Interestelar: dentro de um buraco negro e de um tesserato
Meu nome é Andrey Kolokoltsev. Por tipo de atividade, há muito me interesso por histórias sobre como diretores, produtores e estúdios eminentes lidam com a criação de certas imagens visuais. Na minha primeira publicação, escolhi um filme, que se tornou uma revelação audiovisual e uma verdadeira atração emocional (ao assistir a um filme na tela do IMAX, em casa, 2/3 das minhas impressões são perdidas na TV). Você não pula de surpresa, pois o título já leu tudo - este é o filme "Interestelar" de Christopher Nolan. Apesar de o interesse por ele ter desaparecido há muito tempo, gostaria de chamar a atenção para uma tradução gratuita do artigo original de Mike Seymour “Interestelar: dentro da arte negra”de 18 de novembro de 2014. Este artigo fala sobre como a visualização de “Gargantua” e outras cenas do filme foi criada - acho que será interessante para os leitores, mesmo depois de 1,5 anos.
O diretor interestelar Christopher Nolan explica a Matthew McConaughey o básico da física quântica, a essência da cenaTrabalhadores do departamento de efeitos especiais e computação gráfica geralmente enfrentam a necessidade de criar uma visualização de algo que ninguém jamais viu. A isto se acrescenta o requisito da indústria cinematográfica moderna de fazer com que tudo pareça real, mesmo que, de fato, ninguém realmente saiba como será. No filme interestelar de Christopher Nolan, o supervisor de efeitos especiais Paul Franklin e a equipe Double Negative deveriam criar visualizações de coisas que não são da nossa dimensão, estando o mais próximo possível não apenas da física quântica e da mecânica relativística, mas também do nosso entendimento comum. gravidade quântica.Foi uma sorte que Oliver James, um membro sênior formado em Oxford em óptica e física atômica, e um profundo conhecimento das leis relativísticas de Einstein estivessem entre a equipe principal do Double Negative. Como Franklin, ele trabalhou com Kip Thorne, produtor-chefe e consultor de pesquisa. Thorne teve que calcular equações matemáticas complexas e enviá-las a James para tradução em renderizações de alta qualidade. Os requisitos para o filme definem a tarefa de James não apenas visualizar os cálculos que explicam as trajetórias do arco da luz, mas também visualizar as seções transversais dos raios de luz, alterando seu tamanho e forma durante a jornada através de um buraco negro.O código de James era apenas parte da solução geral. De mãos dadas, ele trabalhou com o líder da equipe de arte, o supervisor de efeitos de computação gráfica Eugene von Tanzelman, que adicionou um disco de acréscimo e também criou uma galáxia e uma nebulosa, distorcidas assim que a luz deles passa por um buraco negro. Não menos difícil foi a tarefa de demonstrar como alguém entra em um tesseract quadridimensional combinado com o espaço tridimensional do quarto de uma menininha - e tudo isso de tal maneira que o espectador entende o que está acontecendo na tela.Neste artigo, falaremos sobre algumas pessoas-chave criadas pela Double Negative, bem como sobre as pesquisas que as precedem. Observe que spoilers são possíveis em material futuro.Fabricação de buracos negros
Talvez uma das realizações mais significativas na consecução do objetivo nolanoviano de máximo realismo seja a imagem do buraco negro de Gargantua. Tendo recebido informações de Thorne, os cineastas fizeram o possível para mostrar o comportamento da luz em um buraco negro e buraco de minhoca. Para Negativo Duplo, essa tarefa exigiu a gravação de um renderizador físico completamente novo.Vista da câmera em uma órbita equatorial circular de um buraco negro girando com 0,999 da sua velocidade de rotação máxima possível. A câmera está localizada a uma distância de r = 6,03 GM / c ^ 2, onde M é a massa do buraco negro, G e c são a constante de Newton e a velocidade da luz, respectivamente. O horizonte de eventos do buraco negro está localizado a uma distância r = 1.045 GM / c ^ 2.