پیشرفت تکنولوژی در انیمیشن های کامپیوتری

مروری بر چالش ها و تکنولوژی های استفاده شده در انیمیشن های پیکسار از «داستان اسباب بازی» تا «دایناسور خوب»

پيكسار از زمان تاسيس، راه حل هاي مهمي را در بكار گيري گرافيك هاي كامپيوتري براي ساخت فيلم بوجود آورده است و در همين راستا اين شركت بهترين استعداد هاي جهان را در اين زمينه جذب نموده است. تيم هاي فني و خلاق پيكسار از سال ۱۹۸۶ با هم همكاري نموده و سه سيستم نرم افزار اختصاصي بسيار مهم را توسعه داده اند :

۱- ماريونت (Marionette)، يك سيستم نرم افزار انيميشن براي مدل سازي، انيميشن و نور پردازي

۲-رينگ مستر (Ringmaster)، يك سيستم نرم افزار مديريت توليد براي زمان بندي، هماهنگ سازي و پيگيري يك پروژه انيميشن كامپيوتري و

۳-  رندرمن (RendrMan) يك سيستم نرم افزاري رندرينگ براي ايجاد تصوير با كيفيت بالا و مشابه واقعي كه پيكسار براي کارهي مورد استفاده قرار مي دهد و امکان استفاده از آن را با مجوز به شخص ثالث ميدهد.

در سال ۲۰۰۱ هيئت مديره آكادمي هنرهاي تصاوير متحرك و علوم، بهترين جايزه آكادمي(Oscar) را به اد كتمول (Ed Catmull) رئيس، لورن كارپنتر دانشمند ارشد و راب كوك معاون مهندسي نرم افزار، براي پيشرفت هاي قابل ملاحظه و چشمگير در زمينه رندرنيگ تصاوير متحرك كه در نرم افزار رندرمن پيكسار تبلور يافته، اعطا كرد. در سال۲۰۰۲، اتحاديه توليد كنندگان فيلم آمريكا، جايزه اول افتتاحيه اتحاديه را به پيكسار اعطا نمود كه دستاورد هاي چشمگير پيکسار در زمينه رسانه و تكنولوژي جديد را ثابت مي کند.

پيكسارمعتقد است كه تکنولوژي اختصاصي اش به انيماتورها اين امكان را مي دهد تا حركت شخصيت ها و چيدمان ها را در هر فريم بطور دقيق كنترل نمايند و بيانگر يك راه حل اساسي در هنر انيميشن است. حاصل آن يك «نگاه و حس» جديد به تصاوير با كيفيت، غني و زيبا و هيجان انگيز است كه دراين صنعت منحصر بفرد مي باشد. پيكسار به سرمايه گذاري كلان در اين سيستم هاي نرم افزاري ادامه مي دهد و معتقد است كه پيشرفت هاي بعدي منجر به افزايش بهره وري و بهبود كيفيت در ساخت فيلم هاي انيميشن كامپيوتري و محصولات ديگرش خواهد شد. تكنولوژي پيكسار همچنين تغيير، ويرايش و استفاده مجدد از تصاوير انيميشن را تسهيل مي كند و به كاهش ساعت كار و هزينه هاي توليد فيلم كمك مي كند.

 نگاهی به چالش ها و تکنولوژی های استفاده شده در انیمیشن های پیکسار از اولین انیمیشن تمام کامپیوتری «داستان اسباب بازی» تا انیمیشن «دایناسور خوب»

داستان اسباب بازي كه در ۲۲ نوامبر ۱۹۹۵ به نمايش در آمد، بيانگر دستاوردهاي بيش از ۹ سال خلاقيت و تکنيک مي باشد. اين فيلم تحسين فراوان بينندگان را به همراه داشت و پرفروش ترين فيلم ۱۹۹۵ بود و ۳۶۲ ميليون دلار فروش داشت.

مو و خز در انیمیشن «شرکت هیولاها» (۲۰۰۱)

«شرکت هیولاها» سال ۲۰۰۱ به روی پرده سینماها رفت. تولید این فیلم حدود سه سال طول کشید. این انیمیشن کامپیوتری با هزینه ۱۲۰ میلیون دلار تهیه شد و در سطح جهانی حدود ۵۰۰ میلیون دلار فروش کرد.

