Antarbintang: di dalam black hole dan tesseract
Nama saya Andrey Kolokoltsev. Berdasarkan jenis kegiatan, saya telah lama tertarik pada cerita tentang bagaimana sutradara, produser, dan studio terkemuka mengatasi penciptaan gambar visual tertentu. Untuk publikasi pertama saya, saya memilih film, yang bagi saya menjadi wahyu audiovisual dan daya tarik emosional yang nyata (ketika menonton film di layar IMAX di rumah, 2/3 dari kesan saya hilang di TV). Anda tidak melompat karena terkejut, karena judulnya sudah membaca segalanya - ini adalah film Christopher Nolan "Interstellar". Terlepas dari kenyataan bahwa minat padanya telah memudar untuk waktu yang lama, saya ingin menarik perhatian Anda terjemahan gratis dari artikel asli oleh Mike Seymour "Antarbintang: di dalam seni hitam"tertanggal 18 November 2014. Artikel ini berbicara tentang bagaimana visualisasi "Gargantua" dan adegan lain dari film ini dibuat - saya pikir itu akan menarik bagi pembaca bahkan setelah 1,5 tahun.
Sutradara antarbintang Christopher Nolan menjelaskan kepada Matthew McConaughey dasar - dasar fisika kuantum esensi dari adegan ituPekerja di bagian efek khusus dan grafis komputer sering dihadapkan dengan kebutuhan untuk membuat visualisasi dari sesuatu yang belum pernah dilihat orang. Untuk ini ditambahkan persyaratan industri film modern untuk membuat semuanya terlihat nyata, walaupun kenyataannya, pada kenyataannya, tidak ada yang benar-benar tahu seperti apa tampilannya. Dalam film Interstellar karya Christopher Nolan, pengawas efek khusus Paul Franklin dan tim Double Negative seharusnya menciptakan visualisasi hal-hal yang tidak dari dimensi kita, sementara sedekat mungkin tidak hanya dengan fisika kuantum dan mekanika relativistik, tetapi juga dengan pemahaman kita bersama gravitasi kuantum.Sangat beruntung bahwa Oliver James, seorang rekan senior dengan gelar Oxford di bidang optik dan fisika atom, dan pemahaman yang mendalam tentang hukum relativistik Einstein adalah di antara tim inti Double Negative. Seperti Franklin, ia bekerja dengan Kip Thorne, kepala produser dan konsultan riset. Thorne harus menghitung persamaan matematika yang kompleks dan mengirimkannya ke James untuk diterjemahkan ke dalam render berkualitas tinggi. Persyaratan untuk film ini menetapkan tugas bagi James tidak hanya untuk memvisualisasikan perhitungan yang menjelaskan lintasan busur cahaya, tetapi juga untuk memvisualisasikan penampang sinar cahaya, mengubah ukuran dan bentuknya selama perjalanan melalui lubang hitam.Kode James hanyalah bagian dari solusi keseluruhan. Bersama-sama, ia bekerja dengan pemimpin tim seni, pengawas efek grafis komputer Eugene von Tanzelman, yang menambahkan disk akresi, dan juga menciptakan galaksi dan nebula, terdistorsi segera setelah cahaya dari mereka melewati lubang hitam. Yang tidak kalah sulit adalah tugas mendemonstrasikan bagaimana seseorang memasuki tesseract empat dimensi dikombinasikan dengan ruang tiga dimensi kamar seorang gadis kecil - dan semua ini sedemikian rupa sehingga penonton memahami apa yang terjadi di layar.Dalam artikel ini, kita akan berbicara tentang beberapa personel kunci yang dibuat oleh Double Negative, serta tentang penelitian yang mendahului mereka. Harap dicatat bahwa spoiler dimungkinkan pada material mendatang.Pembuatan lubang hitam
