Efekty specjalne w filmie "Avatar"

Ze 162 minut składających się na cały film, 117 minut dających w sumie 1832 sekwencji - a jeśli uwzględnić zdjęcia odrzucone w procesie produkcji, liczba ta przekracza 2000 - było dziełem zespołu specjalistów od komputerowych efektów specjalnych firmy Weta Digital. Przed firmą postawiono zadanie stworzenia sekwencji filmowych zawierających aż 800 w pełni wygenerowanych cyfrowo postaci, poruszających się w wystylizowanych, sztucznych środowiskach.

Graficy pracowali nad obróbką 240 tysięcy ramek, z których każda zajmowała 12 megabajtów. Moc obliczeniowa wymagana do obróbki ujęć z filmu była większa niż przy jakikolmkolwiek projekcie realizowanym do tej pory przez Weta, dlatego firma zwróciła się o pomoc do NVIDIA - wynalazcy procesorów graficznych (GPU).

Recenzja filmu "Avatar"

Mająca swoją siedzibę w Wellington, w Nowej Zelandii, Weta Digital jest od dawna klientem firmy NVIDIA. Wykorzystuje w procesie produkcyjnym zarówno profesjonalne rozwiązania graficzne Quadro, jak i rozwiązania dla obliczeń o wysokiej wydajności Tesla. Płynne renderowanie skomplikowanych i masowych niektórych scen wymagało zaprzęgnięcia do pracy klastra 40 tysięcy procesorów, zaopatrzonych w 104 terabajty pamięci operacyjnej. Dzięki tym urządzeniom zostały stworzone rewolucyjne efekty specjalne.

Kamera

Mimo całego ogromu bytów wirtualnych, czyli istniejących tylko w środowisku cyfrowym, Cameron miał pełną kontrolę nad końcowym efektem "Avatara", co jest kluczowe w branży filmowej. Z pewnością skróciło to czas powstawania tego wysokobudżetowego obrazu i znacznie obniżyło koszty produkcji.

Technologią, znaną już z innych filmów i również tutaj wykorzystaną, była technologia motion capture. Sam Cameron nazwał ją nawet "emotion capture", zaznaczając, że jego system był w stanie uchwycić nie tylko fałdy skóry bohaterów, ale i ich emocje - najdrobniejsze grymasy na ich twarzach. Ci zaś grali w specjalnych kostiumach pokrytych czujnikami ruchu,który przekładany był przez program komputerowy w realistycznie zachowania poruszających się, zdigitalizowanych postaci.

Słynna już kamera, stworzona i obsługiwana przez samego Camerona, ochrzczona nieoficjalnie mianem "Kierownica" albo "Kamera Wirtualna", wyglądała jak kierownica z monitorem LCD. W rzeczywistości nie było w niej klasycznej kamery.

Odbierała dane dotyczące ruchu, co pozwalało Cameronowi w czasie rzeczywistym oglądać Pandorę, Na'vi i Avatary. Dzięki temu mógł podchodzić do całego procesu tak, jakby wszystko było kręcone na żywo, i na bieżąco wprowadzać poprawki.

"Tworzenie wszystkiego od razu w 3D miało duży wpływ na naszą metodologię pracy. Przez to, że 'Avatar' jest filmem trójwymiarowym, wszystkie płynne symulacje i wybuchy musiały być przełożone na liczby - od ognia i dymu po wodę. W tym filmie chyba nie wykorzystaliśmy żadnych praktycznych efektów, wszystko, co robiliśmy, było robione w 3D i renderowane. Wykorzystaliśmy efekty dynamiczne w stopniu dużo większym niż ktokolwiek do tej pory" - powiedział VFX supervisor, Eric Saindon, w wywiadzie dla oficjalnej strony stowarzyszenia cyfrowych artystów grafików CGSociety www.cgsociety.org .

Błękitna dżungla

Jak napisano w publikacji poświęconej produkcji filmowej "The Art Of Avatar " (Sztuka Avatara - przyp. tłum.), projektant Steve Messing odbył podróż do Chin, gdzie przygotował dokumentację w postaci zdjęć widoków górskich, które posłużyły za wzór do wygenerowania ruchomych krajobrazów górskich na księżycu Pandora.

Artystów z firmy Weta Digital można więc nazwać aniołami reżysera Jamesa Camerona. Wykonanie realistycznie wyglądającej dżungli, drzew i liści, trawy kołysanej przez wiatr czy egzotycznych roślin - stanowiło ogromne wyzwanie. Nie mniejszym było umieszczenie na tym tle postaci wyglądających jak prawdziwe, z których twarzy - o niebieskiej karnacji! - można odczytać emocje.

Pamiętając, że chodzi o planetę dużych rozmiarów, na której występują rzeki, wodospady i inne złożone zjawiska przyrodnicze, można sobie wyobrazić skalę technik cyfrowych wykorzystanych przy produkcji filmu.