“Kip me explicou as curvaturas relativísticas do espaço ao redor do buraco negro”, diz Paul Franklin, “a gravidade distorcida no tempo desvia a luz de si mesma, criando um fenômeno chamado lente Einstein, a lente gravitacional ao redor do buraco negro. E, naquele momento, eu estava pensando em como podemos criar essa imagem e existem exemplos com um efeito gráfico semelhante em que poderíamos confiar. ”“Eu olhei para as simulações mais básicas criadas pela comunidade científica”, acrescenta Franklin, “e pensei, ok, o movimento dessa coisa é tão complicado que precisamos criar nossa própria versão do zero. Kip começou a trabalhar em estreita colaboração com Oliver James, nosso principal pesquisador e seu departamento. Eles usaram os cálculos de Kip para obter todos os caminhos de luz e traçados de raios ao redor do buraco negro. Além disso, Oliver trabalhou em questões prementes, como dar vida a tudo isso com o nosso novo renderizador DnGR (Relatividade Geral Negativa Dupla). ”Para o novo renderizador, foi necessário definir todos os parâmetros mais importantes para o buraco negro digital. "Poderíamos definir a velocidade, massa e diâmetro", explica Franklin. "Em essência, esses são os únicos três parâmetros que você pode alterar em um buraco negro - ou seja, é tudo o que temos para medi-lo. Passamos muito tempo trabalhando em como calcular os caminhos dos feixes de luz ao redor de um buraco negro. Todo o trabalho foi intensivo - por seis meses os caras escreveram software. Tínhamos uma versão inicial do buraco negro, bem a tempo de o período de pré-produção do filme terminar. "0,999 ; 10 GM/c^2 r=2.60 GM/c^2, . - .Essas primeiras imagens foram usadas na forma de enormes pinturas para o fundo do navio - para que os atores tivessem algo para assistir durante as filmagens. Ou seja, não foi usada uma única tela verde, apenas mais tarde os funcionários da Double Negative substituíram as imagens antigas usadas pelas finais, corrigindo alguns aglomerados de estrelas. "A maioria das cenas se deve ao ombro do astronauta que você vê na versão de aluguel do filme", observa Franklin, "essa é uma cena real. "Tivemos muitos quadros que não foram incluídos na lista geral de quadros com efeitos visuais, embora tenha sido feito um tremendo trabalho para criá-los".Essas fotos "diretas" da câmera foram possíveis graças à colaboração de Double Negative e Hoyte Van Hoytem, MD. Para iluminar as imagens de fundo obtidas, foram utilizados holofotes, com um fluxo luminoso total de 40.000 lúmens por cena. ”A mesma simulação é apenas maior. Aqui, a estrutura da luz do céu estrelado passada através de uma lente gravitacional é claramente visível. À beira de um buraco negro, o horizonte se move para nós a uma velocidade próxima da velocidade da luz.“Precisávamos mudar e reconfigurar os holofotes com base nas tarefas da cena”, continua Franklin. “Em geral, pode levar uma semana inteira para configurar tudo corretamente, mas em alguns casos tudo precisa estar pronto em 15 minutos. Os caras trabalharam tanto, porque os holofotes são um enorme colosso desajeitado - cada um pesava cerca de 270 kg. Tínhamos duas gaiolas especialmente montadas em um guincho elétrico grande, com a capacidade de movê-la ao longo e através do pavilhão, respectivamente; Usando o walkie-talkie, expliquei aos caras com os holofotes como calibrá-los, conversando simultaneamente com a pessoa que gerenciava as empilhadeiras, correndo pelo local densamente lotado de pessoas. ”Fazendo ondas
No filme, Cooper (Matthew McConaughey), Amelia (Anne Hathaway), Doyle (Wes Bentley) e o robô AI da CASE visitam um planeta completamente coberto de água, cujas ondas devido à sua proximidade com Gargantua atingem tamanhos extraordinários. Os espectadores já viram ondas de trinta metros em outros filmes, mas, segundo a história, isso não foi suficiente - de acordo com o cenário, as ondas deveriam ter mais de um quilômetro de altura. Para dar ao espectador uma noção dessa altura, o Double Negative teve que repensar a abordagem padrão para criar água. “Quando você pega objetos dessa escala”, explica Franklin, “todas as características que você associa às ondas, como quebradores e cachos no topo, simplesmente desaparecem, à medida que se tornam invisíveis em relação a uma massa de água - ou seja, a onda se torna mais semelhante em uma montanha em movimento fora da água.