Оптимизация процесса создания 3D композиций" Jonathon Banta

Как делать 3D изображения сочетающимися с реально отснятыми кадрами

Добро пожаловать в цифровое будущее спецэффектов. Тем из Вас, кто занимается изготовлением следующих Звездных Войн или Юрского Парка в своих каморках в условиях стесняющего бюджета, мне хотелось бы показать, что некоторые из нас делали во многом те же вещи, при помощи определенно более примитивных инструментов - клея и кинокамер формата Super 8mm. Клей и Super8 были не совсем последним достижением науки и техники, как впрочем, и работа с ними была занятием не из легких. К тому же сочетание моих миниатюрных наклеенных анимаций с живыми съемками было в области нереального - так я вспоминаю сегодня "старые добрые деньки".

Конечно, всегда можно нарисовать человека карандашом. Но я упустил из виду одно преимущество клееных куколок: Они являются настоящими физическими объектами, которые сами по себе имеют физические свойства. Они отбрасывают тень, у них есть цвет и текстура и Вы можете добраться до них и двигать ими без необходимости прибегнуть к мышке или графическому планшету. Для сравнения, компьютером порожденные (КП) объекты требуют задания в цифровой форме чуть ли не каждого аспекта. Поэтому когда такие КП-элементы встраиваются в реальные съемки, цифровые биты стремятся выглядеть не реальностью, а самими собой, как если бы они были неправильно подготовлены. И в головах публики даже не возникает иллюзия, что это настоящие физические объекты. Приведенные ниже советы и подсказки помогут Вашим КП-3D изображениям выглядеть принадлежащими той же действительности, что и реально отснятый фон, на который они наложены.

Цифровые камеры полезны для определения информации

об установленном наборе линз непосредственно перед киносъемкой

Все на свете является композицией

Хорошая композиция требует хорошего планирования. Грубо говоря, композиция - это коллаж из разных элементов, которые расположены послойно один над другим для образования единого изображения. Любой спцеффект является композицией, независимо от способа его получения. То ли Вы собрали изображение в виде послойной 3D сцены, или в специальной программе, разработанной для микширования 2D картинок, каждый элемент является добавочкой к финальной картине. Составление композиции является фундаментальным процессом в создании спецэффектов.

Ваш план по спецэффектам должен включать подходы, в которых используются сильные стороны как 2D, так и 3D. Значительное число 3D работ может быть выполнено в области 2D-графики, Так что Вам не надо тратить бессчетные часы в попытке достичь совершенства Ваших 3D элементов. В некоторых случаях решения, обычно относящиеся к 3D, могут быть отложены на потом. Справедливо и обратное, большее внимание к определенным областям 3D может сильно облегчить создание реалистичной композиции.

Приведенная картина является примером многослойной композиции. Солдаты, окружающий ландшафт и космический корабль были отрендерены порознь. Пыль и элементы двигателя также были рендерены по отдельности и с трудом преобразованы при помощи размытия и поправок в цвете в единую композицию.

Успешное выполнение плана

Существует множество вещей, с трудом удерживаемых в голове, когда Вы пытаетесь выполнить даже четкий план, к тому же полный анализ всех подходов к решению может быть скучным и объемным, так что я перехожу к списку наставлений и методик, которые, я надеюсь, помогут быстро одолеть 90 процентов на пути к решению.

Оптимизация 3D сцены: Моделирование

Производство 3D графики - просто ничто без хороших моделей, и если вы пытаетесь подогнать модель под настоящий объект, всегда полезно собрать столько много опорного фотоматериала, сколько вы можете - в особенности справочный материал, который подтверждает, как объект реагирует на различные условия освещения. Без этой информации, вам остается только гадать о таких вещах как подробности, отражающая способность и даже форма. Зачастую получение фотографий невозможно, но попытайтесь включить их в свои планы, так как ваше представление о внешнем виде объекта не всегда соответствует тому, как объект выглядит в самом деле.

Имейте в виду, что не всегда есть потребность в моделировании всего в совершенстве. Учитывайте разрешающую способность вашего конечного продукта и обратите внимание на то, как близко к камере будет располагаться объект при рендеринге. Чем ближе модель, тем большее число подробностей требуется. Разработчики игр имеют опыт работы с ограниченным числом полигонов, диктуемым графическим движком игры для прорисовки в реальном масштабе времени, что вынуждает их уменьшать сложность геометрии их моделей для улучшения скорости игры. В качестве компенсации, они применяют навороченные текстуры, которые восполняют детали, пропущенные в геометрии. Я вовсе не советую выполнять все ваши 3D объекты с низкой разрешающей способностью, нет, она просто должна быть необходимой и не больше.

