Цифровой лес: создание растительности для кино

Компании, создающие визуальные эффекты для блокбастеров, часто создают огонь, воду и разрушают объекты на экране. Здесь на помощь приходят симуляции. Но что делать с листвой? Создание растительности — весьма распространенная задача, которую тоже приходится решать программными методами. Разные студии подходят к вопросу по-своему
 

«ЛЕГО Ниндзяго Фильм»

Студия Animal Logic отвечала за создание джунглей в фильме «ЛЕГО Ниндзяго». Эта картина отличалась от остальной франшизы фотореалистичностью среды, в которой находились персонажи: пляж, вода и джунгли. Для подобной работы — распределения клонированных объектов — программисты Animal Logic написали специальный инструмент процедурного распределения точек под названием Spawn. Он отвечает за разбрасывание камней и песка, а также за деревья и другие растения. Но для деревьев, которые должны появляться на крупных планах, в Animal Logic написали отдельную программу — Spruce.
 

Трейлер фильма «ЛЕГО Ниндзяго Фильм» (2017)

«Мы используем программу для построения стволов как элементов библиотеки, — рассказывает супервайзер разработок студии Жан Паскаль ЛеБланк. — Мы строим стволы и ветви для деревьев разного типа, собирая их из составных частей: веточек и листочков соответствующего типа. Их текстурируют индивидуально для помещения в каталог небольших ассетов. Все объекты разложены по типам. Создав таким образом библиотеку элементов, мы включаем в нее все, что нужно: цветы или яблоки, например. После чего Spruce загружает выбранные элементы, анализирует их и потом создает из этого дерево».

Лес в мультфильме «ЛЕГО Ниндзяго Фильм» (2017) / Фото: Warner Bros. 

Рост CG-деревьев и растений в Spruce начинается с семечка, растущего по всем законам ботаники, включая эффект гравитации и освещения. И хотя все изменения в растениях происходят случайным образом, у VFX-художников есть контроль над иерархией стволов и листьев, а также — их вращением. Для создания крошечных деревьев бонсай в программе был инструмент, позволявший управлять формой растений, поскольку их художественно стригут и в реальной жизни.

Цифровой бонсай в мультфильме «ЛЕГО Ниндзяго Фильм» (2017) Фото: Animal Logic

Spruce также поддерживает в растениях жизнь, что выражается в едва заметном движении листвы. «Кроме того, инструмент внутри системы не позволяет листьям пересекаться друг с другом, — добавляет ЛеБланк. — Когда художник заканчивает растить дерево, он может получить множество его вариантов. После чего мы применяем Spawn, и он распределяет разные версии дерева по большой площади».
 

«Конг: Остров черепа»

Создание графики в фильме «Конг: Остров черепа» (2017) 

Действие фильма «Конг: Остров черепа» разворачивается на вымышленном острове. Съемку вели в нескольких локациях по всему миру. Растительность этого места разнообразна: от пальмового леса до степи с кустарниками, включая бамбуковый лес, горы, покрытые лиственными деревьями и равнину с лишайниками. Чтобы сделать мир в кадре цельным, команда ILM построила разные наборы CG-деревьев и растений. Работа начинается в программе SpeedTree , разработанной Interactive Data Visualization Inc. Это один из стандартных инструментов для моделирования цифровой флоры.
 

Трейлер фильма «Конг: Остров черепа» (2017) 

«Чаще всего мы начинаем с базовой библиотеки SpeedTree, а потом вносим в нее нужные изменения, — рассказывает старший генералист ILM Воч Леви. — Как только результат утвержден, мы для разнообразия внешнего вида строим несколько вариантов утвержденного объекта. SpeedTree экспортирует модели в формат XML, включающий геометрию, материал и риги. Так мы получаем индивидуальный инструмент, который импортируется в нашу внутреннюю систему управления ассетами. После чего мы получаем готовый объект, который осталось только отрендерить. Мы также пользуемся инструментами анимации SpeedTree для создания ветра на группе деревьев и растений. Такие готовые анимированные деревья экспортируются как файлы Alembic и тоже включаются в нашу систему управления ассетами».

Библиотека ассетов ILM / Фото: ILM

Изначально было создано 240 деревьев и растений, после чего их количество сократили до 150. После чего цифровая мастерская ILM сделала из отдельных объектов SpeedTree главные — предназначенные для крупных планов. С этой целью модели дополнительно текстурировали, добавив в текстуры мелких подробностей. После чего в ILM применили инструмент Clarisse, выпущенный Isotropix, чтобы распределить объекты по большой площади, включая и траву.

«Обычно деревья — довольно „тяжелые“ объекты с точки зрения геометрии, — поясняет Леви. — Многие наши деревья и кусты содержат более 10 миллионов треугольников на объект. Мы быстро поняли, что у Clarisse нет проблем с такими объектами. Более того, у нее нет проблем с загрузкой всей библиотеки сразу. Поэтому мы построили каталог из 150 растений и позволили художникам по локациям выбирать и вкладывать объекты в сцену».

Кадр из фильма «Конг: Остров черепа» (2017) / Фото: Warner Bros. 

В сценах, когда Конг взаимодействует с растениями, художники ILM создали всю растительность в Clarisse, потом команда аниматоров симулировала реакцию зелени на зверя в инструменте Zeno. Затем данные шли обратно художникам по локациям, чтобы те отрендерили все это в Clarisse.

Для фильма также создали инструмент The Tree Maker прямо в NUKE, чтобы растительность была разнообразней.
 

