Эволюция технологий создания фотореалистичных цифровых животных
Концепция
Последние успехи в компьютерных технологиях позволяют достичь все большей и большей реалистичности и перцептивной привлекательности внешнего образа, в своем создании ориентированного на передачу убедительных человекоподобных характеристик. Это стремление к фотореализму в CGI является центральным в создании сложных цифровых персонажей, в том числе животных.
Кадр из фильма «Жизнь Пи», 2012. Реж. Энг Ли, лавный VFX Супервайзер: Билл Вестенхофер
Данное исследование нацелено на анализ и сравнение технологий визуальных эффектов (VFX), применявшихся для создания фотореалистичных цифровых животных в фильмах, вышедших с разницей в всего семь лет: «Хроники Нарнии: Лев, колдунья и волшебный шкаф» (2005) и «Жизнь Пи» (2012).
Целью же моего исследования является определение конкретных технологий и подходов, использованные для создания ключевых животных-персонажей в выбранных фильмах (Аслана в «Нарнии» и тигра Ричарда Паркера в «Жизни Пи»).
Проанализировать, как эти технологии изменились и эволюционировали в период с 2005 по 2012 год, и как это повлияло на визуальную составляющую и убедительность цифровых образов на экране. Также, мне необходимо самостоятельно изучить, насколько результат работы технологий имитирует реальность и достигает необходимого уровня фотореализма.
Для сравнения мною были выбраны похожие образы — крупные хищные млекопитающие которые являются центральными персонажами и требуют высокого уровня фотореализма и эмоциональной выразительности. В результате исследования будет сделан вывод о том, как конкретно изменения в алгоритмах рендеринга и симуляции (например, физики шерсти и воды) позволили «Жизни Пи» достичь более высокого уровня фотореализма и эмоциональной убедительности в создании цифрового хищника по сравнению с «Хрониками Нарнии», и какие конкретные технологические новшества пошли в «плюс» для итогового результата.
Кадр из фильма «Хроники Нарнии: Лев, колдунья и волшебный шкаф», 2005. Реж. Эндрю Адамсон, VFX супервайзер Дин Райт
На момент выхода «Хроник Нарнии» в 2005 году CGI-животные уже перестали быть диковинкой, но создание фотореалистичного и эмоционально выразительного главного персонажа, такого как лев Аслан, оставалось сложнейшей задачей. К 2012 году, когда вышла «Жизнь Пи», индустрия VFX совершила качественный рывок, во многом благодаря таким компаниям, как Rhythm & Hues Studios (основной подрядчик по тигру), которые решили ряд фундаментальных проблем.
Рассмотрим этот переход на примере работы студии Rhythm & Hues, которая занималась созданием обоих персонажей.
Процесс работы с мехом макета льва Аслана. «Хроники Нарнии: Лев, колдунья и волшебный шкаф», 2005. Реж. Эндрю Адамсон, VFX супервайзер Дин Райт
При создании льва Аслана перед супервайзером визуальных эффектов Дином Райтом и командой Rhythm & Hues стояла сложная художественная задача: создать животное, которое должно не просто выглядеть реалистично, но и разговаривать, сохраняя при этом львиную природу. В последующем, это требование напрямую повлияло на скульптинг и топологию модели. Чтобы Аслан мог говорить, сохраняя при этом максимально реалистичный вид, студия разработала сложный двухэтапный процесс анимации «лица» в своем проприетарном программном пакете Voodoo:
Этап 1: Была разработана система, позволяющая деформировать поверхность морды.
Этап 2: Созданная система послужила основой для проработки лицевых мышц. Анимируемое и мускульное лицо были объединены таким образом, чтобы исходное выражение, заданное аниматором, воспроизводилось и через движение мышц. Это позволило Аслану свободно разговаривать, избегая «мультяшного» вида.
Процесс 3D риггинга головы льва.«Хроники Нарнии: Лев, колдунья и волшебный шкаф», 2005. Реж. Эндрю Адамсон, VFX супервайзер Дин Райт
Специалистам пришлось создать гибридную систему лицевых мышц. Был разработан сложный лицевой риг, который позволял «натягивать» львиную морду на человеческую артикуляцию. Это требовало ручной доработки аниматорами каждого кадра (keyframe animation) поверх процедурных движений, чтобы избежать печально известного эффекта «зловещей долины».
В 2005 году использовалась упрощенная симуляция мышц. Деформации тела задавались с помощью деформеров, имитирующих сокращение мышц под кожей, но кожа часто вела себя как «резиновая оболочка», натянутая на форму, без физически корректного скольжения
Момент из фильма демонстрирующая анимацию пасти льва Аслана. «Хроники Нарнии: Лев, колдунья и волшебный шкаф», 2005. Реж. Эндрю Адамсон, VFX супервайзер Дин Райт
Технология 2005 года была ориентирована на внешнее сходство. Приоритетом была актерская игра (лицевая анимация), ради которой приходилось идти на компромиссы в анатомической достоверности строения челюсти и мышц морды.
«Жизнь Пи»: Анатомическое строительство «изнутри наружу» (2012) К 2012 году, под руководством VFX-супервайзера Билла Вестенхофера, подход к созданию тигра Ричарда Паркера кардинально изменился. Технологические мощности позволили перейти от имитации поверхности к полной симуляции биологии. 90% сцен с тигром были созданы с помощью CGI. Это было необходимо, поскольку по сюжету тигр должен был проводить много времени в лодке и в воде, что невозможно было безопасно снять с реальным хищником. В отличие от Аслана, Ричард Паркер не должен был разговаривать. Это позволило создать модель, на 100% соответствующую анатомии реального тигра.