Mungkin salah satu pencapaian paling signifikan dalam mencapai tujuan Nolanovian untuk realisme maksimum adalah citra lubang hitam Gargantua. Setelah menerima masukan dari Thorne, pembuat film melakukan yang terbaik untuk menunjukkan perilaku cahaya dalam lubang hitam dan lubang cacing. Untuk Double Negative, tugas ini mengharuskan penulisan renderer fisik yang sama sekali baru.Lihat dari kamera dalam orbit ekuatorial melingkar dari lubang hitam yang berputar dengan 0,999 kecepatan rotasi maksimum yang dimungkinkan. Kamera terletak pada jarak r = 6,03 GM / c ^ 2, di mana M adalah massa lubang hitam, G dan c adalah konstanta Newton dan kecepatan cahaya, masing-masing. Cakrawala peristiwa lubang hitam terletak pada jarak r = 1.045 GM / c ^ 2."Kip menjelaskan kepada saya kelengkungan relativistik ruang di sekitar lubang hitam," kata Paul Franklin. "Gravitasi memutar waktu mengalihkan cahaya dari dirinya sendiri, menciptakan fenomena yang disebut lensa Einstein, lensa gravitasi di sekitar lubang hitam. Dan pada saat itu saya berpikir bagaimana kita dapat membuat gambar seperti itu dan apakah ada contoh dengan efek grafik yang sama yang bisa kita andalkan. ”“Saya melihat simulasi paling dasar yang dibuat oleh komunitas ilmiah,” tambah Franklin, “dan saya pikir, ok, pergerakan benda ini sangat rumit sehingga kita harus membuat versi kita sendiri dari awal. Kip kemudian mulai bekerja sangat dekat dengan Oliver James, rekan peneliti utama kami, dan departemennya. Mereka menggunakan perhitungan Kip untuk mendapatkan semua jalur cahaya dan jalur pelacakan sinar di sekitar lubang hitam. Selain itu, Oliver bekerja pada masalah-masalah mendesak, bagaimana menghidupkannya dengan penyaji DnGR kami yang baru (Double Negative General Relativity). "Untuk perender baru, diperlukan untuk mengatur semua parameter paling penting untuk lubang hitam digital mereka. "Kita bisa mengatur kecepatan, massa, dan diameter," jelas Franklin. "Pada dasarnya, ini adalah tiga parameter yang dapat Anda ubah dalam lubang hitam - yaitu, hanya itu yang harus kita ukur. Kami menghabiskan banyak waktu untuk mengerjakan cara menghitung jalur berkas cahaya di sekitar lubang hitam. Semua pekerjaan berjalan cukup intensif - selama enam bulan mereka menulis perangkat lunak. Kami memiliki versi awal black hole, tepat pada waktunya untuk periode praproduksi film berakhir. "0,999 ; 10 GM/c^2 r=2.60 GM/c^2, . - .Gambar-gambar awal ini digunakan dalam bentuk lukisan besar untuk latar belakang di luar kapal - jadi para aktor memiliki sesuatu untuk ditonton selama pemotretan. Artinya, tidak ada layar hijau tunggal yang digunakan, hanya kemudian karyawan Double Negative mengganti gambar awal yang digunakan dengan yang terakhir, mengoreksi beberapa gugus bintang. "Sebagian besar tembakan disebabkan oleh bahu astronot yang Anda lihat dalam versi rental film," catat Franklin, "ini adalah bidikan nyata. "Kami memiliki banyak bingkai yang tidak termasuk dalam daftar umum bingkai dengan efek visual, meskipun pekerjaan luar biasa dilakukan untuk membuatnya."Bidikan kamera "langsung" ini dimungkinkan berkat kolaborasi Double Negative dan Hoyte Van Hoytem, MD. Untuk menerangi gambar latar belakang yang diperoleh, lampu sorot digunakan, dengan fluks bercahaya total 40.000 lumen per adegan. ”Simulasi yang sama hanya lebih besar. Di sini, struktur cahaya langit berbintang yang melewati lensa gravitasi terlihat jelas. Di tepi lubang hitam, cakrawala bergerak ke arah kita dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya.“Kami perlu memindahkan dan mengonfigurasi ulang lampu sorot berdasarkan tugas-tugas di TKP,” Franklin melanjutkan, “Secara umum, dibutuhkan waktu satu minggu untuk mengatur semuanya dengan benar, tetapi dalam beberapa kasus semuanya harus siap dalam 15 menit. Mereka bekerja sangat keras, karena lampu sorotnya sangat besar dan canggung - masing-masing beratnya sekitar 270 kilogram. Kami memiliki dua sangkar yang dibuat khusus yang dipasang pada winch listrik besar dengan kemampuan untuk memindahkannya di sepanjang dan di paviliun, masing-masing, kami dapat menggunakannya untuk mengatur lampu sorot. Menggunakan walkie-talkie, saya menjelaskan kepada orang-orang dengan lampu sorot cara mengkalibrasi mereka, secara bersamaan berbicara dengan orang yang mengelola forklift, bergegas ke situs yang penuh sesak dengan orang-orang. "Membuat gelombang
