Захват движения: как это делают

А теперь мы напишем нечто, противоречащее озвученному выше постулату: идея захвата движения уходит корнями к началу кинематографа.

В анимации практика захватывать движения человека и переносить их на другого персонажа существует довольно давно. Еще в 1915 году Макс Фляйшер изобрел ротоскоп, который помогал ему перерисовывать движения отснятых персонажей и делать из них рисованный мультик. Аппарат проецировал отснятые кадры на стеклянный экран покадрово, позволяя художнику перерисовывать каждый кадр.

В 1938 году Уолт Дисней использовал эту технологию, чтобы создать «Белоснежку и семь гномов».  Актрису одели в платье, похожее на то, что носила Белоснежка, и снимали ее в движении. Потом перерисовывали, превращая в анимационную героиню. Именно поэтому движения героев в этом мультике такие мягкие и необычно реалистичные.

В 1978 году точно так же нарисовал свой мультик «Властелин колец» Ральф Бакши. С помощью ротоскопирования создали и фильм «Помутнение» 2006 года, но здесь это был скорее творческий выбор: в это время уже существовали и другие методы захвата движения.

Что такое захват движения или motion capture

Это технология, позволяющая записывать не изображение, а только движения человека (или любого другого объекта) с помощью специальных отражающих маркеров и системы инфракрасных излучателей / камер, которые считывают отраженное излучение и передают эти данные в компьютер.

Это довольно сложная система. Для работы нужно закрытое помещение, в котором по периметру (включая потолок) устанавливают облако камер-излучателей. Чем больше камер, тем точнее будут данные на выходе, потому что маркеры могут перекрывать части тела человека или другие актеры в сцене. Артист надевает серый костюм (цвет на самом деле не имеет значения, просто одежда не должна отражать инфракрасные лучи) со специальными отражающими  маркерами. Они цепляются к значимым для считывания движения точкам на теле: локти, колени, плечи, лоб, с обратной стороны запястья, бедра и т. д. То есть на те точки, которые при движении будут иметь самую широкую амплитуду, а при их соединении можно получить примитивный «скелет» человека.

Перед началом работы облако камер калибруют так, чтобы они «узнавали» каждый маркер. То есть все камеры будут считывать определенный маркер как один объект.  Внутри компьютера выстраивается виртуальное пространство, идентичное реальному, отмечается расположение каждой камеры. Таким образом поступающая с камер информация будет показывать перемещение маркера в трехмерном виртуальном пространстве. Камеры одновременно испускают инфракрасные лучи и получают блик с маркеров.

После обработки данных и чистки погрешностей (чаще всего — с помощью специальных программ, но иногда и вручную операторами) эти данные становятся «движителями» виртуальных объектов. Так виртуальные точки-маркеры «приклеивают» к компьютерному персонажу на те же места. И далее все движения маркеров теперь переносятся на движения виртуальных объектов.

Примеры использования

В кино впервые эту технологию применили на фильме «Парк Юрского периода», когда создали специальный джойстик под названием Digital Input Device (DID — цифровое устройство ввода). Аниматоры шутливо называли его Dinosaur Input Device (устройство ввода динозавров). Дело в том, что на этом фильме кинематографисты столкнулись с большой проблемой: аниматоры не умели работать с компьютером, а программисты не умели анимировать. Нужно было в короткие сроки придумывать нечто, что помогло бы аниматорам покадровой анимации управлять виртуальным существом. Так придумали джойстик, по форме напоминавший скелет динозавра. Все значимые для анимации существа точки были маркерами, которые и становились «движителями» скелета виртуальных зверей. Правда, тогда это делалось не визуальными средствами, а через провода. Это устройство очень быстро кануло в Лету, потому что появились устройства визуального ввода этих данных в компьютер.

