Cyfrowi aktorzy w filmach. Jak wyglądała droga od prostych modeli 3D do fotorealizmu?

Człowiek generowany komputerowo to efekt, który przeszedł niezwykle długą ewolucję. Wciąż jednak tkwi w połowie drogi do doskonałości. Kolejne etapy jego rozwoju rozwiązywały stare problemy… i tworzyły nowe.

Nawet dziś trudno oszukać ludzkie oko grafiką komputerową, choć udaje się to znacznie lepiej, niż na początku lat 70. ubiegłego wieku. Właśnie wtedy podjęto pierwsze próby stworzenia cyfrowego człowieka.

Warto uświadomić sobie, jak ambitne było to zadanie: wygenerować wirtualną postać na pięć lat przed pojawieniem się Atari 2600, czyli konsoli zdolnej generować tak zaawansowaną grafikę:

W roku 1972 ambitny inżynier Ed Catmull miał 27 lat, ale już mógł pochwalić się pracą jako programista dla zakładów Boeinga czy Nowojorskiego Instytutu Technologii. Ed był dziwnym przypadkiem - geniuszem bez celu w życiu, zafascynowanym dwoma dziedzinami, które w tamtym czasie wydawały się nie mieć ze sobą nic wspólnego: filmem i komputerami.

Na początku lat 70. Ed miał okazję pobawić się jednym z pierwszych programów do tworzenia grafiki: zaprojektowanym w roku 1963 Sketchpadem. Aplikacja, mimo prostoty, zrobiła na nim ogromne wrażenie.

Uznał wtedy, że grafika cyfrowa jest przyszłością kina, i postanowił, że jako pierwszy stworzy film w pełni animowany komputerowo. Obrał ten cel, będąc pod wrażeniem możliwości takiego oto zaawansowanego programu:

Wróćmy do roku 1972. Catmull razem z przyjacielem Fredem Parkiem postanawiają przenieść do cyfrowej przestrzeni ludzkie ciało. A konkretnie: lewą dłoń Eda. Wykonują jej gipsowy odlew, rysują na nim siatkę z 350 trójkątnych poligonów, wszystkie dokładnie mierzą i zapisują parametry we własnoręcznie napisanym programie do grafiki i animacji 3D.

Efekt jest powalający: trójwymiarowa dłoń nie tylko istnieje, nie tylko się rusza, ale jest nawet realistycznie cieniowana.

Tym samym Ed Catmull zapisuje się w historii techniki i... sztuki. Choć możecie nie kojarzyć jego nazwiska, prawdopodobnie świetnie znacie założoną przez niego firmę.

Dwa lata później, w roku 1974, Fred Parke pokazuje światu pierwszą w historii animację twarzy i na dobre rozpoczyna nową erę grafiki komputerowej.

Metody wykorzystane do stworzenia animacji były zbliżone do tych, które sprawdziły się przy odwzorowywaniu cyfrowej dłoni Eda. Znów bazowano na części ciała prawdziwego człowieka, choć tym razem obyło się bez gipsowych odlewów. Twarz modela obrysowano siatką poligonów i wykonano zdjęcia pokazujące różne stany emocjonalne, np. radość czy smutek.

Choć liczba trójkątów czy sposób ich łączenia się były takie same niezależnie od wyrazu twarzy, to ich położenie w każdym przypadku było nieco inne. Parke wprowadził pozycje do komputera, a następnie zaprogramował płynne przejście od jednej miny do drugiej. Nazwał tę metodę „transformacją”, ale dziś znamy ją jako „morphing”.

Skoro w roku 1972 świat zachwycił się Pongiem, to możemy tylko wyobrażać sobie, jak ogromne wrażenie zrobiła trójwymiarowa animacja. Nic dziwnego, że zauważyło ją Hollywood.

W 1976 r. cyfrowo generowany człowiek po raz pierwszy pojawił się na ekranach kin. W zasadzie pojawiła się tylko jego część, a dokładniej: dobrze nam znana lewa dłoń Eda. Wykorzystano ją w filmie Futureworld, zaczynając tym samym przygodę tego medium z grafiką komputerową.

W sieci krąży ciekawostka, że pierwszą „prawdziwą” postacią komputerową w historii kina był witrażowy rycerz z „Młodego Sherlocka Holmesa” z 1986 r. To nie do końca prawda.

Rycerz był pierwszą postacią wkomponowaną w prawdziwe tło, a zarazem pierwszą postacią „fotorealistyczną”, czyli funkcjonującą w świecie filmu jako prawdziwy, namacalny obiekt. Mimo tego już w roku 1981 na ekranach pojawiła się w pełni cyfrowa kobieta. I to naga.