Dalam film tersebut, Cooper (Matthew McConaughey), Amelia (Anne Hathaway), Doyle (Wes Bentley) dan robot AI KASUS mengunjungi sebuah planet yang sepenuhnya tertutup air, ombak di mana karena kedekatannya dengan Gargantua mencapai ukuran yang luar biasa. Pemirsa telah melihat gelombang tiga puluh meter di film-film lain, tetapi menurut sejarah, ini tidak cukup - menurut skenario, ombak seharusnya lebih dari satu kilometer tingginya. Untuk memberi penonton rasa ketinggian ini, Double Negative harus memikirkan kembali pendekatan standar untuk menciptakan air. "Ketika Anda mengambil objek sebesar ini," Franklin menjelaskan, "semua karakteristik yang Anda kaitkan dengan gelombang, seperti pemutus dan ikal di bagian atas, hilang begitu saja, karena mereka menjadi relatif tidak terlihat oleh massa air seperti itu - yaitu, gelombang menjadi lebih mirip di gunung yang bergerak keluar dari air.Itulah sebabnya kami menghabiskan banyak waktu mengerjakan pra-visualisasi dan merenungkan bagaimana kami bisa menggunakan skala gelombang dan pesawat ruang angkasa Ranger kecil yang tersapu olehnya. Momen terpenting adegan itu adalah ketika gelombang menangkap Ranger dan mengangkatnya tinggi di atas permukaan. Dan Anda melihat bagaimana kapal bergerak di sepanjang gelombang ke atas, menjadi lebih kecil dan tiba-tiba tersesat di atasnya. Itu adalah momen kunci untuk merasakan skala dari apa yang terjadi. "Itu adalah momen kunci untuk merasakan skala dari apa yang terjadi. "Itu adalah momen kunci untuk merasakan skala dari apa yang terjadi. "
Anne Hathaway sebagai Amelia di planet air.Seniman Negatif Ganda mengendalikan gelombang melalui animasi deformer, secara efektif mengubahnya menjadi setiap kerangka kunci. “Itu memberi kita bentuk gelombang dasar,” kata Franklin, “tetapi untuk membuat gambar ini terlihat nyata, kita perlu menambahkan busa permukaan, percikan interaktif, pusaran air dan percikan. Untuk melakukan ini, kami menggunakan pengembangan internal kami yang disebut Squirt Ocean. Dan tentu saja, setelah itu ada banyak pekerjaan ekstra di Houdini. ”Frame dibuat dalam IMAX resolusi tinggi. Persyaratan ini agak membatasi jumlah waktu yang dialokasikan untuk semua kemungkinan pengulangan Double Negative. “Saya menyaksikan bagian dengan animasi gelombang, berkata“ sangat baik, mari kita tambahkan yang lain, ”tawa Franklin,“ dan kemudian saya harus menunggu sekitar satu setengah bulan untuk semua ini kembali kepada saya lagi - proses yang panjang seperti itu secara khusus disebabkan oleh resolusi IMAX . Seperti yang Anda tahu, kami tidak dapat membuang waktu dengan sia-sia, karena biasanya seluruh proses dibagi menjadi beberapa iterasi, dan pada saat itu kami memiliki maksimum tiga. ”Robot CASE menyelamatkan Amelia dari gelombang pasang surut, dan rekan TAR-nya, sebenarnya adalah 80 kilogram boneka logam yang dikendalikan oleh seniman Islandia Bill Irwin. Christopher Nolan ingin film tersebut memiliki elemen nyata sebanyak mungkin, dan alih-alih, seperti banyak, hanya menggambar saja, Double Negative diperlukan