А вот и первый примерчик: Статуя Свободы недавно снималась в кино, и одна студия спецэффектов построила полнейшую модель статуи с использованием NURBS геометрии. Они учли такие подробности как каждая заклепка, и каждый обод на статуе. Когда же пришло время для рендеринга картин для фильма, они отбросили напрочь значительное количество смоделированных деталей и улучшили текстурные карты для достижения приемлемой скорости рендеринга чтоб завершить проект к весьма поджимающему сроку. Иногда создание каждой заклепки на объекте - это ничего больше, чем упражнения по созданию заклепок.

Вам не всегда будет известно финальное расстояние от Вашей 3D модели до камеры - как это имело место в вышеупомянутом фильме - просто потому, что требования сценариста могут изменяться. В таких случаях, Вам, вероятно, лучше бы начать с большей детализации, а отрезать лишнее всегда можно успеть. Но будьте предусмотрительны. Будь вы создателем игрушек для реального времени или высокоточных спецэффектов, действует одно правило: больше геометрии значит больше времени на рендеринг.

Также учтите, что моделирование всей окружающей обстановки не всегда находится в ваших интересах. Все, что не попадает в поле зрения камеры (camera's field of view (FOV)), и никогда не будет увидено, не стоит траты вашего времени на моделирование. Иметь ясный визуальный план от самых истоков - вот первостепенной важности критерий для оптимизации процесса. Нет смысла тратить время и деньги, создавая вещи, которые не должны были быть созданы.

Текстуры и материалы: детализация

Когда приходится добавлять текстуры к Вашим 3D элементам, лучше всего начать со справочных фотоматериалов. Что, если вы занимаетесь текстурированием огромного, фасетчатоглазого монстра и у вас нет ни одного, чтобы сфотографировать? Вместо того чтобы использовать несколько модных фильтров на оригинальном изображении, подставьте другие изображения для создания вида, которого вы добиваетесь. Ничто не звучит "реальнее", чем реальность.

Текстуры, как и геометрия, не всегда должны иметь высокую разрешающую способность. Первым примером этого может быть сцена, над которой я работал для Air Force One. Я потратил две недели на детализацию чрезвычайно сложной модели с текстурными картами в высоком разрешении. Усилия были, в основном, сведены к нулю, так как окончательный фрагмент был темным, объект в любом кадре покрывал едва ли шестнадцатую часть площади - очень похожий на размытое в движении пятно. Я научился, что вовсе не нужно изготавливать огромную, чрезвычайно детализированную текстурную карту для модели, которая никогда не будет близко от камеры.

Текстурные карты высокого разрешения привносят жизненность в модель спасательной капсулы из Air Force One.

Та же модель спасательной капсулы и те же текстурные карты высокого разрешения, но под другим углом зрения.

Окончательный вид спасательной капсулы, в каком она появилась в фильме Air Force One. Замечательная детализация текстур была потеряна в темноте, размытии и расстоянии.

Что касается 3D моделей, если вы не вполне уверены в окончательных потребностях сцены, применяйте текстуры высокого разрешения. Вы сможете уменьшить разрешение при необходимости, но движение в противоположном направлении определенно вызовет сложности.

Когда у вас есть цвет текстуры для объекта, Вам необходимо сконцентрироваться на придании ему вида, будто он сделан из настоящих материалов (пластик, дерево, металл, и т.д.). Многие факторы влияют на производство реалистичных материалов - и все они важны - но свойства, которые чаще всего неверно применяются в 3D графике это компоненты зеркальности и отражения.

Зеркально-яркие участки изображения и отражательная способность - вот наиболее важные визуальные подсказки, которыми вы пользуетесь, создавая реалистичные материалы. Наши глаза столь хорошо натренированы, что мы определяем многие аспекты объекта попросту тем, как он отражает яркий луч. Многие высокотекстурированные, изысканно смоделированные 3D сцены вышли по виду совсем реальными, но с качеством, которое говорит: "компьютерная графика". Зачастую неудача постэффектов может быть по вине несостоятельности в зеркальных свойствах 3D объектов на сцене.

Настоящие объекты в редкости являются превосходными отражателями, и не совершенно глянцевые. Они поцарапаны и помяты, и рассеивают свет по всей поверхности с разной силой в зависимости от угла зрения. Частенько световое пятно рендерится слишком резким или чересчур ярким, и эффект выходит неубедительным. Дополнительное время, проведенное над этими свойствами, принесет свои плоды в окончательной композиции.

