工业光魔是如何复活忍者神龟的?

工业光魔是如何复活忍者神龟的?

编者注:本文转载于视效观,原文《忍者神龟:变种时代》视效解析 详解ILM最顶级动作捕捉

《忍者神龟》是一个家喻户晓的故事,几乎全世界 80 后对这个故事都略知一二。30 年来《忍者神龟》已经被改编成许多电视剧、游戏和主题公园项目,另外还有 4 部动画电影。前三部动画电影都是由真人穿着特殊服装扮演四只乌龟,2007 年的电影采用了 CG 动画技术,那么 2014 年,人们该选用什么技术呢?答案是——表演捕捉(Performance Capture)。

《忍者神龟:变种时代》这部由 Jonathan Liebesman 执导的影片得到了工业光魔的支持,全片 726 个视效镜头中,工业光魔完成了 428 个,其中 396 个涉及到 CG 角色。本片的视效总监是来自工业光魔的 Pablo Helman,Pablo 在视效行业拥有 20 多年的经验,他曾负责过《阿波罗 13 号》、《独立日》、《深度撞击》、《终结者 3》、《世界大战》、《超级战舰》等一系列视效大片的制作,在工业光魔也算是一名元老。Pablo 本来学的是配乐专业,不过他认为配乐跟视效制作有本质上的联系,因为都要有各种技巧、韵律、氛围等等。

本片导演 Jonathan Liebesman 此前最著名的作品要数《洛杉矶之战》和《诸神之怒》,作为一名年轻导演,他对新技术充满好奇,这给了 Pablo 足够的信心,两人之间的合作也变得更加亲密。Jonathan 和制片人 Michael Bay 都希望把四只神龟做得尽可能真实,于是 Pablo 提出了让四名替身演员在片场表演,借助表演捕捉来完成 CG 乌龟的主意。Pablo 希望尽可能可靠地捕捉演员们的面部和肢体动作,同时又要尽可能减少设备对演员表演和现场拍摄带来的障碍。

片场拍摄

事实上本片共有六名 CG 角色,分别是四只乌龟、他们的师傅斯普林特、以及他们的死对头史莱德,每名角色都由替身演员(负责文戏)和特技演员(负责武戏)联合扮演。由于变种乌龟的身高比人类要高大约 6 英尺,因此替身演员要么站在 6 英尺高的平台上表演,要么就穿一双 3 英尺高的增高鞋,然后在眼睛上方 3 英尺处绑两个乒乓球,代表视线位置。这些增高设备主要用于乌龟和人类互动的场景,如果是纯打斗戏,那些特技演员就用不着增高了。

另外,特技演员也不需要捕捉面部表情,只需要捕捉肢体动作。不过所有乌龟演员身上都得背着泡沫龟壳,一方面是方便为龟壳做动作捕捉,另一方面也是让演员们找到做龟的感觉。视效团队曾担心这些龟壳会给特技演员的表演造成阻碍,但其实他们多虑了,那帮特技演员背着龟壳也能轻松地做后空翻。 

史莱德这个大反派的体型更大,走路的时候地面都会有巨大的脚步声。在制作史莱德跟环境交互的一些物理效果时,工业光魔非常仔细地设定了这些破坏效果的程度,从而突出史莱德的体型和重量。

影片的实拍持续了 4 个月,然后由导演挑选他满意的素材,有时候他可能喜欢 A 演员在某一场中的表演,以及 B 演员在另一场中的表演,这样就得修改剧本,然后在专门的动作捕捉摄影棚进行一些补拍,并最终把不同的素材拼到一起。

Pablo 为本片视效镜头拍摄制定了详细方案,在现场拍摄和后期制作阶段监督所有视效镜头的制作,同时他还是本片的第二组导演,负责威亚、动物和纽约市背景拍摄。作为视效总监,他在拍摄期每天 4 点半就得起床,因为所有人都在等着他来指挥。后期阶段,他每天早上要监督镜头小样制作,仔细检查每个镜头的质量,然后会个别地指导一些特效师完成制作。 