Cindy z filmu Looker była pierwszym cieniowanym cyfrowym człowiekiem w historii kina. Aby ją stworzyć, dokonano kolejnego przełomu - zeskanowano w 3D ciało aktorki Susan Dey.

Każde z powyższych osiągnięć było bezprecedensowym dokonaniem. Według ówczesnych standardów model Cindy miał niespotykaną ilość detali, realistyczne tekstury i fenomenalne cieniowanie. Mimo tego na drodze do stworzenia cyfrowego aktora wciąż stała przeszkoda niezwykle trudna do pokonania: ruch.

Dłoń Eda Catmulla i twarz Freda Parka wykonywały proste, sztuczne, „sztywne” ruchy. Cyfrowa Cindy nie ruszała się wcale. Jeśli cyfrowe marionetki próbowały zatańczyć, wyglądało to dość pokracznie, tak jak w teledysku Dire Straits.

Pokazywania ruchu unikano nawet w wysokobudżetowych produkcjach wykorzystujących komputerowe modele postaci. Star Trek IV zawiera efektowną sekwencję morphingu cyfrowych głów aktorów. Niby jest ruch, a jednak go nie ma.

Nie ma go, ponieważ gdyby był, wyglądałby tak pokracznie, jak animowany bobas z krótkometrażowej animacji Pixara Tin Toy z 1988 r.

Uwaga: poniższy klip może powodować senne koszmary.

Sztuczny wygląd ruchów to wina niedoskonałej ręcznej animacji. W teorii nie powinna ona stanowić problemu – wszak już kreskówki z lat 20. ruszały się znakomicie. Trzeba jednak pamiętać, że w przeciwieństwie do animacji 2D komputerowa postać musi poruszać się nie w dwóch, lecz w trzech wymiarach. Co więcej, znacznie trudniej oddać jej naturalną sprężystość, kiedy model jest "sztywny" i nie posiada odwzorowanych warstw mięśni, tłuszczu i skóry.

Motion capture zaczęło się od golfa

Rozwiązanie problemu realistycznej animacji postaci ludzkich leżało tam, gdzie nikt nie szukał. Jednym z pierwszych twórców, który na nim skorzystał, był reżyser Paul Verhoeven.

Kręcąc na przełomie lat 80. i 90. swój kolejny brutalny megaprzebój s-f - „Pamięć absolutną” - Verhoeven chciał pokazać walkę szkieletów widocznych na wielkim rentgenowskim ekranie. Stworzenie samych postaci nie było już problemem, pozostał nim jednak ruch. A kto wie o nim więcej, niż sportowcy?

W latach 80. golf dyscypliną wartą miliardy dolarów. Jedno uderzenie kijem mogło przynieść fortunę. Na potrzeby branży zaadaptowano nową technologię motion capture, która śledziła i zapisywała ruchy ciała. Pozyskane dane analizowano, aby ulepszyć technikę golfistów.

Odpowiedzialne za efekty specjalne w filmie Verhoevena studio Metrolight wynajęło ekspertów od motion capture, dotychczas parających się głównie sportem, do zarejestrowania sceny akcji. Aktorom i statystom ubranym w czarne kostiumy przyczepiono do ciała białe piłeczki, których położenie miał śledzić komputer.

Jak to bywa z pionierskimi projektami, nic nie zadziałało.

Ilość danych do zapisania okazała się zbyt duża. To, co zarejestrowano, nie nadawało się do wykorzystania. Przechwycenie złożonej sceny okazało się nieskończenie trudniejsze, niż analiza zamachu golfisty. Wskaźniki zostały źle rozmieszczone, a ruchy były zbyt skomplikowane jak na możliwości komputera.

Przez pewien czas borykano się także ze 115-kilogramowym problemem o imieniu Arnold. Gwiazdor uparł się, żeby zamiast czarnego kostiumu nosić biały strój sportowy, na tle którego nie wyróżniały się piłeczki-znaczniki.

Specjaliści z Metrolight obudzili się z ręką w nocniku: z coraz bliższym terminem realizacji i masą bezużytecznych danych. Jedyne, co mieli do dyspozycji, to niskiej jakości nagranie aktorów w śmiesznych kostiumach.

Pozostało wykonać animację ręcznie. Użyto do tego metody klatek kluczowych. Zamiast śledzić umiejscowienie aktorów na każdej klatce, wybrano i oznaczono najważniejsze pozycje. Następnie zanimowano ruch cyfrowych szkieletów pomiędzy kolejnymi klatkami. Innymi słowy – zrobiono to, co Fred Parke 15 lat wcześniej.

