3D в научпопе и анимированные 3D-реконструкции предков человека. С. Кривоплясов. Лекторий SciTopus. Часть 2⁠⁠

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.

Начало

У нас ещё был интересный Homo neanderthalensis, неандерталец. Прототипом этого неандертальца послужил череп из Ла-Шапель-о-Сен, которого реконструировал в своё время Герасимов. Кстати говоря, я не упомянул при показе мультфильма про Homo naledi, что я ездил в Лабораторию антропологической реконструкции имени Герасимова, где мне заведующая лабораторией (это вот неандерталец у меня в руке) Елизавета Валентиновна Веселовская давала очень подробные комментарии и помогла избежать ошибок при реконструкциях.

Это я подчёркиваю, что данные реконструкции создаются при поддержке специалистов. Я в данном случае являюсь сугубо специалистом по компьютерной анимации. Естественно, какие-то прикладные знания у меня есть, они должны быть, но без помощи специалистов, таких как Станислав Владимирович Дробышевский и Елизавета Валентиновна Веселовская, точность реконструкций была бы существенно ниже. Вот это неандерталец, вот его череп, тот самый из Ла-Шапель-о-Сен, немножко доработанный, реконструированный.

У нас ещё была на сайте Антропогенез.ру виртуальная галерея черепов. Я думаю, она и сейчас есть, просто там неочевидно, можно ссылочку какую-то сделать. Там ряд трёхмерных реконструированных черепов разных видов, их все можно покрутить, «пощупать», рассмотреть.

Ну и, наверное, к самому интересному сегодня перейдём… А хотя, я ещё хотел показать примеры, как мы применяем нашу графику — на примере всевозможных заставок, роликов. Например, если вы видели форум «Учёные против мифов», то у нас там в качестве заставки используется трёхмерная модель Станислава Владимировича Дробышевского, нашего антрополога, который ездит верхом на динозаврах. Вот данный динозавр — это модель сделал Влад Константинов, это наш очень известный в России специалист по динозаврам. Он делает их практически лучше [всех] в мире. Собственно, это вот [так] выглядит наш ролик.

Форум называется «Учёные против мифов» и заставка, так сказать, иллюстрирует то, чего никогда не могло быть, то есть люди никогда не могли ездить верхом на динозаврах, потому что между ними пропасть в десятки миллионов лет, между этими биологическими видами. Вот так.

В трёхмерном пространстве это выглядит невизуализированным примерно таким образом. У нас есть ещё тираннозавр, тоже автор Влад Константинов. Вот они в трёхмерной сцене все ходят и всячески живут.

Теперь перейдём к нашему текущему проекту, который сейчас находится на стадии производства. Сейчас мы с Антропогенез.ру задумали сделать серию детских мультфильмов. Это один из жанров, который мне давно хотелось попробовать, поработать в таком направлении. И мы сейчас, можно сказать, почти заканчиваем работу над первой серией из трёх, на тему эволюции человека. Данный проект стал возможен благодаря Планете.ру, потому что мы собирали средства на этот проект с помощью краудфандинга, и в этом нам помогла Планета.ру. В общем, где-то осенью, наверное, мы уже планируем показать первую серию. Это будет три серии образовательных мультфильмов об эволюции человека, для детей подчёркиваю.

Было интересно попробовать этот жанр. У нас вообще планов много и много очень направлений, в которых мы уже делали какие-то проекты, но мы хотим расширять сферу деятельности. И данные мультфильмы для детей, анимации именно в таком анимационном ключе, с подчёркнуто утрированными пропорциями, утрированными персонажами, чтобы это было понятно и интересно детям.

Можно показать ещё пример. Прежде чем начинать этот проект, я проводил серию тестов. В частности, взял несколько фрагментов диснеевского мультфильма и решил их повторить. Ну, прежде чем браться за какой-то проект, нужно «прощупать», так сказать, почву, то есть, попробовать себя в этом. И в общем, получилось как-то вот так. Слева — это оригинал, справа — это наш анимационный тест. В том числе, здесь была задача повторить липсинг. Липсинг — это движение мимических мышц персонажа, которые должны совпадать с голосом, с озвучкой, соответственно.

После того как я провёл эти тесты где-то год назад, мы решили-таки начать этот проект для детей, потому что это тоже направление, которое мы будем развивать.

Сейчас покажу, наверное, как это выглядит в сцене.

