3D в научпопе и анимированные 3D-реконструкции предков человека. С. Кривоплясов. Лекторий SciTopus. Часть 1⁠⁠

Сергей Кривоплясов – специалист по 3D-графике. Работал на крупных кинопроектах, таких как "Особо опасен", "Притяжение", "Легенда о Коловрате" и многие другие. Помимо кино, занимался разработкой компьютерных игр. Основным видом деятельности является – создание научно-популярных визуализаций, в частности, на тему эволюции человека. Из лекции Вы узнаете: как современные технологии помогают популяризаторам науки, как создавался ролик об эволюции человека и как будет выглядеть мультфильм для детей про эволюцию. Благодарим за помощь со съёмкой Лабораторию Научных Видео и всех причастных за организацию лектория и стенда на VK-Fest.

Стенограмму подготовили Эльвира Батдалова и Юлия Додина, волонтёры @SciTeam.

Сергей Кривоплясов: Всем добрый день, зовут меня Сергей Кривоплясов, я занимаюсь трёхмерной графикой, трёхмерной анимацией, в принципе компьютерной графикой в целом, но с упором на 3D-анимацию. Применяю широко свои навыки в кино для всевозможных визуализаций, эффектов анимации, также в компьютерных играх, ну и для нашего совместного с Антропогенез.ру (с научно-популярным порталом об эволюции человека) [проекта]. Мы сотрудничаем, мы создаём трёхмерные анимированные реконструкции предков человека. Но не только предков человека, также вообще эволюционное древо гоминид пытаемся визуализировать и воссоздать. Оно очень обширное, конечно, и работы нам предстоит ещё много на этом поприще, я надеюсь. Но прежде, чем приступать к нашей научно-популярной деятельности, где мы применяем трёхмерную анимацию, имеет смысл привести ряд примеров, как используется компьютерная графика в кино. Ну на мой взгляд, [одно из] наиболее интересных направлений — и сложных — это кино и компьютерные игры. Уделим несколько минут внимания кинопроектам. Для начала я покажу несколько наработок своих анимаций по проекту «Притяжение».