قبل از انیمیشن شرکت هیولا ها، در هیچ یک از انیمیشن ها داستان اسباب بازی ۱ و ۲ و همچنین زندگی یک حشره، بدن و یا سر کاراکتر ها مو نداشت. به دلیل اینکه ساخت یک سطح پوشیده از هزاران و یا میلیون ها تار مو، و همچنین محاسبات مربوط به نورپردازی و سیمولیت آن ها به نحوی که کاملا واقعی به نظر برسد از عهده کامپیوتر ها و نرم افزار ها خارج بود.

مو و خز مهمترین چالش در ساخت انیمیشن شرکت هیولاها بود که پیکسار با استفاده از کامپیوتر های بهینه شده و ارتقای قدرت نرم افزاری توانست از این سد این چالش به خوبی عبور کند.

آب در انیمیشن «در جستجوی نمو» (۲۰۰۳)

قریب به سه سال از دهه‌ی اول دو هزار میلادی سپری شده بود که دوستداران عرصه ی انیمیشن شاهد نقش بستن تصاویر در جستجوی نمو یکی دیگر از شاهکارهای پیکسار بر پرده ی سینماها بودند.

در ۳۰ می ۲۰۰۳ جهان به نظاره انیمیشنی می نشست که از نظر تکنیک های انیمیشن سازی یک سر و گردن از آثار سه بعدی پیش از خود بالاتر بود و سبکی نو را در مقابل دیدگان جهانیان قرار می داد.

«در جستجوی نمو» اثری است شگرف که در کنار توصیف جهان زیبای زیر آب‌ها با هدف آموزش فلسفه و ایدئولوژی به کودکان پا به عرصه‌ی سینما نهاده است. سینمایی که امروزه با ترکیب آموزش و تفریح بستری برای ارائه ی فلسفه به کودکان و بزرگسالان فراهم ساخته است.

هنرمندان‌ استودیوی‌ پیكسار برای‌ ساخت‌ انیمیشنی‌ درباره‌ دنیای‌ زیر آب، مستقیماً به‌ منابع‌ مورد نیاز خود مراجعه‌ كردند. اندرو استانتن‌ و دوستانش‌ علاوه‌ بر دیدار از آكواریومها، رفتن‌ به‌ سراغ‌ آبشارهای‌ كالیفرنیا و هاوایی‌ و مطالعه‌ مستندهایی‌ درباره‌ ماهی‌ و دنیای‌ زیر آب، یك‌ آكواریوم‌ غول‌پیكر هم‌ در خود استودیو مهیا كردند تا از نزدیك‌ به‌ مطالعه‌ زندگی‌ ماهیها بپردازند. انیماتورهای‌ پروژه‌ هر زمان‌ كه‌ نیاز داشتند می‌توانستند با خیره‌ شدن‌ به‌ موجودات‌ زنده‌ درون‌ آكواریوم‌ از حركات‌ آنها برای‌ كارشان‌ الهام‌ بگیرند.

دنیل فینبرگ، مدیر فیلمبرداری پیکسار میگوید:

بخش عمده فیلم «در جست و جوی نمو» زیر آب می‌گذرد. اما چطور ما این کار را کردیم؟

در تحقیق اولیه ما کلیپی از نماهای زیرآب تهیه کردیم و آن را در کامپیوتر دوباره سازی کردیم. بعد دوباره وقت گذاشتیم ببینیم کدام عناصر آن شکل زیرآب را می‌سازند. یکی از عناصر بسیار مهم چگونگی سفر نور از میان آب بود. بنابراین نوری را کد نویسی کردیم که این فیزیک را تقلید می کرد– نخست، قابل رویت بودن آب را، و بعد آنچه با رنگ رخ می‌داد. اشیا نزدیک چشم رنگهای کامل و غنی دارند. هنگامی که نور در اعماق آب سفر می‌کند، طول موج قرمز را از دست می‌دهیم، بعد طول موج سبز، می‌مانیم با آبی در اعماق دورتر.

دو عنصر مهم دیگر. نخست موجهای پشت سر هم و بالا آمدگی است، یا جریان زیرآب غیرقابل رویت است که تکه‌های ذرات اطراف آب را پیش می‌راند. دومی پهنه‌ی پرتو بازتاب شده است. اینها نوارهایی از نور هستند، مثل آنچه شاید در ته استخر ببینید، و زمانی تشکیل می‌شوند که خورشید از لای پوسته‌ها از لای امواج و سطح ناهموار اقیانوس می‌گذرد. اینجا انوار مه را داریم. این به ما نشانه‌هایی از عمق رنگ را می‌دهد، اما همچنین می‌گوید کدام جهت در نماهایی که سطح آب را نمی‌بیینم بالاست. چیز واقعا جالب دیگری که در اینجا می‌توانید مشاهده کنید این است که آن خرده ریز را تنها با پهنه‌ی پرتو بازتاب شده روشن می‌کنیم، تا در حالیکه از آن نوارهای نور تو می‌رود و بیرون میاید، در حالیکه ظاهر و گم می‌شود، به فضای زیرآب درخششی جادویی و نامحسوس می‌بخشد.