Это один из основных персонажей нашего мультфильма — учёный шимпанзе. Многие шутят, что его прообраз мы сделали со Станислава Владимировича Дробышевского. Нет, это не так, это просто вымышленный персонаж. Это его анимационно-деформационный риг, то есть «скелет», который позволяет нам делать анимацию. Вообще, стоит подчеркнуть, что анимация — это довольно сложный процесс кропотливой работы. Часто на youtub’е пишут в комментариях, что кто-то там взял бы и сделал всё в десять раз лучше за считанные часы и дешевле в десять раз, чем мы это делаем. Нет, это не так, это всё признаки дилетантизма полного, когда человек никогда не принимал участия ни в каких проектах. Это такие «диванные генералы» youtub’а пишут иногда.

Это просто иллюстрация. Может быть, это тоже будет интересно, как понимает это машина. В данном случае мы видим вот эти ноды, вот эти все штучки. Это фрагмент (вот он выделился жёлтым) — это фрагмент лицевого рига, то есть, это «кости», которые искажают, деформируют сетку, и контроллы, которым мы придаём движение. Причём, что интересно, каждый из контроллов имеет шесть параметров. В принципе, он имеет девять параметров, но в данном случае [используется] шесть параметров — это вращение по трём осям и перемещение по трём осям. Вот здесь параметры «translate», «rotate». Ещё есть «scale» – это шкалирование, масштабирование, но не суть, в данном случае не столь важно.

Чтобы подчеркнуть, так сказать, глубину и сложность данного процесса, мы видим много разных нод. Какие-то из них относятся к скелету непосредственно, какие-то к материалам и свойствам поверхности. То есть, например, в данном случае мы видим «ветку», алгоритм, он относится к лицевой части. Это параметры, свойства привязки геометрии объекта к деформирующим его «костям». В каждом из этих разделов (нод) есть подобное древо из алгоритмов нод.

Есть материалы — это то, как отображается данный объект, как[ие] свойства поверхности, как мы видим финальный результат. В данном случае это материал головы. Здесь тоже всевозможные ноды. Каждый из шейдеров выглядит вот так. Это уровень, на который мы можем углубиться, в данном программном продукте он достаточно глубок. Здесь применяется такой софт как «Houdini», это низкоуровневый продукт. Низкоуровневый — не в смысле, что он какой-то простой, а наоборот. Его сложность позволяет на очень низком уровне создавать глубоко детализированные изображения. То есть, это не игровой компьютерный движок, куда загружаются уже готовые модели, готовые анимации и готовые ландшафты, и просто объекты можно переставлять — это высокоуровневый продукт. «Houdini» – это низкоуровневый продукт, это такая трёхмерная среда программирования трёхмерного пространства.

Можно привести ещё пару примеров, как мы делаем анимацию. Анимацию я делаю как вручную, так и с использованием видео референсов. Видео референсы — это когда мы записываем на видеокамеру живого человека — актёра — подставляем это в трёхмерное пространство и по видеоряду, по секвенции кадров делаем анимацию персонажа.

Вот в данном случае мы видим, что персонаж повторяет движения актёра, только без липсинга. У нас на том этапе ещё не было разработана технология, которая сейчас, впрочем, у нас уже поставлена на конвейер.

Это деформационные тесты. Когда мы привязываем сетку к деформирующим её «костям», то нам, чтобы убедиться, что это всё правильно работает, правильно деформируется, нужно проводить определённые тесты. Это выглядит очень забавно и смешно, но тем не менее, это такой важный этап производства. Кто как, по-разному делает, я применяю это так, в таком виде.

У меня ещё где-то был пример с липсингом… Липсинг — это движение мимических мышц, как персонаж синхронизируется с голосом. Вот сейчас программа отсчитает нам мувик. Это актёр, диктор Евгений Прохоров, который озвучивал нашего главного героя мультфильма, учёного шимпанзе.

То есть, мы отслеживаем движение мимических мышц диктора и переносим их на трёхмерную модель. В результате получаем относительно реалистично выглядящие анимации.

Это фрагментик из нашего мультфильма, у нас есть такой вот персонаж — горилла. Конечно, я не буду показывать монтаж всей сцены, иначе потом будет неинтересно, но какие-то фрагменты можно показать. У нас в первой серии пять сцен, три из них сделано, четвёртая уже на стадии разработки и пятая — в общем, тоже, потихоньку начинаем работать над ландшафтом.

Вот это горилла Маруся, персонаж нашего мультфильма. Можно показать этапы её производства, как она была сначала на стадии эскизов.