untuk menghapus artis di belakang robot.Ketika KEYS mengkonfigurasi ulang dirinya untuk melewati air, dan kemudian berguling ke Amelia, meraihnya dan membawanya pergi, dua keputusan digabungkan dalam bingkai: praktis dan digital. "Dalam bidikan ini," kata Franklin, "ada sebuah rig air kecil yang dibangun, dipasang pada sepeda quad. Artinya, kita bisa naik "menembus" air dan mendapatkan percikan dan percikan interaktif yang indah. Juga di ATV kami memiliki lift khusus dengan lengan robot di mana kami dapat mengangkut ganda Anne Hathaway. Artinya, seluruh konstruksi ini pergi dan "memotong" air, dan kami hanya perlu menghapusnya dari gambar dan menggantinya dengan versi digital dari robot. "Double Negative mencoba membatasi jumlah momen dengan robot digital melakukan hal-hal yang tidak biasa. Saat-saat seperti itu mengalir melalui air, mendaratkan robot di kapal, berlari di sepanjang gletser dan beberapa saat tanpa gravitasi. “Apa yang kami perhatikan sejak lama adalah bahwa Anda dapat membuat momen digital hanya berfungsi jika Anda menggabungkannya dengan momen nyata,” kata Franklin, “misalnya, dalam bingkai di mana robot masuk ke kapal, di bagian paling akhir segmen kita sudah melihat versi robot yang sebenarnya, bukan digital. Artinya, adegan berakhir dengan bingkai dengan kenyataan, dan ini membantu merasakan adegan itu sebagai benar-benar nyata. ”Di dalam tesseract
Dalam film tersebut, seseorang "mereka" berubah menjadi "kita," hanya cukup maju untuk membantu Cooper menghubungi putrinya, yang ada di Bumi bertahun-tahun sebelumnya. Karena perjalanan waktu tidak mungkin dilakukan di alam semesta hukum kuantum dan relativistik, sejarah menyelesaikan masalah ini sehingga Cooper meninggalkan ruang tiga dimensi kita dan memasuki hyperspace tingkat tinggi. Jika alam semesta kita ditampilkan sebagai disk atau membran 2D, maka hyperspace akan menjadi kotak yang mengelilingi membran ini dalam tiga dimensi. Cara untuk memahami ini adalah bahwa setiap dimensi membutuhkan 1 dimensi lebih sedikit untuk ditampilkan. Dengan demikian, ruang tiga dimensi digambarkan sebagai disk 2D, dan lingkungan tiga dimensi di sekitar disk ini (fisikawan menyebutnya brane) adalah satu dimensi lebih tinggi daripada membran.
Gambar oleh Kip Thorne menjelaskan apa itu bran dan membran.Dalam film itu, karakter Michael Kane, Profesor Brand, sedang mencoba mengungkap anomali gravitasi. Di papan di film, upaya untuk memecahkan masalah dalam 4 dan 5 dimensi terlihat jelas. Film ini mengatakan bahwa jika Brand dapat memahami anomali ini, mereka dapat digunakan untuk mengubah gravitasi di Bumi dan mengangkat struktur besar yang menyelamatkan umat manusia ke ruang angkasa.Sementara transisi dari ruang tiga dimensi ke empat dimensi tidak menyelesaikan masalah perjalanan waktu, dalam film ini memungkinkan Cooper mengirim gelombang gravitasi kembali ke masa lalu. Dia dapat melihat kapan saja, tetapi hanya dapat menyebabkan riak dalam jangka waktu ini - riak gravitasi yang sedang berusaha dipahami oleh putri Cooper, Murphy.Pekerjaan tim Negatif Ganda adalah untuk secara visual menunjukkan tesseract empat dimensi yang disediakan masa depan "kita" untuk Cooper sehingga ia dapat menyebabkan gelombang gravitasi. Ini akan mudah dilakukan jika dilakukan dalam arti simbolis atau dalam bentuk mimpi, tetapi tim Double Negative memutuskan untuk memvisualisasikan tesseract empat dimensi dalam bentuk yang lebih ekspresif, menciptakan konsep yang, tentu saja, menjadi hipotesis, tetapi bahkan dapat digunakan untuk pelatihan . Pada saat itulah Thorne muncul kembali.
