На сегодняшний день существуют две основные разновидности компьютерной работы в кино:
• синтезирование фотореалистичного изображения или объекта;
• обработка изображений или манипуляция изображениями.

Первый вид работ довольно трудоемкий в компьютерном смысле, так как требует детальной расшифровки положений, движений и параметров сцены, камеры и света, либо других движущихся объектов в сцене, а также создания сложных трехмерных объектов и настройки материалов на них. Иногда для точных съемок требуется специальное устройство, называемое motion control, которое позволяет не только многократно повторить с точностью до миллиметра движение камеры и изменение параметров объектива, но и записать эти данные в цифровом виде и в дальнейшем использовать для автоматической настройки траектории камеры в трехмерном пакете. Одним из таких устройств является специальная насадка к камере Memory Head фирмы Ultimatte.

Манипуляция изображениями довольно проста в исполнении, но при одном серьезном условии - если исходный материал для сцены очень точно отснят. А сложность работы как раз и обусловлена тем, что снять правильные заготовки для сцены не всегда так просто, как кажется. При этом обработка изображений требует оцифровки кинопленки в компьютер, для чего используются очень дорогие устройства, называемые фильм-сканерами, осуществляющие покадровый перевод киноизображения в память машины. К самой работе манипулирования изображениями не существует какого-либо стандартного подхода. Обычно для производства одного изображения используется несколько различных приемов, несколько различных программных продуктов, включающих в себя рисовальные программы, программы цифрового совмещения, плоский морфинг и деформацию (warping), а иногда требуется и написание собственного пакета программ, выполняющего очень замкнутый набор функций.

Основные составляющие процесса производства компьютерной графики включают в себя:
• съемки исходного материала,
• ввод изображения с кинопленки в компьютер,
• дизайн,
• выбор и разработка программного обеспечения,
• моделирование,
• анимация,
• постановка света,
• компьютерный просчет сцены,
• монтаж и комбинирование с живым видео (post-production),
• вывод изображения на кинопленку.

Все начинается со сценарной идеи и детальной разработки сцены, где предполагается использовать цифровую обработку. На этом этапе "вмешательство компьютерщиков" в процесс должно быть максимальным, так как есть вероятность, что "киношники наснимают" такого, что ничего уже нельзя будет сделать. Либо придется затратить в несколько раз больше сил и времени для того, чтобы исправить положение. Это обусловлено тем, что для правильной постановки спецэффекта необходима очень точная настройка всей сцены и в особенности соблюдение ракурса, параметров камеры и расположения света, что, в свою очередь, очень трудно дается киношным людям, так как они не привыкли мыслить "точными цифрами". Вообще присутствие на съемках "компьютерщиков" не является необходимым, если киношная команда может в точности снять сцену по расписанной схеме. В особо сложных случаях присутствие становится обязательным для контролирования процесса съемок и записи схемы расположения камеры, света и объектов.

После съемки изображение необходимо оцифровать и ввести в компьютер. Как уже говорилось выше для этого используются фильм-сканеры, позволяющие ввести изображение покадрово с разрешением 2К или 4К, в зависимости от деталировки изображения. При этом файл с одним кадром занимает 10 Мб или 40 Мб соответственно. Ясно, что для дальнейшей работы с этими кадрами необходимо иметь колоссальное количество дискового пространства - ведь, например, 30 секунд оцифрованного киноизображения занимает от 7 до 29 Гб.

Самая большая проблема в сканировании изображения на сегодняшний день - это цветокоррекция. Различия в цветопередаче могут проявиться, даже если отсканировать два одинаковых дубля с разных кусков одной и той же марки пленки. И наоборот, используя цветокоррекцию в процессе оцифровки изображения, можно добиться некоторых специальных цветовых эффектов уже на этапе ввода кадров. Кроме того аппаратура для сканирования должна обладать пошаговой регистрацией кадров, то есть сканировать кадры с очень большой точностью по расположению, иначе в финале картинка будет гулять из стороны в сторону, что не всегда нравится зрителям и тем более не понравится заказчикам. Пока все эти регистраторы делаются ручным способом и стоят очень дорого.