То есть мы придумывали персонажа, искали образ, художники рисовали, мы выбирали разные варианты. В итоге горилла у нас получилась вот такая, но мы изменили ей масштаб, и финально получился персонаж, выглядящий вот так. Он уже живой, уже анимируется и производит всевозможные действия в кадре.

Вот в качестве примера можно привести ещё… Вот мы с вами посмотрели, как делается анимация людей, то есть бипедальных гуманоидных персонажей, как делается липсинг — анимация лица. Вот у нас есть животные. В нашем мультфильме есть такой вот махайрод, саблезубый товарищ. Он в трёхмерном пространстве выглядит вот таким образом. Данный риг — как мы уже знаем, это анимационный скелет — позволяет использовать анимационные клиппы. Клипп — это заранее сохранённая анимация, которая применяется на скелет, в дальнейшем можно её редактировать и так далее. Можно считать клипп с другого животного, и наш леопард сразу побежит.

Единственное, что могу сказать, данная модель обладает немного другими пропорциями тела, конечностей и так далее, поэтому анимация немного неправильно выглядит. Чтобы наглядно проиллюстрировать работу аниматора в 3D, я покажу, как это выглядит, как это понимает машина.

На самом деле, вся сложность локомоции организмов — живых существ, человека, животных — в общем, выражается не так уж и сложно. В значительной мере преобладают синусоиды в наших движениях. Вот я могу показать — это один из шести параметров, которые регулируют движение тела, центра масс данного персонажа. Это перемещение по вертикальной оси Y, которое задаёт основное движение в данном типе локомоции. Есть также и другие параметры, которые можно наблюдать: движение головы, например. Если вы обратите внимание, практически всё это синусоиды. То есть, вся сложность локомоции животного, как и человека, выражена, в общем-то простыми синусоидами. То, как понимает это машина. Вот, например, таз тоже выглядит таким образом. Понятно, что можно детализировать анимацию до бесконечности, но в основе лежат такие синусоиды.

В трёхмерной анимации используется такая вещь, как интерполяция. То есть, мы проставляем на графики точки-ключи, ключевые точки-значения, точки экстремума на графике, и между ними происходит интерполяция. То, что генерит уже сама машина. Параметры интерполяции можно задавать с помощью tangent (видите, я изменяю кривую). Можно изменять кривые, делать типа Безье, можно константные кривые… Способов в 3D-анимации и уровней, так сказать, управления этим довольно много. Имея достаточно средств для какого-либо проекта, можно реализовывать очень сложные задачи.

Вот, кстати, как раз имело бы смысл поговорить о некоторых сложностях и о не совсем верном понимании. Дело в том, что мы собирали деньги на первую серию, и у нас одна серия стоит примерно 500 тысяч рублей. На самом деле, для 3D-анимации это смешные деньги, потому что работа происходит несколько месяцев, над мультфильмом работает много разных специалистов, и подобные бюджеты — можно с таким бюджетом создать какой-то проект только если — как правильно выразиться? - на большом энтузиазме. Мы не можем позволить себе даже закупить какое-то серьёзное оборудование для людей, потому что компьютеры стоят 200 тысяч, а нужно покупать софт, который стоит… То есть, если говорить о производстве такого проекта, анимационного для детей, то стоимость будет несколько миллионов рублей. Мы создаём наши проекты, в общем, на голом энтузиазме практически. Конечно, краудфандинг, который был организован с помощью Планета.ру, безусловно это большая поддержка со стороны людей неравнодушных, которые помогают нам, в том числе рублём, создавать наши мультфильмы, визуализации, реконструкции и так далее.

Я бы ещё чего-нибудь показал бы, но уже пора закругляться. Поэтому если у кого есть вопросы, давайте задавайте.

Ведущая: Сергей, спасибо большое за интересную лекцию. По-моему, практически полный зал собрали, это отлично. Есть два вопроса к вам.

Первый вопрос. Скажите, почему вы выбираете именно 3D-анимацию, если 2D-анимация гораздо проще. В чём различие и сложность? Не про фильмы, а например, про мультфильмы, в том числе научно-просветительские.

Сергей Кривоплясов: 3D-анимация обладает гораздо большими возможностями, потому что наличие трёхмерного пространства, третьего измерения сразу закладывает, так сказать, большой пласт возможностей. Плюс эти технологии развиваются, они более интересные, они дают более яркий и эффектный результат. В общем, мы видим, что анимация практически везде в мире делается с помощью 3D. Потому что эти технологии усложняются, эти технологии постоянно растут, уровень специалистов растёт, опыт нарабатывается. И это интересно.