Уже на «Титанике» (1997) Джеймс Кэмерон использовал визуальные маркеры для создания цифровой массовки на корабле. И с тех пор массовку часто создают таким образом. Даже на «Сталинграде» Федора Бондарчука горящая массовка сделана с помощью мокапа. На самом деле и на фильме «Терминатор 2: Судный день» художники-аниматоры ILM пытались переносить движения Роберта Патрика на жидкого терминатора Т-1000, правда, вручную, с помощью нарисованной на актере сетки.

На ранних этапах развития этой технологии компания House of Moves предоставляла услуги мокапа для кино. Они работали на «Титанике», «Полярном экспрессе», «Доме-монстре», а также проводили захват мимики лица на первых двух фильмах серии «Человек-паук».

В 1999 году вышел фильм «Звездные войны. Эпизод I: Призрачная угроза», где зрители впервые увидели одного из главных героев, который был создан с помощью захвата движения. Во всяком случае, его походка. Захватывать мимику человека технология еще не позволяла.

Техническое исполнение

Обычно захват движения происходит в помещениях или специально отстроенных декорациях, где нет солнечных лучей,  что важно, поскольку данные получают с помощью инфракрасных датчиков. Но на фильме «Планета обезьян: Революция» эта технология претерпела изменения. При съемке днем на локации основанная на инфракрасных лучах система дает сбой — солнце «забивает» эти лучи. Систему пришлось модифицировать. Маркеры стали активными, теперь они испускали радиосигналы, которые были намного надежнее. Камеры же стали беспроводными и были спрятаны на деревьях, а кинематографисты производили съемку на обычную камеру одновременно с записью захвата движения.

Сегодня дешевые телевизионные мультики делают с помощью мокапа — это намного быстрее, чем ручная анимация. Причем с помощью пальцев рук актеры обеспечивают персонажей даже артикуляцией — совсем не обязательно для этого делать сложный лицевой риг.

Часто данные захвата движения — это только основа дальнейшей работы для аниматоров. Именно поэтому Энди Серкис никогда не получит «Оскар» за актерскую игру для компьютерных персонажей, как бы этого ему ни хотелось и как бы его режиссеры ни агитировали за включение актеров мокапа в эту наградную категорию.

Полученные после захвата движения данные сначала чистят от погрешностей с помощью программ-фильтров, а потом обрабатывают вручную, доводя актерскую игру до ума там, где датчики могли не дотянуть или считаться неправильно. Также движения могут быть сглажены во время прогонки через фильтр. В общем, нюансов слишком много. И как бы Серкису ни хотелось верить, что единственным источником движения его персонажей является только и исключительно его актерская игра, это не так. Кроме того, именно аниматор решает, куда «приклеить» точку-маркер, например, на губах персонажа, если анатомия персонажа и человека разительно отличаются друг от друга.

Кстати, мимику Голлума поначалу тоже захватывали вручную. На видео ниже можно видеть, что никаких маркеров на лице Серкиса при первом его появлении в роли Голлума нет.

Вот, например, работа Бенедикта Камбербэтча на фильме «Хоббит: Пустошь Смауга». Понятно, что анатомии человека и дракона различаются разительно. Человек не может отыграть движение, например, хвоста, поскольку ему нечем это делать. Не говоря уже о том, что и строение лап и гибкость тел у двух существ разные. Естественно, аниматорам придется вмешиваться в работу актера. И как бы Бенедикт Камбербэтч ни был похож на ящерицу внешне, его лицо все равно не драконье, и где будут стоять заведующие артикуляцией маркеры на морде персонажа — решать будут аниматоры.

Но постепенно технология захвата мимики тоже начала развиваться. Роберт Земекис потратил на нее почти десять лет, сняв за это время три фильма: «Полярный экспресс» (2004), «Беовульф» (2007) и «Рождественская история» (2009). Прогресс заметный, но избавиться от эффекта «мертвых глаз» ему до конца так и не удалось. Вышедший одновременно с «Рождественской историей» «Аватар» Джеймса Кэмерона показал другой уровень владения технологией, и, видимо, закрыл эту тему для Земекиса. Но это уже немного другая история. Мы расскажем ее в следующий раз.