Значительного качества сканирования киноизображения достигли на сегодняшний день фирмы Kodak и Oxberry, причем фильм-сканер последнего стоит в 5 раз дешевле, а регистраторами Oxberry пользуются очень многие производители такого оборудования, например Quantel. Последняя модель сканера Cinescan 6300 фирмы Oxberry позволяет сканировать изображение с максимальным на сегодня разрешением 6К, что скоро станет стандартом для киноиндустрии.

Для дизайна сцены и того, что в ней будет происходить, обычно используется бумага. На бумаге разрабатывают сценарную идею, storyboard (раскадровку), технологические моменты. Если в сценарии предусмотрена обработка отснятого изображения, то обычно используется композиционная программа, для того, чтобы собрать несколько ключевых кадров. При этом, чем детальнее будет проработана сцена, тем лучше можно понять необходимость тех или иных средств и приемов для производства сцены, что в конечном счете ведет к экономии сил и времени. На этом этапе используется принцип, принятый в кинопроизводстве: Зачем создавать деталь, если она не видна в сцене? В связи с тем, что компьютерная графика все еще не очень дешевая игрушка, лучше на начальном этапе оптимизировать работу.

Самая значимая часть процесса производства - программное обеспечение: чем мощнее программы, используемые в производстве и чем больше разных функций они могут выполнять, тем более сложную работу можно сделать. Обычно компании имеют набор собственного программного обеспечения, написанного как для общих применений, так и для решения узкого класса задач. Для этого в каждой компании есть отдел программистов, называемый R&D, которые и реализуют созданные ими алгоритмы. Так, несколько лет назад был создан и впервые реализован алгоритм покадровой интерполяции двумерного изображения, называемый сейчас плоским морфингом. В последнее время коммерческий софт начинает решать большинство задач, необходимых в работе над спецэффектами и многие компании пользуются не только собственным программным обеспечением, но и покупают коммерческие пакеты.

На сегодняшний день существует множество различных пакетов, реализующих большинство функций, необходимых для производства визуальных эффектов. Среди трехмерных программ это: Alias, TDI Explore, Softimage, Wavefront, Prisms, Vertigo. Для двумерного комбинирования изображений и обработки используются Matador, Advance, Flame. Для плоского морфирования - TMorph2, Mojo. Некоторые интересные плоскостные эффекты можно получить используя пакет Xaos. Эксклюзивным алгоритмом по цветовой рир-проекции изображений (chroma-key) обладает пакет Ultimatte - Cinefusion. Хорошее качество просчета смоделированных сцен (rendering) дает пакет RenderMan фирмы Pixar. Так, например, динозавры в фильме "Парк юрского периода" были просчитаны на пакете RenderMan и введены в оцифрованную живую сцену на пакете Matador. Причем, если для телевизионной картинки достаточно 24 бит на элемент изображения (pixel), то для кино этого значения не всегда достаточно. Кроме того, фильм-сканер позволяет вводить изображения с глубиной 36 бит на элемент. Поэтому некоторые коммерческие пакеты поддерживают сейчас большую глубину цвета: например, трехмерный пакет TDI Explore позволяет просчитывать изображение с глубиной 64 бита на элемент, а специальная версия пакета Matador 64 позволяет оперировать изображениями с такой глубиной цвета.

Если в сцене фигурирует трехмерный объект, то его надо прежде всего смоделировать. При этом большое значение имеет мощность вашего моделирующего пакета - моделера. Последние достижения в моделировании включают в себя возможность работать со сплайнами (spline) и метаболзами (metaballs). Сплайны, в отличие от полигонов, существенно облегчают процесс моделирования геометрически неправильных объектов и позволяют сделать довольно просто то, что иногда вообще нельзя достичь с помощью полигонов. Метаболзы - это шарообразные объекты, которые обладают следующими свойствами: при приближении одного такого объекта к другому они постепенно сливаются в один плавный объект, а при отделении одного от другого разлипаются также плавно, без разрыва. То есть геометрия этих объектов не остается постоянной при перемещениях, а меняется в зависимости от взаимного расположения. При этом степень слипания объектов можно регулировать. С помощью этой технологии можно добиваться анимации мимики персонажей.