Выравнивание перспективы и контроль траекторий

Ваши 3D объекты должны выглядеть существующими в настоящем мире и подчиняться законам перспективы, которые правят в вашем реально отснятом фоне. Следовательно, необходимо выравнивать перспективу Вашей камеры и поле зрения линз камеры - в особенности, когда Вы создаете виртуальную обстановку для натурных вставок. Без подгонки таких параметров реалистичная интеграция практически неосуществима. (Имейте в виду, что некоторые линзы меняют свойства своего поля зрения, так как фиксируют фокус, вот почему хорошие записи, выполненные при помощи линз, бывают весьма полезны. Сравнительная таблица фокусных расстояний разнообразных линз приведена по адресу: gregssandbox.com/gtech/filmfacts/focallen.htm) Попытайтесь записать по максимуму информации о настройках камеры (полезно иметь цифровую камеру для запечатления кадров с настройкой камеры непосредственно перед съемкой). Полезная информация не всегда доступна из-за вечной гонки при съемках, или по другим причинам, не дающим или не требующим этого.

Если у Вас нет информации, а пришла ваша очередь взяться за работу над сценой, вам остается только гадать. Иногда вам придется потерпеть без этой информации, и повторно проверять ваш выбор. Автоматизированный 2D контроль траекторий доступен во многих программных пакетах, и также существует много коммерческих 3D пакетов, но они не всегда успешны в порождении жизненной 3D сцены. На основных студиях спецэффектов есть целые отделы, посвященные ничему иному, как совмещению движения, и большая часть работы выполняется вручную. Автоматизированный поиск решения не всегда возможен, поэтому ручной контроль траекторий является чем-то, с чем вы, в конечном счете, сталкиваетесь.

Создание сложного, фотореалистичного 3D изображения

Давайте исследуем, как управлять некоторыми аспектами Вашей 3D сцены при помощи пакетов компоновки, и перейдем к парочке наставлений по интеграции конечного 3D изображения в кадр.

Многослойный рендеринг: Разделенное действие (2D -мышление в 3D -мире)

Что же такое многослойный рендеринг? Попытайтесь представить свою 3D сцену в виде 2D слоев, вместо представления ее в ее полном трехмерном виде. Разделите сцену на планы действий, которые могут быть легко обособлены и, при необходимости, модифицированы. Фоновое действие может быть отрендерено отдельно от центра, переднего плана и т.д. Дальше разделите элементы эффектов, таких как лазеры, двигатели, фары, взрывы, лучи солнца и тому подобное.

Разделяя на слои действия или эффекты, вы получите больше вариантов для последующей обработки в пакетах для компоновки, что позволит Вам сконцентрироваться на решении проблем в трудных областях без непроизводительных издержек по повторной обработке уже успешно созданных объектов.

Что несомненно полезно в многослойном рендеринге, так это то, что он повышает эффективность и позволяет вам создавать эффекты, которые обычно трудны для производства в 3D. Вы можете добавлять шум, расфокусировать некоторые слои для придания элементарной глубины в поле, или применить размытие от движения для некоторых участков. Все из 2D трюков теперь доступны в глубине Ваших слоеных 3D действий, предоставляя Вам максимум гибкости, когда вас просят внести изменения.

Изменения со стороны заказчика обрушиваются на Вас довольно быстро, и способность реагировать на них в процессе компоновки, во время цейтнота в преддверии финального срока, может быть тем, что решит судьбу проекта.

Многослойная компоновка из Ultimate T2 DVD - навеянная планированным, но вырезанным фрагментом из "Tерминатор-2". Рендеринг каждого персонажа и эффектов освещения по отдельности во многом уменьшил общее время производства.

Многопроходный рендеринг: Разделенные свойства (3D освещение в 2D слоях)

Следующая методика, которую нам предстоит изучить, называется многопроходный рендеринг (multipass rendering). Это расширение последней методики, но включает в себя особое разделение свойств (диффузия, зеркальность, тени и т.д.) 3D сцены или объекта. Она позволяет иметь максимальное число элементов управления в контроле над материалами и устраняет рендеринг тысяч тестовых кадров для получения точной смеси отражения, зеркальности и диффузного цвета на Ваш выбор.

Зачем тратить неизмеримое количество времени на рендеринг тестовых кадров, в то время как вы можете смешать свойства практически в realtime с помощью пакетов компоновки?