数字环境

影片高潮片段的纽约时代广场大战是完全 CG 制作的,视效团队成员在时代广场拍摄了大量的素材,回到公司后重建出影片中所涉及到的场景和建筑。举例来说,康泰纳仕总部楼顶实际尺寸不足以支撑动作戏实拍,因此整场打斗就都是数字制作的,同时为了让观众感觉到这是真实的楼顶,特效人员添加了一些标志性的广告牌、空调机之类的东西,最终,楼顶差不多 98% 都是 CG 制作的,特效人员认为这是一个趋势,也就是实拍的成分在成片中越来越少。数字制作的大楼为刚体模拟提供了方便,工业光魔采用内部软件来模拟大楼的破碎。整个街道也都是 CG 制作的,包括街上的人和车。

影片中两个经典的动作场面是 4 只神龟在下水道里和雪山上用龟壳滑行,工业光魔的特效团队使用了内部软件 Zeno 来做大规模雪花模拟,用 Houdini 做雪地的物理模拟,用内部软件 Plume 做烟雾和水蒸气效果。这些元素使用 RenderMan 进行渲染,最后由 Nuke 进行深度合成。

在渲染器的选择上,很多视效公司已经倾向于高性能、高质量的 Arnold,当然工业光魔也不例外,早在去年的《星际迷航:暗黑无界》里工业光魔就已经使用了 Arnold 作为主力渲染器。不过《忍者神龟:变种时代》完全是用 RenderMan 渲染的,这得益于 Pixar 近两年在光线追踪方面的技术进步,同时也体现了工业光魔作为 RenderMan 忠实客户的使用习惯。

肢体捕捉

CG 角色的肢体捕捉选用了工业光魔独有的 iMoCap 系统,这套系统诞生于《加勒比海盗 2:聚魂棺》,在《复仇者联盟》拍摄时得到大幅度升级。原本稀少的标记点已经改变为密密麻麻的三角型,也就是说演员身体上几乎任何一个地方的运动都可以被精确捕捉到。另外,最新版 iMoCap 还在演员关节处安置了二维码,这是为了区分不同的演员,避免肢体捕捉数据彼此混淆。

《加勒比海盗 2:聚魂棺》中的 iMoCap

《复仇者联盟》中的 iMoCap

《忍者神龟:变种时代》中的 iMoCap

针对 iMoCap,片场使用了 3 台高清参考摄像机,这些摄像机同步拍摄的视频经过三角测量原理进行解算后,就能计算出 iMoCap 捕捉服上每个点的三维空间位置,形成密集的点云,从而得知演员的肢体姿态和运动方式。肢体捕捉数据解算完后就可以用其驱动 CG 角色的骨骼绑定,从而完成 CG 角色的肢体动画。要把 CG 角色合成到场景中的正确位置,还需要反求出主摄影机(就是拍电影用的摄影机)的运动轨迹。 

特技演员的肢体捕捉是用于动作戏的,但是有些动作即便是特技演员也做不出来,这时候就只能由动画师借助关键帧动画来实现了。工业光魔制作的镜头里有 166 个是对话镜头,其他都是动作戏。武打动作主要由武术指导 Garrett Warren 设计,除此之外动画师也会自己捕捉一些动作,或者是参考以前的经典动作片。大致来讲,最终的肢体动画一半来自捕捉,一半来自关键帧,但捕捉数据始终是动画制作的基础和参照。 

面部捕捉

要让这群乌龟尽可能真实可信,就得为他们设计各自的性格特点,在影片中突出这些特点,从而令观众难忘。这就意味着工业光魔得开发全新的面部表情捕捉系统,这套被称之为「Muse」的系统花了 2 年的时间才研发成功。 

Muse 系统的头盔是根据演员头部 3D 扫描模型来制作的,每位演员都有专属的头盔,从而保证佩戴起来更舒适。头盔上的两台面部捕捉摄像头分辨率为 1280×720P,帧率为 30fps,分别拍摄演员左脸和右脸的细节变化。每台摄像头都配备了 8 个 LED 来照亮演员的脸,从而保证夜间弱光拍摄时也能捕捉到精确的面部表情数据。Muse 系统配套的电池、硬盘和无线传输设备都安置在演员的背部。