«Притяжение» – кинофильм Фёдора Бондарчука. Вот, мы видим несколько кадров оттуда, показ этих анимаций санкционирован генеральным директором компании Main Road Post. То, что вы видите здесь — это результат коллективной работы, то есть мы видим достаточно реалистичные видеоролики. Над этим работала целая студия, это московская компания Main Road Post, передовая в России, можно сказать, и в данных фрагментах я непосредственно делал анимацию, то есть движения персонажей, объектов, автомобилей, и так далее. Это один из наглядных примеров того, что сегодня делается на российском рынке в киноиндустрии, в области компьютерной графики. Сейчас мы проиграем фрагмент до конца и остановимся на некоторых его аспектах. Это было несколько сцен, достаточно случайно подобранных, и я могу сказать, что все, что мы здесь видели, сделано полностью с помощью трехмерной графики. Здесь не использована съемка, здесь все абсолютно смоделировано и визуализировано. Даже там, где кажется, что это как будто бы снято на камеру — на самом деле нет. Это сделано с помощью компьютерной графики. В чем вообще преимущество 3D над всеми остальными видами компьютерной графики? Это, несомненно, гораздо большие возможности по реализации каких-то визуальных идей, каких-то проектов. Во-первых, три измерения дают нам возможность увидеть сцену в объеме, то есть мы можем ее поворачивать как угодно, смотреть абсолютно с любого ракурса из трёхмерного пространства. Технология производства компьютерной анимации в 3D несоизмеримо сложнее, чем в 2D. Они более трудоемки, более дорогие и наиболее эффектные. Безусловно, будущее в анимации, в компьютерной графике лежит за 3D. Чем еще хороша, полезна и интересна трехмерная компьютерная графика — тем, что обладает очень большими возможностями по анимации персонажей. Эти персонажи могут быть абсолютно любыми, они могут быть вымышленными, это могут быть люди — то есть могут быть гуманоидные персонажи — а могут негуманоидные. Можно, в принципе, создать абсолютно любого [персонажа], то есть все, что наша фантазия способна породить — так сказать, богатство фантазии — мы можем реализовать с помощью компьютерной анимации, как в данном примере, который я покажу. Это был такой кинопроект — «Легенда о Коловрате» режиссера Джаника Файзиева, и вот чем этот проект был интересен? А он был интересен тем, что в нем было очень много компьютерной графики, это был огромный объем работы, можно сказать он существует — был сделан — с помощью графики, съемок было не так много. В этом примере мы видим такого медведя. Его решили сделать с помощью 3D. Почему? Потому что это просто, во-первых, дешевле, чем заставить настоящего медведя выполнять какие-то определенные действия, а во-вторых — ну таких медведей не бывает. В данном случае это такой фантазийный персонаж, далее мы увидим его сравнительные масштабы с актерами. Медведи подобного размера вымерли уже очень много десятков, тысяч и сотен тысяч лет назад. Это в нашем случае таких не бывает, это полностью выдуманный персонаж. А вот здесь будет дальше сцена битвы… Как мы видим, это не финальные кадры фильма, это кадры со съемок с хромакеем, с зеленым фоном, который вычищался, и, соответственно, дорисовывались фоны, дорисовывался медведь. И вот непосредственно происходит взаимодействие трехмерного персонажа в кадре с актерами, причем некоторые из этих актеров настоящие, реальные, а кто-то, как мы видим, в сетке — то есть заанимированы в 3D. На финальной картинке отличить кто настоящий, а кто ненастоящий практически невозможно. Это рабочие сцены, опять же, я подчеркиваю, что финальная картинка была плодом коллективного труда. Это делала компания Main Road Post, это делал большой коллектив высококлассных специалистов, непосредственно моя работа заключалась в анимации — это и движения медведя, людей, персонажей, и так далее. Это кадры близкие к финалу фильма, и мы видим, что персонаж неплохо прижился в кадре, и выглядят практически как настоящий, разве что его выдают чрезмерно большие размеры, потому что таких медведей не бывает, как я уже говорил. Последний актер был тоже трехмерным, в общем, это был ненастоящий человек. Дальше идут некоторые примеры анимации из самого фильма, они были в разных использованы сценах, в том числе в анимации массовки. Очень часто в кино массовка анимируется тоже с помощью 3D, то есть можно размножать людей, объекты, персонажей практически до бесконечности, пределов нет. В данном случае анимация лошади и всадника сделана полностью вручную, без использования технологий Motion Capture или каких-либо еще. Так что это сделано тоже, в общем, все руками. На самом деле, несмотря на высокую степень автоматизма в компьютерной анимации, очень много работы делается вручную. И она очень скрупулезная, очень кропотливая и очень сложная, отнимает очень много времени. И оттого она и стоит достаточно дорого, потому что работу специалистов тоже необходимо как-то оплачивать. В итоге финальный продукт получается довольно-таки дорогим, и об этом чуть позже поговорим. Вот такие два примера из кино, дальше можно привести пример из игрушек. Это довольно распространённое направление, наверное, наиболее широко используется графика именно в компьютерных играх, потому что все в них играют. Игр этих создается бесчисленное множество, далеко не все из них становятся успешными проектами, но тем не менее, это область которая знакома, наверное, всем. Не очень удобно мне работать с ноутбуком, сейчас я буду откладывать периодически микрофон и что-то показывать. Здесь мы видим персонажа, который шевелится примерно таким образом в игре. Это какая-то произвольная анимация из игрового движка, для которого разрабатывался персонаж. Данный игровой проект пока находится на стадии заморозки, но будем надеяться, что когда возобновится его финансирование, он выйдет на свет и его увидят люди. Эта игра под рабочим названием Reality. Мы можем наблюдать этого персонажа в трехмерном пространстве.