Rumus Kip Thorne menjelaskan gravitasi dalam empat dan lima dimensi. Harap dicatat bahwa di sini "bran" kami diapit di antara dua realitas alternatif atau bekatul lainnya.Untuk memahami solusi Double Negative, ada baiknya memahami sifat dimensi urutan yang lebih tinggi. Jika sebuah benda sedang beristirahat, katakanlah, sebuah bola - untuk ruang dua dimensi - ini adalah sebuah lingkaran; untuk satu dimensi - garis. Jika Anda melihat lingkaran ini dalam ruang tiga dimensi, maka kita akan melihat bola (bola). Tapi apa yang akan terjadi padanya jika kita pergi ke ruang empat dimensi? Salah satu teori yang menjadi dasar pemikiran kita sehari-hari adalah menghadirkan ruang keempat sebagai waktu. Kemudian ternyata bola yang sama, tetapi tidak beristirahat, tetapi melompat, dan dalam waktu yang sangat kecil terlihat sebagai bola yang sama. Namun sepanjang perjalanan ia menciptakan sosok dalam bentuk tabung dengan tepi hemisferis. Yaitu, dalam ruang empat dimensi, bola adalah pipa, dan bola adalah proyeksi tiga dimensi dari sosok empat dimensi ini.Jika sebuah kubus dalam ruang tiga dimensi berubah bentuk dari waktu ke waktu, misalnya, tumbuh, maka itu akan digambarkan dalam ruang empat dimensi sebagai kotak, yang akhirnya tumbuh menjadi kotak besar, menampilkan semua keadaan kotak tiga dimensi sepanjang seluruh keberadaannya. Ini dapat dianimasikan dan diubah bentuknya seperti yang ditunjukkan dalam video ini:Menurut logika film, jika Anda masuk ke dalam tesseract ini, Anda dapat melihat ruang tiga dimensi kapan saja keberadaannya, misalnya, dalam bentuk garis yang kembali ke masa lalu dan masa depan. Selain itu, jika Anda mempertimbangkan asumsi bahwa ada sejumlah realitas paralel yang tak terhingga, Anda akan melihat semua garis dari semua realitas paralel yang mungkin yang menuju ke arah yang tak terhingga jumlahnya. Inilah solusi konseptual untuk ruang empat dimensi yang digunakan studio. "Utas" waktu yang dilihat Cooper terlihat seperti string, dan menyentuhnya, ia dapat menyebabkan getaran gravitasi, sehingga berkomunikasi dengan putrinya. Ini benar-benar karya visualisasi ilmiah artistik yang brilian!Tapi bagaimana cara menembaknya?
Instalasi Nolan yang saat membuat video, aktor harus berinteraksi dengan lingkungan juga meluas ke tesseract. Setelah jatuh ke dalam lubang hitam, Cooper menemukan dirinya dalam ruang empat dimensi di mana ia dapat melihat benda dan "utas" waktu mereka. "Chris mengatakan bahwa walaupun ini adalah konsep yang sangat abstrak, dia ingin sekali membangun sesuatu yang bisa kita tembak dalam kenyataan," kata Franklin. "Dia ingin melihat Matthew berinteraksi secara fisik dengan" utas " waktu di ruang nyata, tidak menggantung di depan layar hijau. "Ini mendorong Franklin untuk mempertimbangkan bagaimana menerapkan visualisasi tesseract. "Saya menghabiskan banyak waktu memeras otak saya tentang bagaimana mewujudkan semua ini di ruang nyata," katanya. "Bagaimana menunjukkan semua" benang "sementara dari semua benda di satu ruangan, dan membuatnya jelas dalam arti fisik. Lagi pula, bahayanya adalah bahwa ruang akan berubah menjadi sangat berantakan dengan "utas" sehingga Anda harus mencari cara untuk menyoroti momen yang diperlukan di antara mereka. Plus, sangat penting bahwa Cooper tidak hanya melihat "utas" waktu, tetapi juga melihat reaksi mereka terhadap interaksi, dan pada saat yang sama ia dapat berinteraksi dengan benda-benda di kamar putrinya. "
