisait dans un sens symbolique ou sous la forme d'un rêve, mais l'équipe Double Negative a décidé de visualiser le tesseract en quatre dimensions sous une forme plus expressive, créant un concept qui, bien sûr, serait une hypothèse, mais il pourrait même être utilisé pour la formation . C'est à ce moment que Thorne réapparut.

Formules Kip Thorne expliquant la gravité en quatre et cinq dimensions. Veuillez noter qu'ici, «notre» brane est prise en sandwich entre deux réalités alternatives ou d'autres branes.

Pour comprendre la solution Double Negative, il vaut la peine de comprendre la nature des dimensions d'ordre supérieur. Si un objet se repose, disons, une balle - pour un espace à deux dimensions - c'est un cercle; pour unidimensionnel - une ligne. Si vous regardez ce cercle dans un espace tridimensionnel, nous verrons une boule (sphère). Mais que lui arrivera-t-il si nous allons dans un espace à quatre dimensions? L'une des théories qui était à la base de notre réflexion quotidienne était de présenter le quatrième espace comme le temps. Ensuite, il s'avère que la même balle, mais pas au repos, mais en sautant, et dans une période de temps infiniment petite est visible comme la même balle. Mais tout au long du voyage, il crée une figure sous la forme d'un tube à bords hémisphériques. Autrement dit, dans l'espace à quatre dimensions, la balle est un tuyau et la sphère est une projection en trois dimensions de cette figure en quatre dimensions.

Si un cube dans un espace tridimensionnel change de forme au fil du temps, par exemple, il grandit, alors il sera représenté dans un espace quadridimensionnel comme une boîte, qui finira par se transformer en une grande boîte, affichant tous les états d'une boîte tridimensionnelle tout au long de son existence. Il peut être animé et changer de forme comme indiqué dans cette vidéo:

Selon la logique du film, si vous entrez dans ce tesseract, vous pouvez voir un espace tridimensionnel à tout moment de son existence, par exemple, sous la forme de lignes qui remontent au passé et au futur. De plus, si vous prenez en compte l'hypothèse qu'il existe un nombre infini de réalités parallèles, vous verrez toutes les lignes de toutes les réalités parallèles possibles qui vont dans un nombre infini de directions. C'est précisément la solution conceptuelle à l'espace à quatre dimensions avec lequel le studio a travaillé. Les «fils» du temps que Cooper voit ressembler à des cordes, et en les touchant, il peut provoquer des vibrations gravitationnelles, communiquant ainsi avec sa fille. C'est vraiment une brillante pièce de visualisation scientifique artistique!

Mais comment le filmer?

L'installation de Nolan selon laquelle lors de la création de vidéos, les acteurs devraient interagir avec l'environnement s'est également étendue au tesseract. Après être tombé dans un trou noir, Cooper se retrouve dans un espace à quatre dimensions dans lequel il peut voir tous les objets et leur «fil» du temps. "Chris a dit que bien que ce soit un concept très abstrait, il aimerait vraiment construire quelque chose que nous pourrions tourner en réalité", dit Franklin. "Il voulait voir Matthew interagir physiquement avec les" fils " le temps dans l'espace réel, sans se balancer devant un écran vert. »

Cela a incité Franklin à réfléchir à la manière de mettre en œuvre la visualisation du tesseract. "J'ai passé beaucoup de temps à me creuser la tête sur la façon de réaliser tout cela dans l'espace réel", dit-il. "Comment montrer tous ces" fils "temporaires de tous les objets dans une pièce, et pour être clair au sens physique. Après tout, le danger était que l'espace devienne si encombré de «fils» que vous deviez trouver comment mettre en évidence les moments nécessaires parmi eux. De plus, il était extrêmement important que Cooper ait non seulement vu les «fils» du temps, mais aussi vu leur réaction à l'interaction, et en même temps, il puisse interagir avec des objets dans la chambre de sa fille. »