Tak powstała pierwsza w historii scena akcji z cyfrowymi ludźmi w roli głównej. A przynajmniej z ich szkieletami.

Motion capture z powodzeniem użyto w filmie po raz pierwszy w roku 1992, w filmie „Kosiarz umysłów”. Już na początku lat 90. istniały więc - przynajmniej teoretycznie - rozwiązania niezbędne, aby stworzyć realistycznie wyglądającego i poruszającego się cyfrowego człowieka.

Mimo wszystko w kolejnych latach komputerowi ludzie nadal wyglądali jak wyciągnięci z „doliny niesamowitości” - ludzko, ale nieprawdziwie. To, wraz z kosztami tworzenia animacji, sprawiło, że wirtualnych aktorów pokazywano rzadko i z oddali. Karierę robili jednak cyfrowi dublerzy, który zastępowali kaskaderów w niebezpiecznych scenach już w roku 1995, m.in. na planie Sędziego Dredda czy Batman Forever.

Pokazywanie zbliżeń albo tworzenie całego filmu z komputerowymi aktorami byłoby szaleństwem... więc oczywiście postanowiono to zrobić.

Kręcąc w roku 1998 Fight Club, David Fincher chciał przedstawić seks tak, jak jeszcze nigdy go nie pokazywano. Kopulacja miała być aktem monumentalnym i fantastycznym. Jak sam powiedział: "ma wyglądać, jakby Statua Wolności ruchała się z Górą Rushmore".

Efektowne zbliżenie między Bradem Pittem i Heleną Bonham-Carter zrealizowano w komputerze. Do projektu z entuzjazmem podszedł Pitt, który zapowiedział, że przejrzy całe góry pornografii, aby wybrać najlepsze jego zdaniem pozycje.

Cyfrowy seks przełamał kolejne bariery. Po raz pierwszy pokazano zbliżenia skóry, włosów i twarzy - i to w taki sposób, że widzowie nie zorientowali się, że mają do czynienia z grafiką, a nie z prawdziwymi aktorami. Niedostatki grafiki zamaskowano dziwacznymi ruchami kamery i rozmyciem w ruchu.

Ukoronowaniem dotychczasowych osiągnięć w generowaniu ludzkich postaci miał być pełnometrażowy film, w którym cyfrowi aktorzy zastąpiliby prawdziwych. Na tak duży projekt porwało się studio Square Pictures. Rozpoczęły się prace nad adaptacją serii gier Final Fantasy.

Był tylko jeden problem: nigdy wcześniej nie powstał film o podobnej skali, wykorzystujący grafikę tak wysokiej jakości. Jeszcze zanim zaczęła się produkcja, producenci musieli wyłożyć ponad 40 milionów dolarów na samą technologię. Na Hawajach powstało studio graficzne wyposażone w cztery nowoczesne serwery i ponad 160 zaawansowanych komputerów.

Ruch aktorów uchwycono za pomocą technologii motion capture - za wyjątkiem mimiki i ruchów dłoni, które animowano ręcznie. Autorskie oprogramowanie posłużyło do zanimowania 60 tys. włosów na głowie bohaterki. Po raz pierwszy w historii wirtualne postacie miały widoczne zmarszczki, pory, a nawet takie detale, jak plamy wątrobowe.

Final Fantasy: The Spirits Within z 2001 roku okazał się gigantycznym osiągnięciem technologicznym... i doprowadził Square Pictures do bankructwa. Przychód z biletów na całym świecie wyniósł 85 mln dolarów, co - po odjęciu marż kiniarzy i innych kosztów - oznacza, że do producentów wróciło ok. 40 mln. Przy 140-milionowym budżecie.

Na przełomie wieków wydawało się, że każdy chętnie zapłaci za możliwość zobaczenia filmu z cyfrowymi aktorami. Co poszło nie tak?

Pomijając niedostatki fabuły, filmowi zarzucano sztuczność. Cyfrowi aktorzy nie wyglądali tak, jak powinni. Trudno się z tym nie zgodzić, podobnie jak z zarzutami co do "plastikowości" postaci z Ekspresu polarnego (2004) czy Beowulfa (2007). To właśnie efekt „doliny niesamowitości”: model 3D wygląda jak człowiek… ale nie do końca.

Nawet dziś trudno nie zauważyć sztuczności cyfrowych postaci. Potrafimy kupić co najwyżej pojedyncze ujęcia - i to takie, w których generowany komputerowo jest tylko jeden element, np. twarz, a nie cała postać. Niełatwo oszukać ludzkie oko, i dlatego - pomimo trwającej dekady ewolucji - cyfrowy człowiek nadal tkwi w połowie drogi do doskonałości.