Ведущая: Спасибо. А второй вопрос такой. Говорят, что игровые движки позволяют проще и быстрее делать 3D-анимацию, правда ли это?

Сергей Кривоплясов: Только лишь на таком, как бы самом поверхностном уровне и на не очень серьёзных проектах. Грубо говоря, никакого уникального продукта создать, вот так вот, взяв игровой движок и набросав на ландшафт каких-то готовых моделей из каких-то библиотек, - ничего уникального с помощью этого создать нельзя, можно лишь делать какие-то несложные визуализации.

Но при этом надо подчеркнуть, что на самом деле возможности игровых движков очень велики, то есть использование GPU-рендера просчёта с помощью не ЦПУ, не процессора, а именно видеокарты, в том числе даже на таких проектах, как наши. Мы тоже их применяем и уже неоднократно.

Ведущая: Спасибо. А теперь ваши вопросы.

Вопрос: Спасибо большое за лекцию. У меня такой вопрос. У вас был кадр, где переносится движение актёра непосредственно на анимационную модель. И то, что я до этого видела — обычно ставятся какие-то яркие контрастные точки, для того чтобы зафиксировать, затрейчить движение. А в этом случае я этого не увидела. Собственно, как вы трейчили движение и так далее?

Сергей Кривоплясов: Это вот как раз Motion Capture, когда снимается, то ставятся маркеры и отслеживаются, оттрейчиваются. В данном случае всё сделано руками, то есть эта анимация по видеореференсам. Это такой очень примитивный аналог, может быть не аналог, а альтернатива мокапу, потому что Motion Capture снять качественно — это дорого. Есть способы сделать довольно плохо выглядящий мокап, который будет отражать тайминг, будет отражать позы, но в целом не будет выглядеть достаточным образом художественно и красиво. Есть подход более примитивный, но он более профессиональный, я бы так сказал. Анимация по видеореференсам очень широко используется в мире, даже самыми крутыми аниматорами. В общем, в данном случае это ручная работа. Смысл в том, что мы в качестве фона подкладываем движения реального человека, актёра, и буквально руками выставляем каждый контролл, в каких-то ключевых кадрах между ними интерполируется движение, мы уточняем это движение и так далее. В принципе, так работали даже аниматоры ещё при Советском Союзе, в Диснее так работали. Снимали видеореференсы, потом по ним отрисовывали руками. Эта технология применяется и в 3D, а Motion Capture – это более дорогой, более сложный способ. Нет, не сложный, более дорогой скорее.

Ведущая: Отлично. Следующий вопрос? ... Тогда можно я ещё один задам? Потому что мне вдруг в процессе стало интересно.

Где учились, Сергей, и это ваша основная специальность? То есть, вы получали образование или вы самоучка? Если да, то, может быть, кому-то будет интересно. Может быть, порекомендуете, с чего начать, потому что ваше выступление довольно вдохновляющее. Может быть, кто-то захочет попробовать себя в 3D-анимации.

Сергей Кривоплясов: Я могу сказать, что системы образования в России как таковой в принципе не существует, потому что вообще трёхмерная графика и анимация — это такая индустрия, которая, в общем-то, моложе, чем я сам. Учился я сам, на разных проектах, за последние пятнадцать лет работал со многими режиссёрами, такими как Бекмамбетов, Джаник Файзиев, Бондарчук и так далее. То есть, опыт основной я получал в кино, который я потом стал применять для создания научно-популярных визуализаций, роликов, мультфильмов.

Учиться? Ну я обучался, начинал работать… не работать, а именно изучать графику в 1995 году с помощью программы Autodesk Animator, то есть я сам был ещё маленький, рисовал какие-то примитивные мультики. Потом появилось 3D, я стал изучать 3D, и так вот пошло дальше. То есть, если кто-то хочет этому научиться, очень много материалов, уроков на зарубежных форумах. Если есть знание английского языка, если «дружите» с компьютером, то, конечно, можно всему научиться. Нужен талант и нужно большое-большое упорство, чтобы чего-то добиться.

Ведущая: Отлично. Вам предстоит выбрать лучший вопрос. Напомню все: различие 2D и 3D в сложности; игровые движки для упрощения анимации; перенос движений разными способами, то есть ручная и неручная и про то, как вы пришли в эту профессию.

Сергей Кривоплясов: Ну вот актуальный вопрос девушка задала про различие Motion Capture и видео референс. Я думаю, что так.

Ведущая: Отлично. Анастасия получает книжку. Спасибо большое вам.

Сергей Кривоплясов: Вам спасибо.