É por isso que passamos muito tempo trabalhando na pré-visualização e ponderando como podemos usar essa escala de ondas e a pequena nave espacial Ranger levada por eles. O momento mais importante da cena é quando a onda pega o arqueiro e o eleva acima da superfície. E você vê como a nave se move ao longo da onda para cima, se torna menor e de repente se perde completamente nela. Foi um momento-chave para sentir a escala do que estava acontecendo. ”Foi um momento-chave para sentir a escala do que estava acontecendo. ”Foi um momento-chave para sentir a escala do que estava acontecendo. ”
Anne Hathaway como Amelia no planeta aquáticoartistas Double Negative controlavam as ondas através de uma animação dos deformadores, transformando-as efetivamente em cada quadro-chave. “Ele nos deu a forma de onda básica”, diz Franklin, “mas para tornar essa imagem real, precisamos adicionar espuma de superfície, respingos interativos, redemoinhos de água e respingos. Para fazer isso, usamos nosso desenvolvimento interno chamado Squirt Ocean. E é claro, depois disso, houve muito trabalho extra em Houdini. ”Os quadros foram criados em IMAX de alta resolução. Esse requisito limitou um pouco a quantidade de tempo alocado para todas as possíveis iterações negativas duplas. “Eu assisti a parte da animação em ondas, disse:“ excelente, vamos adicionar todo o resto ”, Franklin ri,“ e então tive que esperar cerca de um mês e meio para que tudo isso voltasse para mim novamente - um processo tão demorado foi devido especificamente à resolução do IMAX . Como você sabe, não podemos perder tempo em vão, porque geralmente todo o processo foi dividido em muitas iterações e, na época, tínhamos no máximo três. ”O robô KEYS que salvou Amelia do maremoto e seu dobro do TARS era na verdade bonecas de metal de 80 kg controladas pelo artista islandês Bill Irwin. Christopher Nolan queria que o filme tivesse o maior número possível de elementos reais e, em vez de, como tantos outros, desenhe, o Double Negative precisava remover o artista por trás do robô.Quando a KEYS se reconfigura para passar pela água e depois rola para Amelia, a pega e a tira, duas decisões são combinadas no quadro: prática e digital. “Nesta foto”, diz Franklin, “havia uma pequena plataforma aquática que foi construída, montada em uma moto-quatro. Ou seja, poderíamos "atravessar" a água e obter maravilhosos salpicos interativos e salpicos. Também no ATV, tínhamos um elevador especial com braços de robô, nos quais podíamos transportar o dobro de Anne Hathaway. Ou seja, toda essa construção foi e "cortou" a água, e só tivemos que removê-la da imagem e substituí-la por uma versão digital do robô ".O Double Negative tentou limitar o número de momentos com robôs digitais fazendo coisas incomuns. Esses momentos estavam correndo pela água, aterrissando o robô no navio, correndo ao longo da geleira e alguns momentos sem gravidade. “O que notamos há muito tempo é que você pode fazer com que os momentos digitais funcionem apenas se combiná-los com os reais”, diz Franklin, “por exemplo, nos quadros em que o robô entra no navio, no final do segmento. já vemos a versão real do robô, não digital. Ou seja, a cena termina com molduras com a realidade, e isso ajuda a sentir a cena como realmente real. ”Dentro do tesseract
No filme, alguém “eles” acaba sendo “nós”, avançado o suficiente para ajudar Cooper a entrar em contato com sua filha, que esteve na Terra anos antes. Como as viagens no tempo não são possíveis no universo das leis quânticas e relativísticas, a história resolve esse problema, de modo que Cooper deixa nosso espaço tridimensional e entra em um hiperespaço de ordem superior. Se nosso universo for exibido como um disco ou membrana 2D, o hiperespaço será a caixa que circunda essa membrana em três dimensões. A maneira de entender isso é que cada dimensão requer 1 dimensão a menos para ser exibida. Assim, o espaço tridimensional é desenhado como um disco 2D, e o ambiente tridimensional em torno desse disco (os físicos chamam de brana) é uma dimensão maior que a membrana.