Для выполнения многопроходного рендеринга сделайте обычный для каждого свойства необходимых объектов самих по себе - один проход для диффузии, зеркальности, отражения, светимости и т.д. Для диффузного цвета увеличьте значение "ambient" до максимума, чтобы полученное вами было текстурной информацией без учета освещения. Вы должны рендерить каждое свойство в его полную силу, выключив все остальные свойства (но помните о сохранении расчетов выпуклости, чтобы правильно взаимодействовали источники света). Освещение может быть отрендерено по отдельности на идеально белом объекте, а зеркальность и отражение рендерится на идеально черной поверхности. Для дальнейшего контроля, выполните рендеринг текстурных карт или объектов в виде черно-белых изображений для воздействия как на матовые, что будет полезно, когда вам необходимо изолировать поверхностные тона на вашем рисунке для придания вида "просто лепота!".

На этапе компоновки вы можете воссоединить все разделенные свойства воедино и корректировать их общий вклад в окончательное изображение, просто изменяя непрозрачность (opacity).

Представлено изображение, содержащее красный, зеленый и синий источники цвета. Каналы могут быть разделены и затем интерактивно смешиваться для точного управления освещением объекта. Свойство зеркальности можно, при необходимости, выделить в другие изображения.

Рендеринг при нескольких источниках света

Зачем ограничивать ваше микширование только отдельными свойствами? Что насчет освещения ваших 3D объектов? При соответствующем планировании, управление освещением для любого 3D объекта может быть сведено непосредственно в пакет 2D компоновки для придания максимальной гибкости в 3D процессе на всей протяженности конвейера.

Все методики для рендеринга диффузных и отражательных проходов по-прежнему применимы, но методика зеркального прохода и по освещению изменится. Главная разница в том, что вы должны рендерить насыщенное цветное освещение вместо стандартного белого цвета. Когда придет время для рендеринга, начните с обработки каждого из трех цветов в группе. Первый цвет чисто красный, другой - чисто синий и следующий - чисто зеленый. Затем проведите рендеринг проходов освещения и зеркальности по отдельности как ранее в полную силу. Повторите эту процедуру для каждого из трех цветов и для их зеркальных проходов (если вам хочется больше средств управления).

Что достигается этим процессом так это изоляция каждого источника цвета в отдельный цветовой канал с одним изображением, что улучшает хранение данных на диске. Красный, зеленый или синий каналы могут быть получены из полноцветного изображения, давая интенсивность освещения в шкале оттенков серого цвета. Эти каналы могут быть наложены при различных значениях параметра непрозрачности на другие уже смикшированные свойства. Таким образом, вы можете выбирать освещение по требованию заказчика или создать много вариантов для пробных целей - все без необходимости "подкручивать гайки" и повторно рендерить Ваш 3D проект помногу раз. Вы можете применить размытие к источнику, добавить шум и изменить цвет и уровни контраста для достижения желаемого эффекта. Просто здорово!

Компоновка

Расположение изображений по слоям в программе компоновки является процессом ясным и четким. Большинство наших читателей уже знакомы с применением альфа-каналов, но когда приходится смешивать многопроходные методики, применение альфа-каналов не оправдывает ожиданий. Иногда эффект нуждается в затемнении, увеличении яркости, или какой-либо модификации элементов позади его. Решением для этого являются режимы переноса (transition modes), а они слабо стандартизованы среди пакетов и платформ. Многие программы компоновки пользуются стандартными режимами переноса в стиле Photoshop (они были недавно включены в пакеты компании Discreet), так что скорее всего ваша программа компоновки поддерживает их.

Применение режимов переноса в многопроходном микшировании является относительно простым. Применяйте режимы переноса, которые наибольшим образом подходят типу элемента. Зеркальный и рефлекционный проходы работают лучшим образом, когда вычитаются (added down), а для осветительных проходов используют умножение (multiply) - в большинстве случаев. В каждой ситуации по-разному, так что применяйте наиболее подходящие создаваемой Вами картине. Такова основная методика для микширования многопроходных элементов.

Обычно диффузный проход располагается в основе и затем каждый успешный проход - такой как зеркальность (specular), отражение (reflection) и яркость (luminance) - накладывается поверх (или покрывает) его впоследствии. Так как они отрендерены в полную интенсивность, изменение непрозрачности (opacity) - это лучший способ для управления вкладом атрибута в финальное изображение.