Хорошими сплайн-моделерами обладают пакеты Alias, TDI Explore, Prisms, причем технология метаболзов включена только в TDI Explore и Prisms. Моделеры в пакетах Softimage и Wavefront работают только с полигонами. Другой способ быстрого моделирования - это оцифровка реального объекта. На сегодняшний день существует только одно устройство для лазерного сканирования объектов 3D Digitizer Cyberware. Это устройство позволяет с большой точностью оцифровать, например, голову вместе с цветом за 17 секунд, сделав один объезд лазерным лучем вокруг реального человека. Таким способом на Cyberware делалась, например, голова T1000 в "Терминаторе-2", когда в вертолете он говорит знаменитую фразу "Get out!", в фильме "Смерть ей к лицу" оцифровывалась шея Мерил Стрип, а в "Парке юрского периода" - модели динозавров, чтобы увеличить их и оживить. Вообще, тщательность моделирования объектов зависит только от их конкретного появления в сцене, потому что именно здесь применим приведенный нами ранее кинематографический принцип о детализации объекта.

После создания объекта ему надо придать движение, осуществить с ним различные метаморфозы и, что очень важно, точно подобрать материал объекта, чтобы при падении на него света из поставленной сцены, этот объект вписывался в сцену максимально точно. В противном случае его появление будет выглядеть как отдельный план.

Сложные анимационные пакеты имеют внутри себя различные функции, позволяющие быстро и качественно выполнить различные виды движения. Простая интерполяция объекта в объект даст эффект перетекания объекта из одной субстанции в другую. Деформация объекта позволит искажать его во время поступательного движения. Имеется специальный основанный на физических процессах модуль, позволяющий смоделировать реакцию объекта на возмущение или преграду - таким образом из простого прямоугольника можно сделать либо развивающуюся на ветру занавеску, либо падающую на стол скатерть с отработкой облегания скатертью стола.

Инверсная кинематика позволяет двигать персонажей в сцене, не задавая движения всех конечностей, а только, например, определив задачу одной ступне - все остальное тело будет делать вслед за этим антропоморфное движение. Этого же можно добиться с использованием канальной анимации, то есть подключить специальные датчики к реальному человеку и в реальном времени перенести движение на его компьютерного аналога. При этом способе, конечно, можно достичь большей реалистичности движения. Вообще, движение представляет собой довольно трудоемкую часть процесса создания спецэффекта и целиком зависит от умений и навыков аниматора, так как именно он отвечает за создание "иллюзии жизни" - чувства, что объект тяжелый или легкий, быстрый или медленный, мягкий или твердый. Иногда с помощью каких-либо нюансов можно заставить персонаж жить, раздумывать, беспокоиться. Другой вид анимации - это моделирование природных процессов, таких как вода, огонь, туман и т.д. Эти эффекты обычно реализуются специальным пакетом и требуют к себе больше технического подхода, нежели художественного.

Наиболее ответственная часть процесса - это настройка света при просчете картинки. От этого зависит насколько точно синтезированное изображение будет соотноситься с другими объектами, освещением и тенями в сцене. Этот процесс очень медленный, так как для того чтобы посмотреть сцену, надо ее просчитать, потом исправить параметры материалов, положение и силу света, тени, опять просчитать, опять настроить и т.д.. При этом совершенно необязательно, что после настройки одного фиксированного кадра, все остальные будут правильно вписываться в сцену. Обычно требуется проделать все тоже самое с некоторым набором ключевых кадров, а при сложном движении и со всей анимацией.