Здесь мы можем переключать процедурно анимационные клипы, это один из аспектов удобства трехмерной анимации. Это разные игровые анимации, которые используются в игровом движке, и можно их довольно удобно и быстро переключать. В трехмерной среде происходит анимация персонажа, в дальнейшем эта анимация экспортится (передается) в трехмерный движок, где персонаж уже определенным образом оживает, управляемый действиями игрока. Чем этот пример еще интересен — тот программный продукт, который использован в данной работе — он, в общем, уже давным-давно не используется нигде по ряду причин, но тем не менее, до сих пор он вполне себе работоспособен и можно создавать в нем любые проекты, и на этом персонаже [он] использован. Сейчас я буду употреблять всякую терминологию, очень заранее извиняюсь, потому что трудно обойтись без применения всевозможных специальных терминов, и если будут какие-то вопросы — потом, после окончания нашего разговора, можно задать и я попробую разъяснить как-то. Потому что действительно очень трудно постоянно думать о том, что есть какие-то термины, которые мне достаточно привычны, я ими оперирую постоянно, но кто-то может вполне себе справедливо не знать их. Этот персонаж управляется двойным так называемым скелетом, shadow rig’ом, что облегчает экспорт в программу, в движок, и не нагружает игровой движок лишним материалом. Внутри данного программного продукта можно делать практически любые манипуляции с анимацией. Эта анимация «запекается» — определенный термин, то есть она экспортится на другой, внешний скелет, и с этого с внешнего скелета удаляются связи с внутренним скелетом, и внешней скелет переходит в игровой движок. Это технология, которая позволяет делать практически для любого игрового движка анимацию. Это пример из компьютерных игр.

Ну ладно, наверное, закончим тогда с кино и с играми. Все это очень любопытно, но самая интересная сфера применения, на мой взгляд, в области популярной науки. Любые человеческие фантазии, которые мы видим в кино или в играх, никак не могут соревноваться по своей сложности, по своей многогранности и глубине с тем, что преподносит нам реальность. В том смысле, что именно научно-популярные визуализации, визуализации достижений науки, в частности в области эволюции человека — для меня лично является наиболее интересным направлением. И мы сейчас перейдем к нашим визуализациям. Уже где-то шесть лет подряд мы в составе с Антропогенез.ру, научно-популярным порталом об эволюции человека, создаем всевозможные визуализации. Начиная от каких-то роликов, где мы рисовали гоминида из Дманиси, неандертальца и так далее, и заканчивая более крупными проектами — у нас есть два мультфильма, шесть и восемь с половиной минут, и сейчас в производстве еще серии мультфильмов для детей. Об этом мы попозже поговорим, это будет тоже интересная и большая часть нашей лекции. Мы сейчас посмотрим наш мультфильм, который называется «Хомо Наледи». Мульт посвящен нашумевшей антропологической находке, [он] об очень своеобразном виде гоминид, принадлежащего к роду Homo, то есть это наши родственники, которые, впрочем, морфологически довольно сильно от нас отличаются как ростом, так и объемом мозга. Это Станислав Владимирович [Дробышевский] у нас вещает за кадром, он озвучивал.

Собственно, вот этот Homo naledi, и именно этот череп был использован в фильме, отсканирован, с автографом Ричарда Докинза. Да, это автограф Ричарда Докинза! Он поставил его, когда приезжал сюда, в Москву, на GEEK PICNIC в этом году. Чем интересна данная находка — нашли их в сети пещер Rising Star в Южной Африке, они каким-то образом — никто не знает [каким, хотя] есть гипотезы — но каким-то образом они пробирались в глубину пещеры через очень-очень узкие щели, и там целая куча костей оказалась в этой пещере. Ролик можно найти в интернете, просто вбив в поиск «Хомо Наледи». Закадровый голос — это Станислав Владимирович Дробышевский, наш знаменитый антрополог, он рассказывает о всяких особенностях данного вида, морфологических особенностях, ну и даже некоторые возможные его [Homo naledi – прим.] жизненные ситуации визуализированы в данном мультике. Мультфильм делался в течение, наверное, полугода где-то, в свободное от работы время. Вот мы видим этот череп, который собственно, у меня в руках. У этого гоминида очень интересная кисть, такая очень ухватистая, ну там Станислав Владимирович все рассказывает в этом мультике нашем. Вот этот научно-популярный мультфильм, созданный с целью популяризовать современные научные данные об эволюции человека. Homo naledi — очень интересная находка, и такой вот ролик мы сделали для того, чтобы как-то показать наглядно некоторые особенности его жизни, а также морфологию. Здесь экранизирована случайная встреча двух параллельных ветвей Homo — они просто, скорее всего, пересекались, об этом есть определенные гипотезы — и данная иллюстрация в несколько произвольной форме показывает возможную встречу этих особей. Погибнуть в зубах и когтях хищника для наших предков было вполне себе нормальным и распространенным исходом жизненного цикла, поэтому здесь в несколько такой смешной форме это показано.