می‌توانید چگونگی بکارگیری علم را از سوی ما ببینید– فیزیک آب، نور و حرکت– برای مقید کردن آن آزادی هنرمندانه. اما اسیر ان نمی‌شویم. هر یک از این عناصر را بررسی کردیم و کدام یک باید از جنبه علمی دقیق باشند و کدام یک را می‌توان مناسب با داستان و حال و هوای آن تغییر داد.

قابل رویت بودن آب را به هر چیز دیگری که در زندگی واقعی مشاهده خواهید کرد، الویت دادیم. زیرا در آخر، تلاش ما در جهت خلق دوباره دنیای واقعی بر اساس حقایق علمی نیست، ما تلاش در خلق دنیایی باورپذیر داریم، دنیایی که مخاطب بتواند خودش را با تجربه داستان یکی کند.

انسان ها در انیمیشن «شگفت انگیزان» (۲۰۰۴)

در انیمیشن های قبلی پیکسار شاهد این بودیم که بیشتر کاراکتر ها غیر انسانی هستند و تنها هر از چند گاهی در انیمیشن ها کاراکتر های انسانی را می دیدم. در انیمیشن شگفت انگیزان که در سال ۲۰۰۴ اکران شد شاهد آن بودیم که این انیمیشن پر از کاراکتر های انسانی بود. چالشی که پیکسار با آن روبرو بود به دلیل اینکه بیننده ها به سرعت می توانند تشخیص دهند که کدام یک از جنبه های کاراکتر مخصوصا صورت آن ها مصنوعی است یا طبیعی.

پیکسار باید برای هر چه واقعی تر نشان تر دادن کاراکتر ها تمام جنبه های انسانی از جمله ماهیچه ها، چربی، حرکت و پوست را خلق می کرد و تیم ریگینگ پیکسار باید کار خود را به نحو عالی انجام می داد. به طور متوسط هر یک از کاراکتر ها بین ۱۰۰۰ تا ۱۵۰۰ کنترل داشتند و انیماتور ها برای هر چه طبیعی تر شدن حرکات کاراکتر ها باید به طور استادانه ای از این کنترل ها استفاده می کردند. پوست انسانی هم برای هر چه طبیعی تر شدن به جزییات زیاد و دقیقی نیاز داشت. با همه این مسائل پیکسار از این چالش هم به خوبی عبور کرد و توانست اثر شگفت انگیزی را خلق کند.

موی مجعد در انیمیشن «شجاع» (۲۰۱۲)

برندا چپمن کارگردان «شجاع» می گوید: موها در انیمیشن شجاع و برای کاراکتر مریدا بخشی از شخصیت او هستند. فرم وحشی، رام نشدنی و موجدار موها، نشان میدهند که «مریدا» واقعا چه کسی است. قبلا در «شرکت هیولاها» قرار بود شخصیت «بو» ( دختر بچه) مو فرفری باشه اما دست اندرکاران خیلی زود تسلیم شدند و موهای او را صاف طراحی کردند چون دردسر موی فرفری زیاد بود و گروه تولید به اندازه ی کافی درگیر پشم و خز هیولاها بودند. در مورد «مریدا» همه خیلی سخت روی موهای او کار کردند، واقعا جنگیدند و نتیجه ی کار واقعا عالی شد.

موی پرنسس مریدا تقریباً سه سال طول کشید تا تصحیح گردد . موهای قبلی مثلاً موهایی که در فیلم Incredibles استفاده شدند موهایی زیادی مرتب بودند اما در این فیلم شبیه سازی مو مستلزم حل این مساله بود که چگونه مویی ساخته شود که هم حالت وحشی و غیر قابل پیشبینی داشته باشد و هم اینکه با وجود درهم برهمی هنوز هم در انیمیشن جذاب به نظر بیاید.

سیستم موی قبلی که توسط پیکسار استفاده می شد باید دوباره سازی میشد زیرا :

•    موی مریدا بیش از تمام کارهی قبلی پیکسار نیاز به برخورد بیشتر با بدن او و با رشته موهای دیگر داشت.