Значительно облегчает этот процесс наличие в трехмерном пакете модуля интерактивной настройки кадра (Interactive Photorealistic Renderer - IPR). Изначально этот модуль был создан и реализован в пакете TDI Explore. Имея перед собой на экране просчитанную один раз специальным образом картинку и регуляторы параметров материалов, света и теней, можно в реальном времени настраивать кадр, наблюдая за изменениями и не тратя лишнего времени на пересчет картинки с новыми параметрами. Важную роль в качестве кадра играют алгоритмы просчета объектов, то есть использование трассировки лучей (ray tracing), излучательности (radiocity), варианты дискретизации и многое другое. Наиболее реалистичного результата можно добиться используя пакет RenderMan. Хотя этот модуль не самый быстрый по скорости просчета, зато его эффективность резко возрастает при использовании на компьютерах с несколькими процессорами, на таких как Onyx и Challenge фирмы Silicon Graphics, из-за распараллеливания вычислений. Кроме того, в нем реализованы такие реальные киноэффекты, как глубина резкости в зависимости от удаления объекта, размытие объекта при движении (motion blur) и многое другое. Еще один прием используется для того, чтобы избежать "стерильности" синтезированного изображения, так как кинопленка имеет зерно, изменяющееся кадр от кадра. Для этого используется специальная техника наложения шумов. Обычно это делается на этапе post-production в композиционном пакете.

Вообще, этап post-production - это этап рождения изображения. Специальные композиционные пакеты, такие как Advance и Matador, позволяют манипулировать отснятыми и синтезированными изображениями, корректировать цвет, яркость, насыщенность, искажать объекты или фоны, "вживлять" объекты в изображение цифровым способом. Отсняв, например, город днем, можно убрать лишний свет, наложить облака, отразив их в окнах и витринах, пустить дождь, дорисовать лужи - то есть "сделать" погоду пасмурной. Можно соединить различные части объекта в один и заставить их двигаться вместе, как это было сделано в фильме "Смерть ей к лицу", где соединили отдельно отснятые движения головы, туловища и синтезированную шею, а возникшие швы корректировали с помощью компьютерной рисовальной программы. Еще один из приемов добавления эффекта в сцену - морфирование и деформации изображения. Иногда он используется как самоценный, иногда в комбинации с композиционными приемами для подгонки границ изображения. Вообще на этом этапе используется огромное множество приемов и, чем дальше развивается цифровое кино, тем больше их становится.

Закончив работу над сценой, необходимо ее "материализовать", то есть вывести на кинопленку. Для этого используются цифровые фильм-рекордеры, переводящие кадр из цифрового вида в аналоговый, то есть на кинопленку. Здесь также есть проблемы, связанные с неоднозначностью отображения цвета, подобные возникающим при оцифровке изображения, только в этом случае настройка цвета представляет собой более трудоемкий процесс, так как необходимо проявлять и переводить в позитив каждый тест и калибровать фильм-рекордер до получения удовлетворительного результата. Причем калибровка является очень ответственной частью работы, так как иначе фрагмент не будет совпадать с соседними "неэффектными" сценами. Обычно для облегчения процесса калибровки ее проводят на начальном этапе при оцифровке изображения на фильм-сканере, тем самым "завязав" корректировку на обоих устройствах в одну цепь. Самым популярным на сегодняшний день является фильм-рекордер Cine II фирмы Management Graphics, позволяющий выводить изображение с разрешением 8К. На таком аппарате были "отсняты" фрагменты со спецэффектами для фильмов "Терминатор-2", "Чужие", "Бэтмэн", "Парк юрского периода" и т.д. Одним из преимуществ Cine II является то, что он работает со сменными камерами и тем самым позволяет снимать на пленку различного формата. При этом основным производителем этих камер является фирма Oxberry - производитель фильм-сканеров, что еще больше связывает процесс ввода и вывода киноизображения.

Конечно в зависимости от целей и от конкретных компаний, реализующих эффекты, процесс производства может варьироваться, но в результате схема сводится к описанной выше. В дальнейших статьях будет рассказано о конкретных реализациях эффектов в известных фильмах.