«Планета обезьян: Война»

У студии WETA Digital огромный опыт создания цифровой флоры — для трилогии «Хоббит» им пришлось создать собственный инструмент Lamberjacks для создания и редактуры CG-деревьев.

Во время работы над картиной «Планета обезьян: Война» инструмент развивался дальше. На этот раз к нему приписали еще один раздел — Totara, это название новозеландского дерева. В Lamberjacks был внутренний процедурный модуль Greenhouse, инструмент, основанный на процессе конкуренции растений за ресурсы и позволяющий пользователю выращивать единичные деревья.
 

О создании растительности в фильме  «Планета обезьян: Война» (2017) 

«Но Totara позволила расширить процесс на несколько деревьев сразу, — объясняет глава отдела по ассетам Марко Ривелант. — Это позволяет имитировать взаимодействие, возникающее в реальном лесу. Totara ушла от идеи пространственной конкуренции и вместо этого уделила внимание конкуренции за свет, которая влияет на количество листьев на деревьях и определяет, сколько света достигает той или иной части дерева, а также — окружавших его растений».

Команда WETA Digital исследовала различные примеры деревьев и разные аспекты их роста, вкладывая эту информацию в программный код, чтобы симулировать процесс естественного роста дерева в реальной среде. В идеальной среде, возникая в одиночестве, дерево сначала растет, а достигая зрелости — ветвится. Но как только условия изменяются, они сразу влияют и на весь лес. «Например, если у дерева недостаточно ресурсов, оно умрет, — рассказывает Ривелант. — Но его ствол останется на этом месте. То же самое происходит, если растение умирает от недостатка света. Тогда ствол дерева оккупируют мхи. Это — естественная экосистема леса. И когда мы заканчиваем выращивать экосистему, мы замораживаем ее и начинаем модифицировать. Например, мы можем поменять местами какие-то деревья, или изменить композицию, чтобы добиться большей художественности. А также — добавить каких-то растений».

В финале фильма «Планета обезьян: Война» в горах сходит лавина, которая взаимодействует с растущим на склонах горы лесом.
 

Финальная сцена фильма «Планета обезьян: Война» (2017)

«Totara позволила вырастить естественный лес, — говорит VFX супервайзер фильма Дэн Леммон. — Деревья росли правильно, не пересекаясь друг с другом, их листва создавала области глубокой тени, которая влияла на рост других растений. Это и обеспечивало реализм всей сцены. Мы также симулировали сход лавины, и она взаимодействовала со стволами, которые сгибались под весом снега. Так что, наш лес не просто выглядел правильно в статичном положении, он также отзывался на симуляцию среды: упавшего на листья снега и позже — лавины».
 

«Kingsman: Золотое кольцо»

Компания Sony Pictures Imageworks отвечала за создание среды в картине «Kingsman: Золотое кольцо». У этой студии также богатый опыт создания растений для кино, в том числе — вручную в Maya. Художники также распределяли растительность в Houdini, чтобы создать облака точек, собранных в Katana с использованием ее инструмента Instance to Points. Для работы над проектом «Kingsman: Золотое кольцо» студии понадобился новый, более дружелюбный к пользователю инструмент. Его назвали Sprout.
 

Трейлер фильма «Kingsman: Золотое кольцо» (2017) 

Программа позволяет загрузить геометрию, по которой предстоит «нарисовать» группы деревьев и другой растительности. Геометрия может включать строения и даже персонажей. После чего художник создает кисть, как в Photoshop, и «рисует» ею массивы растительности прямо по поверхности геометрии. Там, где кисть касается поверхности, вырастают варианты выбранной растительности (листья, камни и даже кораллы).

Кадр из фильма «Kingsman: Золотое кольцо» (2017) / Фото: 20th Century Fox 

«Когда художник готов отрендерить свое творение, он просто экспортирует облако точек в Katana и рендерит его, — объясняет старший инженер программного обеспечения студии Даниэла Хесенбринг. — Мы внедрили очень элегантный пайплайн для Sprout, позволяющий массово превращать облака точек в шоты. Теперь время, требуемое на превращение примерно десятка рисунков в Sprout в готовые шоты, занимает на нашей ферме меньше минуты. Один художник может легко создать секвенцию из 300 шотов в одиночку, не обращаясь к техдиректору».

Процесс работы в Sprout / Фото: Sony Pictures Imageworks

«Это очень творческая ручная работа, — говорит ведущий отдела среды Джереми Хои. — Вы просто рисуете варианты объектов там, где вам нужно, и можете вносить изменения как в отдельные объекты, так и в их группы. У вас полный контроль над созданием локации. Наши художники в восторге, впрочем, как и супервайзеры и клиенты».

В фильме «Kingsman: Золотое кольцо» Sprout использовали для создания скрытого в джунглях мини-городка главного злодея фильма.

Кадр из фильма «Kingsman: Золотое кольцо» (2017) / Фото: 20th Century Fox 

«Поскольку тогда Sprout был еще в процессе создания, мы разделили работу на две части, — рассказывает Хои. — Общий вид вулканического пейзажа, над которым мы пролетаем в начале фильма был создан с Houdini по нашей старой системе. Но все, что вы видите внутри вулканического кратера, было создано в Sprout. Работа напоминала укладку рельсов впереди поезда: мы разрабатывали Sprout, основываясь на фидбэке наших художников, работающих на „Kingsman: Золотое кольцо“, так что апдейты программы иногда вносились по нескольку раз за день».

Как видите, в CG даже для одной задачи есть несколько вариантов решений.
 

Обложка: кадр из фильма «Kingsman: Золотое кольцо» (2017) / 20th Century Fox