Oszukać czas, czyli PantaRay i Massive

Aby sprostać takiemu wyzwaniu, NVIDIA i Weta opracowały wspólnie nowy silnik przedobliczeniowy, nazwany PantaRay, pozwalający włączyć obliczenia o wysokiej wydajności do potoku produkcyjnego firmy Weta.

Wydajny system raytracingu zaprojektowany został specjalnie tak, aby przyspieszać obliczenia zasłonięć w potoku renderującym Wety, pozwalając na szybkie ponowne obliczanie oświetlenia obiektów. NVIDIA przeportowała silnik PantaRay firmy Weta do wersji CUDA, działającej 25 razy szybciej dzięki wykorzystaniu serwera GPU Tesla S1070 zamiast tradycyjnych serwerów opartych na CPU.

Nadzorujący efekty specjalne Eric Saindon objaśnia, że tak świetne rezultaty artyści z Weta Digital mogli osiągnąć dopiero z pomocą owego silnika oraz systemu napisanego przez Jona Allitta, odpowiedzialnego za efekty stworzone z wykorzystaniem oprogramowania Massive.

To rozwiązanie pozwoliło zaobserwować, jak rośnie las w czasie rzeczywistym. Można było prześledzić kolejne etapy procesu - rozrastanie się ogromnych drzew, obumieranie mniejszych na skutek braku dostępu do słońca i zarastanie poszycia lasu w miejscach, do których docierały promienie.

"Wiele czasu zajęło rozwiązanie dwóch zagadnień: ustawienia interfejsu w programie Maya w taki sposób, aby dyrektorzy techniczni mogli na bieżąco oceniać efekty swojej pracy, a także skutecznego przetwarzania potoku renderingu" - wyznał Saindon, który przy filmie pracował trzy lata, zajmując się kolejno tworzeniem dżungli, światłem i renderowaniem ogromnych przestrzeni.

Oświetlenie

Dodatkowo zastosowana została technika oświetlenia globalnego. Odpowiedniej harmonizacji postaci i całej reszty z oświetleniem dokonywano dopiero po uprzednim obliczeniu wszystkich efektów świetlnych w danej scenie. Na koniec dyrektorzy techniczni swobodnie mogli operować światłem. Bez procesorów graficznych odpowiedniej mocy (Tesla) i technologii PhysX niemożliwe byłoby szybkie symulowanie eksplozji, które powstały jako symulacje cieczy. Wiele technik modelowania okazało się zbyt ograniczonych, dlatego na potrzeby filmu powstał specjalny L-System, który umożliwił kreację wielu rodzajów drzew, roślin i szczegółowego podłoża. W efekcie otrzymaliśmy ponad 2000 rodzajów roślin i drzew do udekorowania dżungli na Pandorze.

Avatary i owady

"Włożyliśmy wiele wysiłku w Avatary" - powiedział Williams. "Napotkaliśmy jednak na pewien problem: kiedy umieściliśmy te przepiękne stworzenia w naszej komputerowo animowanej dżungli, ta wyglądała zbyt ubogo. Musieliśmy więc dodać do niej więcej wielokątów i tekstur. Na każdym ujęciu były owady, w ilościach, które wystarczyłyby do zapełnienia każdej dżungli - wirtualnej czy nie . Cameron spytał, ile w danej scenie jest owadów, mówiąc, że widzi ich tylko 20. Powiedzieliśmy im, że jest ich 20 000. Cameron skomentował to śmiechem. Było tak dlatego, że owady były niezwykle małe, od większych, wielkości osy, po małe, jak komar, a były rozproszone na obszarze około 90 m w dal. Cameron kazał zwiększyć liczbę owadów do 60 000, żeby było widać 60 na raz. Na szczęście te szybko się renderowały".

Teksturowanie

Początkowo planowano stworzyć niebieską dżunglę, ale okazało się, że wrażenie piękna wypierało wrażenie sztuczności. Przykładowo: w pochmurny dzień przeważało światło niebieskie, podobnie zresztą jak promienista poświata wydobywająca się z ziemi. W efekcie dawało to niebieskie światło z niebieskimi akcentami, z niebieskimi odblaskami na niebieskiej skórze. Postaci stanowiły jeszcze większy problem, szczególnie twarze ze światłami i cieniami, z których każdy zwiększa stopień złożoności.

Postaci w dżungli z tysiącami drzew w tle stanowiły od początku największe wyzwanie. "Używaliśmy przede wszystkim oświetlenia bazującego na obrazie (IBL), ujęć uzyskanych techniką HDRI, z których wiele wykonano w okolicach Nowej Zelandii. Możliwość skutecznego obliczenia kompleksowego cieniowania i okluzji dla dużego środowiska, a potem zastosowania HDRI do uzyskania prawidłowego oświetlenia, pozwoliła nam na bardzo realistyczne oświetlenie dużych środowisk" - skomentował Saindon.