Uma imagem de Kip Thorne explicando o que são uma brana e uma membrana.Nofilme, o personagem de Michael Kane, Professor Brand, está tentando resolver anomalias gravitacionais. Nas placas do filme, é claramente visível uma tentativa de resolver o problema nas dimensões 4 e 5. O filme diz que, se Brand consegue entender essas anomalias, elas podem ser usadas para mudar a gravidade da Terra e elevar a enorme estrutura que salva a humanidade no espaço.Embora a transição do espaço tridimensional para o quadridimensional não resolva o problema da viagem no tempo, no filme isso permite que Cooper envie ondas gravitacionais de volta no tempo. Ele pode ver a qualquer momento, mas só pode causar ondulações nesses períodos de tempo - a ondulação gravitacional que a filha de Cooper, Murphy, está tentando entender.O trabalho da equipe de Negativo Duplo foi demonstrar visualmente o tesserato quadridimensional que o futuro "nós" fornecemos a Cooper para que ele possa causar ondas gravitacionais. Isso seria facilmente viável se feito em sentido simbólico ou na forma de um sonho, mas a equipe do Negativo Duplo decidiu visualizar o tesseract quadridimensional de uma forma mais expressiva, criando um conceito que, é claro, seria uma hipótese, mas poderia até ser usado para treinamento . Foi nesse momento que Thorne reapareceu.
Fórmulas de Kip Thorne explicando a gravidade em quatro e cinco dimensões. Observe que aqui "nossa" brana é imprensada entre duas realidades alternativas ou outras branas.Para entender a solução de duplo negativo, vale a pena entender a natureza das dimensões de ordem superior. Se um objeto está descansando, digamos, uma bola - para o espaço bidimensional - este é um círculo; para unidimensional - uma linha. Se você olhar para este círculo no espaço tridimensional, veremos uma bola (esfera). Mas o que acontecerá com ele se formos para o espaço quadridimensional? Uma das teorias que serviu de base para o nosso pensamento diário era apresentar o quarto espaço como tempo. Acontece que a mesma bola, mas não descansando, mas pulando, e em um período infinitamente pequeno de tempo, é visível como a mesma bola. Mas ao longo da jornada ele cria uma figura na forma de um tubo com bordas hemisféricas. Ou seja, no espaço quadridimensional, a bola é um cano e a esfera é uma projeção tridimensional dessa figura quadridimensional.Se um cubo no espaço tridimensional muda de forma ao longo do tempo, por exemplo, cresce, ele será representado no espaço quadridimensional como uma caixa, que eventualmente se transforma em uma caixa grande, exibindo todos os estados da caixa tridimensional ao longo de toda a sua existência. Ele pode ser animado e mudar de forma, como mostrado neste vídeo:De acordo com a lógica do filme, se você entrar nesse tesserato, poderá ver o espaço tridimensional a qualquer momento de sua existência, por exemplo, na forma de linhas que remontam ao passado e ao futuro. Além disso, se você considerar a suposição de que existe um número infinito de realidades paralelas, verá todas as linhas de todas as realidades paralelas possíveis que entram em um número infinito de direções. Esta é precisamente a solução conceitual para o espaço quadridimensional com o qual o estúdio trabalhou. Os "fios" do tempo que Cooper vê parecem cordas e, tocando-os, ele pode causar vibrações gravitacionais, comunicando-se com a filha. Esta é realmente uma peça brilhante de visualização científica artística!Mas como atirar?