Penampilan akhir dari "struktur kisi terbuka" terinspirasi oleh konsep tesseract. “Tesseract adalah proyeksi tiga dimensi dari hypercube empat dimensi. Ini memiliki struktur seperti kisi yang indah, jadi kami kira-kira mengerti apa yang akan kami lakukan. Untuk waktu yang lama saya menganggap menyapu dari foto-foto celah-celah dan bagaimana teknik ini memungkinkan Anda untuk menampilkan titik yang sama di ruang setiap saat. Fotografi sendiri mengubah waktu menjadi satu dimensi gambar akhir. Kombinasi teknik pemotretan ini dan struktur kisi tesseract memungkinkan kami untuk membuat "untaian" tiga dimensi ini, seolah mengalir dari objek. Kamar adalah foto, momen yang dibangun dalam struktur kisi "utas" waktu, di antaranya Cooper dapat mencari yang tepat dengan menggerakkannya bolak-balik. "“Kami selesai membangun satu bagian dari model fisik ini dengan empat bagian berulang,” kata Franklin, “Kemudian di komputer kami mengalikan bagian-bagian ini hingga tak terbatas sedemikian rupa sehingga ke mana pun Anda melihat, mereka pergi ke keabadian. Juga, selama pemotretan, kami menggunakan banyak proyeksi nyata. Kami menempatkan "utas" waktu aktif di bagian nyata, menggunakan proyektor. Ini memberi kami perasaan gemetar dan energi demam - semua informasi mengalir di sepanjang "utas" ini dari bagian ke bagian dan sebaliknya. Tapi, tentu saja, setiap gambar dari versi final film, antara lain, mengandung sejumlah efek digital yang dibangun ke dalam adegan. ”
Tetapi beberapa titik memaksa Double Negative untuk sepenuhnya beralih ke efek visual digital - momen seperti itu, misalnya, adalah pergerakan Cooper melalui terowongan tesseract. "Kami tidak memiliki bagian tesseract yang cukup untuk menembak gerakan ini, jadi kami menembak Matius di antara layar proyeksi di mana versi pra-bersih dari visualisasi adegan ini ditampilkan di sekelilingnya - jadi dia punya sesuatu untuk berinteraksi," kata Franklin, " Para aktor sangat menyukai semua ini, karena berbeda dengan produksi iklan atau film di layar hijau, mereka memiliki sesuatu untuk dilihat. Kemudian kami mengganti versi ini dengan versi final berkualitas tinggi, hanya dalam beberapa saat meninggalkan versi final, karena ternyata tidak fokus dan tidak terlihat. ”Franklin juga mencatat bahwa banyak efek digital, penghapusan salib dan sejumlah besar rotoscooping (roto, rotopaint) diperlukan untuk menyelesaikan adegan ini. Dalam implementasi efek yang seluruhnya dibuat menggunakan grafik komputer, ada juga kesulitan-kesulitan tertentu. Misalnya, di bagian di mana tesseract ditutup dan mulai runtuh. “Kami mengambil geometri komputer dari tesseract, dan meneruskannya melalui rotasi hypercube. Orang-orang bekerja tentang cara menerapkan transformasi rotasi hypercube dan menerapkannya langsung ke geometri tesseract yang kami buat. Itu adalah momen spesial bagi saya. Ketika saya melihat hasilnya, saya menyadari bahwa itu sempurna, persis apa yang saya inginkan. "Bagian sulit lainnya, menurut Franklin, adalah saat ketika Cooper berinteraksi dengan debu dan menggambar kode biner di lantai saat terjadi badai. "Kami harus bekerja dengan gerakan Matthew di situs dalam volume tesseract dan membuat mereka berinteraksi dengan sesuatu yang benar-benar membuat bentuk-bentuk ini muncul di lantai di ruangan di depannya."Terima kasih Saya harap Anda tertarik, dan kami akan bertemu dengan Anda lain kali tentang kisah yang coba dihindari oleh Christopher Nolan - kunci. Source: https://habr.com/ru/post/id391845/
All Articles