在进行面部表情捕捉之前,Disney Research 的 Medusa 系统对 5 位替身演员(不包括史莱德的演员)进行了 4D 面部扫描(3D+时间),演员们需要做出各种表情,Medusa 系统会自动生成某一表情对应的面部几何网格。团队会检查 Medusa 4D 扫描的视频,选择各种表情的最佳瞬间,并把对应的面部网格输入到工业光魔的面部动画制作系统 Fez。这种选择要尽可能的纯粹,笑就是笑,不要包含斜眼、耸眉之类的动作。

现场和摄影棚内补拍时,演员们只需戴着头盔,就可以随时记录下面部表情,每位演员脸上都画了 128 个标记点,Muse 团队会借助头戴摄像头捕捉到的画面解算出每个标记点的空间位置,然后参考 Medusa 扫描的面部网格,来驱动 Fez 中的面部绑定。Medusa 的扫描精度非常高,有时候达到上百万点,这让 Muse 团队能够准确地知道演员面部的皱纹、凸凹等,从而能够准确地将标记点位置重定向到面部绑定上。

由于影片的基调是喜剧片,因此导演会从不同的拍摄素材中挑选最喜感的部分组成完整的镜头,换句话说,一段对话的开头可能是在纽约拍摄的,第二部分是在 Digital Domain 的棚内拍摄,第三部分则在 House of Moves 的摄影棚。有时候第一句话是笑着说的,第二句话却是很严肃的表情,这种情况下 Muse 就发挥作用了。因为 Muse 跟以往的面部捕捉系统最大的不同在于,动画师可以精确控制面部网格每一部分的动画曲线。

以往的系统由于标记点较少,无法对捕捉结果进行后期编辑,也就是说以往的面部动画更像是一系列不同的网格形状排列在时间线上,动画师能够在网格基础上添加或删减一些东西,但无法改变网格本身的形状。而在 Muse 系统中,技术人员会将 Medusa 扫描的网格表情分解成 200 多个块,并分别解算为动画曲线,从而可以通过 Fez 的滑块来控制每块网格的变化,这使得动画师们能够更容易地像平时操作关键帧曲线一样操作 CG 角色的表情。这给导演和演员也带来了便利,即便是分段拍摄,最终也能组合成导演想要的镜头。

有时候,动画师需要的表情并没有现成的捕捉素材,或者他们想尝试一些新东西,这时候他们就会在工作间里相互进行表情捕捉,或者用关键帧动画来做。由于 CG 角色最终的动画来自于多条素材,并且是身体捕捉、面部捕捉和关键帧动画相结合的,因此能否编辑这些动画数据变得至关重要。另外,Muse 系统还能跟踪眼皮、嘴唇、瞳孔这些以往跟踪不到的东西。

要把演员脸上的细微差别传递到 CG 角色上,就需要模型师和绑定师根据演员的面部特点来设计 CG 乌龟的模型,这其中涉及到大量的技术和艺术环节,得让这些乌龟笑起来符合它们的物理特性,同时又十分迷人。在检查 Muse 解算数据的可靠性时,动画师会把解算出来的动态网格叠加到实拍的演员脸上,只有完美匹配的数据才能传递给 CG 角色,从而保证 CG 角色的表情准确无误。 

由于 Muse 是一套新系统,因此得由 6 到 8 名研发人员全程辅导特效师进行数据解算,并确保整套系统稳定运行。实拍期间,通常每天每个角色都会采集到 1TB 的数据,也就是说每天新增的数据量达到 4TB 至 6TB,这对数据管理来说是个考验,但这样的数据量是必须的,因为必须要获得演员们精确的面部表情和身体动作细节。工业光魔有 14 人专门负责表演捕捉,他们要随时待命,确保摄影机能够同步运转,确保摄影机校准工作顺利进行(每天都要校准两三次),确保标记点的位置准确,确保无线传输稳定。

对于《忍者神龟:变种时代》的制作过程,Pablo Helman 总结道:「如今视效技术越来越多地渗透到影片拍摄阶段,并且我们不是简单地搞点爆炸、烟火之类的,我们是影片的一部分,是为整个剧情服务的。我们与导演、编剧、演员和设计师共同完成了这部影片。事实上,我们这帮视效人之所以从事视效行业,就是因为我们想做电影,我们喜欢讲述故事,《忍者神龟》给了我们一个好机会。」

忍者神龟特效
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