Чем еще интересен проект – здесь очень много было реализовано технологий и способов изготовления. Например, мы ландшафты сделали в игровом движке, то есть мы экспортили туда камеру и визуализировали сначала ландшафт в игровом движке, потом складывали это с визуализацией, секвенцией кадров, которая рендерилась, просчитывалась на компьютере.

Данный проект «Homo naledi» стал возможен благодаря помощи частного лица, которое выделило деньги на этот проект с целью популяризации науки, но которое пожелало остаться неизвестным.

Это вот один из наших мультфильмов, который был сделан в прошлом году. Но у нас есть еще наш самый популярный мультфильм, он на youtube набрал 3,7 миллиона просмотров уже. Этот мультик сделан года два с половиной, наверное, назад. Его хронометраж 8,5 минут. Он уже иллюстрирует не конкретную особь, конкретный биологический вид, он показывает целую серию наших предков, начиная от проконсула, жившего около 15 млн. лет назад, заканчивая гейдельбергским человеком.

Да, собственно, вот и череп проконсула. Кстати, этот же экземпляр был использован для 3D-сканирования в данном мультфильме, то есть он здесь есть тоже. Практически все черепа, которые можно увидеть там на выставке (лежат в Биологическом музее им. Тимирязева), были отсканированы в 3D и помещены в наш мультфильм.

Данный мультфильм тоже был сделан в свободное от работы время, в течение, наверное, месяцев девяти, примерно. То есть, это тоже такой проект на добровольческих основаниях. Но единственное что, на этот проект нам помогал собрать средства Дмитрий Юрьевич Пучков, который aka Гоблин, как его называют. И три года назад мы собрали деньги, какую-то определённую сумму, и благодаря этому тоже данный проект оказался возможным.

Собственно, вот он — этот череп. Мы отсканировали, мы специально приезжали в Биологический музей на выставку, и нам предоставили черепа для трёхмерного сканирования, которые мы потом поместили в наш мультфильм и сделали по этим черепам реконструкции. То есть доля фантазий и ошибок всегда есть, но в целом [реконструкции] достаточно правдоподобны в том смысле, что мы базировались на черепах, которые были взяты с этих реконструкций.

Это ардипитек, собственно. Это очень интересный тоже биологический вид. Данная обезьяна обладала признаками прямохождения одновременно с признаками лазания по деревьям. То есть, как раз примерно в те времена совершался постепенный, конечно, очень постепенный переход: слезание с деревьев и переход к прямохождению. Прямохождение зародилось, естественно, раньше, но это один из ярких примеров. Был бы Станислав Владимирович, он бы, наверное, меня скорректировал, но, примерно, грубо выражаясь, как-то так.

Это австралопитек. У нас немножко другая черепушка использована, но это тоже. Это afarensis. Люси, да.

В данном мультфильме тоже сделано — поскольку это такой проект добровольческий, так сказать, и создан на энтузиазме с целью популяризации науки — здесь тоже делалось очень многое на коленке и тоже применялось очень много разных технологий. Здесь как ручная анимация, так и Motion Capture, которые мне помогла сделать одесская студия «Ватага». Они для меня бесплатно записали серию анимаций, снятых с актёра. Но бОльшая часть анимаций сделана, конечно, вручную. Здесь также использовался трёхмерный игровой движок для фонов, бэкграунд. В общем, грубо говоря, такая сборная солянка из разных методов и способов изготовления.

