Компьютерная графика. Технология создания виртуальных персонажей

 

Если для создания инверсной кинематики обычно достаточно пары кликов мышкой, то для того, чтобы  сделать мышцу, придется программировать. Большинство солидных 3D-пакетов  включают в себя язык для написания  встроенных программ. Вот и в этом случае поведение мышцы зависит не только от расположения костей, но и от скорости их взаимного движения. Ведь при одном и том же положении локтевого сустава бицепс будет находиться в совершенно разных состояниях в зависимости от того, сгибается рука или разгибается. Многие физические процессы можно моделировать встроенными средствами программ для моделирования. И так "подвесив" в нужном месте деформирующее тело на специальные пружины и настроив необходимые динамические параметры, мы получим желаемый результат. Существенно повысить реалистичность можно, если применить аналогичный метод ко всем крупным мышцам существа.

 

Теперь тело персонажа  практически готово. Но лицо, ну или  морда, что у него там есть, остается неподвижным. А если в фильме будут  крупные планы? Для создания мимики существует несколько принципиально разных подходов. Естественный - для мимики используется имитация лицевых мышц. Они, как ни удивительно, делаются из тех же костей, что и скелет, но работают, как настоящие мышцы, - изменяя длину, двигают ткани лица. Этот метод дает практически полную свободу в создании различных выражений лица, но достаточно сложен в управлении, ведь лицевых мышц может быть очень много.

 

Более простой в управлении метод основан на плавной модификации  трехмерных объектов. Сначала лицо персонажа дублируется в нескольких экземплярах, обычно не более пяти. Каждый из дублей модифицируется таким образом, что выражает крайнюю степень той или иной эмоции: радости, гнева, страха. После чего специальный инструмент позволяет "смешивать" в разных пропорциях эти лица. Теперь при помощи пяти ползунков можно управлять мимикой персонажа. Более того, таким же образом можно создать и эффект плавной трансформации, всего лишь сделав пару из новых лиц, сильно не похожих друг на друга.

 

Когда все предварительные  работы завершены, в дело вступают аниматоры. Именно эти люди научат наше существо двигаться на экране. Самый простой  метод анимации компьютерных персонажей называется методом ключевых кадров (Key Frames). Состояние героя точно задается на некотором наборе кадров, эти кадры не обязаны идти в фильме последовательно, например поза существа может быть задана на первом десятом и пятидесятом кадрах. После чего для всех промежуточных (не ключевых) кадров автоматически вычисляется положение всех частей героя. Этот способ достаточно прост в реализации, но слишком трудоемок для создания движений сложной конфигурации и требует большого умения аниматора для получения реалистичности поведения персонажа. Более того, не все позы персонажа в реальности бывают возможными. Зритель вряд ли поверит в существо с явно смещенным центром тяжести. Например, при анимации хвоста бегущего динозавра надо следить за тем, чтобы хвост, как и его прототип, балансировал в воздухе, помогая своему хозяину не упасть. В таких случаях зачастую применяется процедурная анимация, здесь для управления персонажем или его частью пишется специальная программа, которая может расположить одни части тела персонажа оптимальным образом исходя из других и существа в целом. Но и такой подход не всегда дает приемлемый результат.

 

Для того чтобы перенести  движения с человека на цифрового  персонажа, существуют системы захвата  движения (Motion Capture), позволяющие анимировать  в реальном времени. К тому же технологии Motion Capture годятся для копирования движений не только человека, но и животных.

 

Если механического  актера, как и живого, можно снять  обычной камерой, то для их компьютерных коллег применяются специальные  программы рендеринга, позволяющие  создавать реалистичное изображение на основе 3D-сцен. Для наиболее сложных сцен обычно используют так называемые рейтрейсеры (Raytracer). Принцип действия этих программ довольно прост. Из оптического центра камеры через каждый пиксел на экране пускается луч. Он может отражаться, преломляться и затухать в зависимости от того, какие объекты встречаются у него на пути, и в конце концов приносит информацию о цвете того пиксела, через который прошел в самом начале своего пути. Понятно, что такой способ визуализации требует немалых вычислительных мощностей, особенно если учесть огромные разрешения кинематографических форматов. Теперь осталось только совместить результаты рендеринга с отснятым материалом, если, конечно, фильм не полностью цифровой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Применение компьютерной графики в кинематографе растет с каждым годом. Новые технологии незамедлительно пробуются в процессе производства фильмов. Компьютерная графика расширяет возможности кинематографа, позволяя людям видеть то, чего нет в повседневной жизни, а так же значительно облегчает работу по воплощению самых безумных идей, а иногда даже позволяет сэкономить средства. Спектр представленных на рынке технологий настолько велик, что позволяет выбрать необходимое для каждой конкретной картины.

 

За короткое время спецэффекты  эволюционировали из простейших макетов в сложнейшие компьютерные 3D модели и стали неотъемлемой частью современного кинопроцесса. К тому же сегодня их развитие и применение на практики напрямую связанно с будущим коммерческим успехом фильма.