A instalação de Nolan de que, ao criar vídeos, os atores devem interagir com o ambiente também estendido ao tesseract. Depois de cair em um buraco negro, Cooper se encontra em um espaço quadridimensional no qual ele pode ver qualquer objeto e seu "fio" de tempo. “Chris disse que, embora esse seja um conceito muito abstrato, ele realmente gostaria de criar algo que pudéssemos filmar na realidade”, diz Franklin, “ele queria ver Matthew interagindo fisicamente com os“ tópicos ” tempo no espaço real, não oscilando na frente de uma tela verde. ”Isso levou Franklin a considerar como implementar a visualização do tesseract. “Passei muito tempo tentando entender tudo isso no espaço real”, diz ele, “como mostrar todos esses“ fios ”temporários de todos os objetos em uma sala e torná-lo compreensível no sentido físico. Afinal, o perigo era que o espaço se tornasse tão cheio de "fios" que você teria que descobrir como destacar os momentos necessários entre eles. Além disso, era extremamente importante que Cooper não apenas visse os "fios" do tempo, mas também visse a reação deles à interação e, ao mesmo tempo, ele pudesse interagir com objetos no quarto da filha ".
A aparência final da "estrutura de treliça aberta" foi inspirada precisamente pelo conceito do tesseract. “Tesseract é uma projeção tridimensional de um hipercubo quadridimensional. Ele tem uma bela estrutura em forma de treliça, então entendemos o que faríamos. Durante muito tempo, considerei varreduras de fotografias com escaneamento de fendas e como essa técnica permite exibir o mesmo ponto no espaço o tempo todo. A própria fotografia transforma o tempo em uma dimensão da imagem final. A combinação dessa técnica de tiro e a estrutura de treliça do tesserato nos permitiu criar esses "fios" tridimensionais de tempo, como se estivessem fluindo do objeto. Salas são fotografias, momentos construídos na estrutura de treliça dos “fios” do tempo, entre os quais Cooper pode procurar as corretas, movendo-as para frente e para trás ”.“Terminamos de construir uma seção desse modelo físico com quatro seções repetidas ao redor”, diz Franklin. “Então, no computador, multiplicamos essas seções para o infinito, de modo que, onde quer que você olhe, elas entrem na eternidade. Além disso, durante as filmagens, usamos muitas projeções reais. Colocamos "threads" ativos de tempo em seções reais, usando projetores. Isso nos deu uma sensação de energia trêmula e febril - todas as informações fluíram ao longo desses "tópicos" de seção em seção e vice-versa. Mas, é claro, cada imagem da versão final do filme, entre outras coisas, contém uma quantidade insana de efeitos digitais incorporados à cena. ”
Mas alguns pontos forçaram o Double Negative a mudar completamente para efeitos visuais digitais - um momento, por exemplo, foi o movimento de Cooper através dos túneis do tesseract. "Como não tínhamos seções suficientes do tesseract para capturar esse movimento, filmamos Matthew entre as telas de projeção nas quais uma versão pré-limpa da visualização dessa cena era exibida ao seu redor - então ele tinha algo com o que interagir", diz Franklin, " Os atores gostaram de tudo isso loucamente, porque, em contraste com a produção de comerciais ou filmes em uma tela verde, eles tinham algo para olhar. Mais tarde, substituímos esta versão por uma final de alta qualidade, apenas em alguns momentos deixando a final, pois ela simplesmente ficou fora de foco e não estava visível. ”Franklin também observa que foram necessários muitos efeitos digitais, remoção de cruzamentos e uma enorme quantidade de rotoscooping (roto, rotopaint) para concluir essas cenas. Na implementação de efeitos feitos inteiramente usando gráficos de computador, também houve algumas dificuldades. Por exemplo, na parte em que o tesseract fecha e começa a entrar em colapso. “Pegamos a geometria computacional do tesseract e a passamos pela rotação do hipercubo. Os caras trabalharam em como implementar a transformação da rotação do hipercubo e aplicá-la diretamente à geometria do tesseract que criamos. Foi um momento especial para mim. Quando vi os resultados, percebi que era perfeito, exatamente o que eu queria. ”Outra parte difícil, segundo Franklin, foi o momento em que Cooper interage com a poeira e desenha o código binário no chão durante uma tempestade. "Tivemos que trabalhar com os movimentos de Matthew no site em um volume tesseract e fazê-los interagir com algo que realmente fez essas formas aparecerem no chão da sala à sua frente".Obrigada Espero que você esteja interessado e nos encontraremos na próxima vez na história do que Christopher Nolan tentou evitar - digitando. Source: https://habr.com/ru/post/pt391845/
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