•    چین و تاب مو از دید شبیه سازی مساله داشت.

مو با استفاده از رشته ها و کپه هایی مدلسازی شد . اما موی بسیار مجعد به روشی متفاوت عمل می کند: موجهای مو بسیار سفت و سختند بنابراین رشته ها هم باید سفت و سخت استفاده می شدند. در عین حال حرکت موها نیازمند کیفیتی در آنها بود که در تضاد با سفت و سختی باید می شد. اگر رشته ها خیلی نرم بودند جعد مو باز می شد و اگر خیلی سفت بودند مو به گونه ای واقعی حرکت نمیکرد. این مشکل با مشکل دیگری هم مواجه بود که مربوط به برخورد موها باهم میشدند. بنابراین موهای مریدا بسیار پیچیده بودند.

Claudia Chungپیکسار یک شبیه ساز جدید ساخته و آن را داخل شرکت توزیع نمود که چندنخه یا چند پردازشی بود. برنامه ی جدید قبل از ارسال مو به شبیه ساز محاسباتی را انجام میداد. به این منظور توده ای از موها را به عنوان یک عنصر (گروه) در نظر می گرفتند و شبیه سازی مو به صورت چندنخی عمل میکرد. در صحنه ای مریدا مویش را با دست از یک سمت به سمت دیگر صورتش می فرستاد اما چنین حرکتی هم باید در شبیه ساز به صورت خودکار قابل تولید می بود.

جرم و وزن دو واژه هستند که معمولاً باهم اشتباه گرفته می شوند. رابطه ی اساسی بین جرم و وزن توسط قانون دوم نیوتون به صورت زیر بیان می گردد:

F=m.a

که در آن F نیرو به نیوتون، m جرم به کیلوگرم و a شتاب به متر بر مجذور ثانیه می باشد.

جرم میزان مواد تشکیل دهنده ی یک شی آبجکت است که با حرکت یا حالت بدن تغییر نمیکند. جرم ویژگی ای اساسی مربوط به میزان ماده ی تشکیل دهنده ی آبجکت است. در حالی که وزن نیروی جاذبه است که روی جرم بدن عمل می کند ، وزن همان موردی است که با سختی و نرمی رشته های مو در موهای دیجیتالی مربوط میشود.

برای کار با پیچ و تاب مو باید جعدی مرکزی موجود بود که از میان یک جعد اولیه حرکت می کرد. موهای اصلی یا کلیدی موهای از نوع B-splines هستند که برای حرکت کل موها از آنها استفاده میگردد. بنابراین مریدا ۱۵۰۰ موی مجعد داشت که بصورت دستی روی سرش قرار گرفته بود و در رندر نهایی این ۱۵۰۰ مو در میان ۱۱۱۰۰۰ موی دیگر قرار گرفتند. رندر موی مریدا با سرعت ۲۰ تا ۳۰ ثانیه برای هر فریم رندر شد.

موهایی نظیر موهای مریدا در حالت واقعی جرم و وزن زیادی دارند. سرپرست شبیه سازی پیکسار کلودیا چونگ میگوید : “در زمان ساخت موهای مریدا چیزی که به نظرمان رسید آن بود که وزن موهای مریدا به جنگ منطق می آید. اگر موی مجعدی را وزن کنید و بعد موی صافی را وزن کنید با وزن یکسان دو موی مختلف در برابر جاذبه رفتاری کاملاً متفاوت خواهند داشت. موی مریدا به دلیل وزنش متمایل بود باز و شل شود بنابراین تیم سعی کرد جرم آن را کم کند اما با این کار مو به صورت سیال در آمد. چیزی شبیه موها در زیر آب. در اینجا جرم مو تغییری نکرده است بلکه بنظر میرسد جاذبه تغییر کرده است. بنابراین تیم ضریب جاذبه ای به کار برد که بیشتر شبیه جاذبه ی ماه بود تا زمین.

در واقعیت هر رشته موی مجعد از رشته های دیگر پشتیبانی میکند. موها نه تنها با هم فعل و انفعال دارند بلکه باید با لباس کاراکتر هم تعامل داشته باشند. مثلاً موها باید با کلاه، باد، آب/باران، صورت و سر کاراکتر و در برخی صحنه ها با موهای دیگر هم برخورد داشته باشند (مثلاً در صحنه ای که موی آنگوس (Angus) یعنی اسب مریدا با موهای او برخورد میکند).