L'aspect final de la «structure en treillis ouvert» a été inspiré précisément par le concept du tesseract. «Tesseract est une projection en trois dimensions d'un hypercube en quatre dimensions. Il a une belle structure en treillis, nous avons donc compris à peu près ce que nous allions faire. Pendant longtemps, j'ai considéré les balayages à partir de photographies à balayage et comment cette technique vous permet d'afficher le même point dans l'espace à tout moment. La photographie elle-même transforme le temps en une dimension de l'image finale. La combinaison de cette technique de prise de vue et de la structure en treillis du tesseract nous a permis de créer ces «fils» tridimensionnels du temps, comme s’écoulant de l’objet. Les chambres sont des photographies, des moments construits dans la structure en treillis des «fils» du temps, parmi lesquels Cooper peut rechercher les bons en les déplaçant d'avant en arrière. »

«Nous avons fini de construire une section de ce modèle physique avec quatre sections répétées autour», dit Franklin, «puis sur l'ordinateur, nous avons multiplié ces sections à l'infini de telle sorte que partout où vous regardez, elles entrent dans l'éternité. De plus, pendant le tournage, nous avons utilisé beaucoup de vraies projections. Nous plaçons des «fils» de temps actifs sous de vraies sections, à l'aide de projecteurs. Cela nous a donné un sentiment d'énergie tremblante et fébrile - toutes les informations ont circulé le long de ces «fils» de section en section et vice versa. Mais, bien sûr, chaque image de la version finale du film, entre autres, contient une quantité insensée d'effets numériques intégrés à la scène. »

Mais certains points ont forcé Double Negative à passer complètement aux effets visuels numériques - un tel moment, par exemple, a été le mouvement de Cooper à travers les tunnels tesseract. "Nous n'avions pas assez de sections du tesseract pour capturer ce mouvement, alors nous avons tourné Matthew parmi les écrans de projection sur lesquels une version pré-nettoyée de la visualisation de cette scène était affichée autour de lui - donc il avait quelque chose avec quoi interagir", explique Franklin, " Les acteurs ont aimé tout cela follement, car contrairement à la production de publicités ou de films sur écran vert, ils avaient quelque chose à regarder. Plus tard, nous avons remplacé cette version par une version finale de haute qualité, ne quittant que la version finale à quelques moments, car elle s'est avérée tout simplement floue et n'était pas visible. »

Franklin note également que beaucoup d'effets numériques, la suppression des croix et une énorme quantité de rotoscooping (roto, rotopaint) étaient nécessaires pour terminer ces scènes. Dans la mise en œuvre d'effets entièrement réalisés en infographie, il y a également eu certaines difficultés. Par exemple, dans la partie où le tesseract se ferme et commence à s'effondrer. «Nous avons pris la géométrie informatique du tesseract et l'avons passée par la rotation de l'hypercube. Les gars ont travaillé sur la façon de mettre en œuvre la transformation de la rotation de l'hypercube et de l'appliquer directement à la géométrie du tesseract que nous avons créé. Ce fut un moment spécial pour moi. Quand j'ai vu les résultats, j'ai réalisé que c'était parfait, exactement ce que je voulais. »

Selon Franklin, une autre partie difficile a été le moment où Cooper interagit avec la poussière et dessine du code binaire sur le sol pendant une tempête. "Nous avons dû travailler avec les mouvements de Matthew sur le site dans un volume tesseract et les faire interagir avec quelque chose qui a vraiment fait apparaître ces formes sur le sol dans la pièce devant lui."

Je vous remercie! J'espère que vous étiez intéressé, et nous vous rencontrerons la prochaine fois sur l'histoire de ce que Christopher Nolan a essayé d'éviter - la saisie.

Interstellaire: à l'intérieur d'un trou noir et d'un tesseract

Faire un trou noir

Faire des vagues

À l'intérieur du tesseract

Mais comment le filmer?

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