Это Homo habilis. Здесь показывается, как он изготавливает каменные орудия труда. На экране видно плохо, но, опять же, в интернете можно вбить на youtube’е «Эволюция от обезьяны к человеку», и сразу выпадет наш мультик.

Это Homo ergaster, следующий, Турканский мальчик. То есть, мы тоже взяли череп и, собственно, по нему выстроили модель.

Это дейнотерий, родственник слонов древних. В общем, здесь в такой произвольной форме иллюстрируется охота на крупных животных. Безусловно, это не лишено оснований, когда люди уже начинали охотиться коллективно.

Здесь немного сместилась челюсть нижняя при сканировании, но в общем, «это не баг, а фича», как говорят программисты.

Это гейдельбергский человек. Здесь реализована сцена поедания его ursus’ом deningeri’ем, медведем Денингера.

Можно было бы в этом мультфильме, конечно, сделать ещё больше реконструкций, но это достаточно трудоёмко и, скажем так, эволюционное древо человека — пышный куст, он слишком огромен, чтобы всё это уместить в подобном короткометражном произведении. Эволюция представляет не столько какую-то магистраль определённую, сколько пышнейший эволюционный куст, где на одной какой-то веточке сбоку находится Homo sapiens, как один из представителей отряда приматов.

Это были два наших мультфильма, сделанные за последние два-три года. Сейчас я ещё покажу несколько коротеньких роликов, и можно будет непосредственно показать, как это выглядит в трёхмерном пространстве, то есть, так сказать, кухню процесса.

Собственно, эта первая реконструкция в полный рост, сделанная в 2014 году. Это гоминид из Дманиси, пятый череп из Дманиси, найденный в грузинском селе. Это были такие коренастые гоминиды, ростом 1,5 — может быть, 1,6 метра с объёмом мозга около 500 «кубиков».

Собственно, вот он — дманисец, череп. Здесь достаточно произвольно сделан его торс и волосяной покров. Но форма черепа, морфология достаточно точна, и мы со Станиславом Владимировичем и с Александром Соколовым довольно долго шлифовали эту форму, подгоняя её под фотографии черепа в разных проекциях. Я сейчас покажу, как это было, у меня сохранены этапы работы.

Это какие-то его первые итерации, где он больше похож, скорее, на нашего соплеменника, которых можно увидеть довольно много, выйдя на улицу вечером. Но он здесь вышел не совсем правильный по ряду морфологических признаков. И дальше я покажу несколько картинок — видно, как мы доводили его форму, дорабатывали до формы черепа.

Это эскиз художника Романа Евсеева. Он тоже нам помог тогда, так сказать, сориентироваться.

Это — уже близкая к финалу реконструкция, но здесь слишком развит мозговой отдел и надбровье недостаточно крупное. В чём отличие ещё, помимо мозгового отдела и надбровных дуг, это прогнатизм. То есть, у сапиенсов есть ярко выраженный подбородный выступ, у этих товарищей его не было, у них у всех покатые подбородки, как у хабилисов и так далее. Здесь видно, что мозговой отдел слишком большой, мы его уменьшали-уменьшали и пришли практически вот к такому виду, финальному, где видно, что у него действительно был очень маленький мозг, практически как у шимпанзе, чуть больше, может быть.

Но это были вполне себе прямоходящие ребята, которые тоже представляют параллельную [ветвь], нашего родственника из рода Homo. Это Homo georgicus.

Это уже кадры из финальной визуализации.

Здесь такие несколько произвольные выражения лица, морды то бишь, у данного гоминида. Просто ему был сделан лицевой риг (риг — это оснастка, кости-контроллы, которыми можно управлять, деформировать сетку, придавать ей определённую форму, в том числе риг используется для лицевой анимации). Вот такой у нас дманисец.

Продолжение