برای پیچیده تر شدن اوضاع موهای مریدا و آنگوس (Angus) حتی زمانیکه کاراکترها با سرعت زیاد در حرکت بودند باید طبیعی به نظر می رسید. بنابراین تیم باید حرکت مو در صحنه ی فیلم و حرکت مو در شبیه سازی را تا حد امکان به هم شبیه در می آورد.

پوشش مو

برای حالت دادن به موهای مریدا که هم حجم زیادی داشت و هم سرشار از پیچ و تاب بود مانند تمام شبیه سازیهای مو یک groom طراحی شد. چونگ میگوید:  “چیزی که هنرمندان درک کردند این بود که روش معمول در طراحی هنری در موهای مریدا امکان اجرا ندارد. لنا پتروویچ تقریباً همیشه در کنار کارگردان هنری بود اما نمیدانست به چه ترتیبی می تواند جعدهای مو را سریعتر بوجود آورد. بعد یکدفعه به این فکر افتاد که در خانه به چه صورت مو را فر میدهیم؟ خب به همان صورت میتوانیم اتوی فر کردن مو (ویو) را به استودیو بیاوریم و همان کار را اینجا هم انجام دهیم. چیز جالب آن بود که پیاده سازی این روش در کامپیوتر هم به راحتی انجام گرفت و با آزمایش و خطا به سرعت به نتیجه رسید. کافی بود قطر و طول مو را به کامپیوتر بدهیم تا تاب های مو را محاسبه نماید. بعد خانم پتروویچ این موی تاب دار را به صورت طبیعی تر و جاندارتری در می آورد تا به صورت مریدا بیاید.”

یکی از مسائل موهای مجعد حجم آنهاست. تیم نمیتوانست مو را به صورتی که در فیلم دیده می شود “گروم” یا مرتب کند. بنابراین کار به صورتی شبیه سازی شد که انگار مریدا انگشتش را داخل سوکت برق کرده و موهایش برق گرفته شده است. در این حالت تاب مو باقی می ماند و بعد میشد شبیه سازی را روی آن انجام داد.

در واقع پیکسار به شیوه ای که در تمام حالتها بتواند از فرمول بدست آمده در شبیه سازی استفاده کند عمل نکرد بلکه حدود ۲۰ درصد صحنه های فیلم دقیقاً به آن صورت بود و بقیه به گفته ی چونگ زیاد نیاز به دینامیک های اشاره شده نداشت چون مو در حالت طبیعی خود بود.

طبیعت در انیمیشن «دایناسور خوب» (۲۰۱۵)

این مناظر توسط ابزار کامپیوتری و دیجیتالی و هنر آرتیست ها بوجود آمده اند. در طول سفر تحقیقاتی به (وایومینگ) که ایالتی در مناطق کوهستانی غرب ایالات متحده است، (شارون کالاهان) مدیر عکاسی و نورپردازی ساعت های بسیاری را صرف نقاشی و ثبت تصاویر طبیعی از آن منطقه کرد. بعد ها، پیتر سون (کارگردان) و تیمیش همچنین از اطلاعات سازمان زمین شناسی ایالات متحده برای چیزی که آن ها نقاشی رئالیسم می نامند، استفاده کردند.

پیتر سون می گوید: این محیط ها همانند یک کاراکتر در فیلم نقش بازی می کنند. آرلو در تمام مدت برای رسیدن به خانه، با آن مبارزه می کند تا سالم بماند و سفرش را ادامه دهد.

دشت عظیمی که آرلو از آن در حال عبور است توسط ابر های بسیاری پوشیده شده است. گروه فنی این ابر ها را طراحی کرده اند. و سپس هنرمندان پیکسار با مجموعه ای که از ابر ها و باران های مختلفی که در اختیار داشتند، توانستند آسمان و صحنه های منحصر به فرد و بی نظیری را خلق کنند. در ادامه، گروه نورپردازی با هنر خود در اضافه کردن کمی سایه و رفلکت نور، توانستند تا صحنه های خارق العاده ای را خلق کنند.

جان ریچ (سوپر وایزر جلوه های ویژه) می گوید: این ابر های ۳ بعدی می توانستند هر تصویری را که ما از آن ها می خواهیم بوجود بیاورند. آن ها مناظر واقعی و منحصر به فردی را بوجود آوردند.

وقتی که مناظر تا این اندازه واقعی به نظر رسید، تصمیم بر این شده که کاراکتر ها بسیار نرم تر و فانتزی تر باشند. این کاراکتر های کارتونی باعث می شد که تضادی بین محیط و شخصیت ها بوجود بیاید.

منبع: yahoo