Если проходы при нескольких источниках света выполнены, диффузный канал должен быть отрендерен в полной яркости (luminant) так, чтобы он не содержал освещения (см. предыдущие замечания по поводу многопроходного рендеринга). Все источники должны быть добавлены вместе сначала в предварительную компоновку, а затем наложены как группа над диффузным проходом. Предварительно рассчитанное освещение затем уменьшается до затемнения диффузной поверхности. Остальные проходы, такие как отражение и тому подобные, затем добавляются поверх этого.

Изображение произведенного на компьютере фона из фильма "Siegfried and Roy: The Magic Box" в финальном виде. По замыслу произведения необходимо было, чтоб обстановка выглядела как декорации эпохи экспрессионизма, а не как компьютерная графика. Связная подгонка с реальным действием в стереоскопическом 3D и широкоугольные линзы усложняют выравнивание перспективы

Компоновка элемента оригинального проекта, каркасной модели, и финальное изображение из 3D iMax фильма "Siegfried and Roy: The Magic Box".

Цвет и интеграция

Любое сочетание компьютерной графики и реального плана будет неубедительным, если не обладает теми же яркостью и уровнями цвета. Даже средней руки компьютерная графика может быть успешной, если ее должным образом интегрировать. Вот мы и подошли к переломному шагу в процессе компоновки. Он-то и имеет тенденцию к наибольшему аппетиту по времени. Производители многих фильмов и теле шоу пролетают этот важнейший шаг в своей гонке, чтоб успеть к окончательному сроку - зачастую с ужаснейшими результатами. Время, потраченное на этом шаге, никогда нельзя назвать потерянным.

Взгляните на резкость 3D объекта. Если она не совпадает с резкостью окружающего фона, ее необходимо размыть или слегка превысить. А теперь обратите внимание на общую яркость картинки. Ну и как, совпадает она с обстановкой? Если нет, самое время подкорректировать ее тоже.
А ваш объект отбрасывает тень на сцену? Совпадают ли яркость и размытие тени с уже существующими на сцене тенями? Хорошая тень может пройти долгую дорогу до успешной интеграции и является самым первым кандидатом для отдельного прохода. Расплывчаты ли яркие участки изображения в фоновом изображении? Попытайтесь придать соответствующим компьютерным участкам соответствие при помощи отдельного прохода и капельки размытия (blur).

3D модель раскрашена, модифицирована и, в конце концов, микширована с настоящим Боингом-747 для фильма "The West Wing" корпорации NBC. Копирование световых пятен и отраженной обстановки было решающим для убедительной прорисовки самолета, который так природно чист и блестящ, что производит впечатление компьютерной графики. Совмещение цветов также было весьма сложным из-за специфичного голубого цвета на реальном фоне

Я не могу не акцентировать в должной мере на подгонке цвета. Значение черного цвета на фоновой поверхности настолько черное, каким должно быть ваше компьютерное изображение. Если оно слегка синее, то сдвиньте уровни черного цвета в вашем компьютерном изображении до совпадения. Корректируйте уровни вашего элемента до совпадения как белого цвета, так и полутонов. Если они неверны, компьютерная графика немедленно привлечет к себе внимание. Есть ли зернистость или движущиеся частицы любого вида на оригинальном фоне? Попробуйте повторить это на каждом из Ваших компьютерных объектов при помощи случайного шума (randomized noise). После того, как все это выполнено, вам необходимо ознакомиться с работой, просто просмотрев ее. Выберите время для просмотра кадров на фоне или рендеринге, с которым вы совмещаете свою работу. Рассмотрите внимательно и сделайте ваш лучший выбор для сочетания пикселей вашего рендеринга и пикселей на изображении.

Выводы

В качестве 3D художника и компоновщика, вам надлежит позаботиться о том, чтоб в финальном виде элементы компьютерной графики должным образом были интегрированы и корректно окрашены для совпадения с оригинальным фоном.

То ли вы по отдельности рендерили различные свойства смоделированных объектов, или послойно разделили действие и эффекты, правильное планирование в 3D сохранит вам уйму времени при работе с неминуемыми изменениями, которые стремятся затормозить конвейер. Ели вы базируете хотя бы несколько элементов - будь то текстуры или модели - на реальных объектах, то ощущение реальности может незаметно уйти к финалу процесса компоновки. Каждый кадр со спецэффектом является композицией, и то, насколько профессионально и согласованно вы собирали ее, будет продвигать вас к следующей работе и принесет большее удовлетворение.

Johnathan Banta является 3D аниматором/компоновщиком в компании Sassoon Film Design из Santa Monica, CA; директором студии Agrapha Productions; и программистом AG_Shaders для Electric Image.

А тут раскраски для девочек и мальчиков .

Источник: 3DGate