Демонстрация анимации на стадии рендера анимации тигра и конечный результат. «Жизнь Пи», 2012. Реж. Энг Ли, лавный VFX Супервайзер: Билл Вестенхофер
Ричард Паркер был создан не просто как животное, а как полноценный персонаж, выражающий страх, агрессию, усталость и даже своего рода связь с Пи. Аниматоры изучали психологию и поведение тигров, чтобы передать правдоподобие его эмоций и движений.
Топология модели 2012 года была значительно плотнее, что позволяло передавать микро-детали, такие как складки кожи при повороте головы или напряжение отдельных сухожилий, чего не было в модели Аслана.
Сравнивая технологии моделирования и риггинга в этих двух проектах, можно проследить четкую эволюцию: Если Аслан был «актером в шкуре льва», то Ричард Паркер — это цифровая биологическая симуляция. Технологии 2012 года позволили отказаться от ручных деформеров в пользу процедурной физики мягких тел. Главным технологическим прорывом стало появление реалистичного скольжения кожи. В «Хрониках Нарнии» кожа часто казалась приклеенной к мышцам, тогда как в «Жизни Пи» независимое движение слоев кожи, жира и мышц создало тот самый эффект присутствия, который заставляет зрителя верить в реальность зверя.
Создание цифрового меха/шерсти
Задача создания фотореалистичного меха является одной из самых ресурсоемких в компьютерной графике. Сложность заключается не только в генерации миллионов отдельных волосков, но и в симуляции их динамики — взаимодействия друг с другом, с телом животного и, что самое главное, с внешней средой (ветер, вода, грязь). Эволюция технологий груминга между 2005 и 2012 годами демонстрирует переход от убедительного статического объема к сложной физически корректной симуляции.
Кадр из фильма «Хроники Нарнии: Лев, колдунья и волшебный шкаф», 2005. Реж. Эндрю Адамсон, VFX супервайзер Дин Райт
При создании Аслана в 2005 году студия Rhythm & Hues совершила значительный прорыв, установив новый стандарт для цифрового меха.
Технология Grooming: Для Аслана были созданы миллионы волосков — по некоторым данным, более 5 миллионов волос только в гриве, не считая остального меха. Для создания такого объема использовались проприетарные инструменты Rhythm & Hues в сочетании с промышленным стандартом (вероятно, RenderMan для финального рендеринга).
Мех не рисовался вручную. Художники использовали процедурные методы, чтобы контролировать направление, длину, толщину и цвет волос, исходя из реальных анатомических «карт» (direction maps) льва.
Поэтапный процесс анимации Аслана «Хроники Нарнии: Лев, колдунья и волшебный шкаф», 2005. Реж. Эндрю Адамсон, VFX супервайзер Дин Райт
Несмотря на высокую детализацию, симуляция динамики шерсти была ограниченной. Основное внимание уделялось внешнему виду (как свет отражается от объема гривы), а не сложному физическому поведению. Шерсть Аслана, хотя и двигалась от ветра или при резких движениях, часто сохраняла вид единого, плотного массива. Сложные сценарии, такие как намокание, были бы чрезвычайно сложны для рендеринга и просчета на оборудовании 2005 года, поэтому в «Хрониках Нарнии» таких сцен избегали.
Не смотря на все вышесказанные недочеты, мех Аслана был визуальным прорывом своего времени, демонстрируя невероятный объем и сложность. Однако его динамика была преимущественно художественно управляемой, а не полностью физически симулированной.
Количество волос было увеличено вдвое по сравнению с Асланом — тигр имел около 10 миллионов волос, каждый из которых симулировался отдельно.
Физическая симуляция и взаимодействие с водой в фильме «Жизнь Пи» — в 2012 году Ричард Паркер стал «лакмусовой бумажкой» для нового поколения технологий груминга и симуляции жидкости. Основная задача заключалась в том, чтобы показать тигра, выживающего посреди океана, что требовало его реалистичного взаимодействия с водой.
Шерсть создавалась не как единый слой, а как многослойная система (с коротким подшерстком и длинным остевым волосом). Это обеспечивало физически правильный объем и движение.
Взаимодействие с водой безусловно стало ключевым достижением.
Художники разработали систему, позволяющую шерсти реалистично слипаться и тяжелеть под воздействием воды Тигр часто взаимодействовал с цифровым океаном. .
Ричард Паркер прыгает в воду. Момент со съемок фильма «Жизнь Пи», 2012. Реж. Энг Ли, лавный VFX Супервайзер: Билл Вестенхофер
В фильме «Жизнь Пи» стояла задача не просто реалистично отрендерить тигра, а интегрировать его в одну из самых сложных сред для компьютерной графики — воду с постоянно меняющимися бликами, отражениями и каустикой (световыми узорами). Подповерхностное рассеивание (Subsurface Scattering, SSS) SSS — это симуляция того, как свет проникает в полупрозрачную среду (кожа, воск, ткань) и рассеивается внутри перед тем, как выйти наружу. Это придает живым объектам мягкость и реалистичную глубину.
Шейдинг тигра был разработан для имитации мокрой шерсти. Мокрая шерсть блестит иначе (становится более зеркальной), а слипшиеся пряди изменяют общий световой паттерн. В 2012 году использовались более совершенные физически корректные модели (PBR — Physically Based Rendering), гарантирующие, что независимо от освещения (солнце, закат, биолюминесценция) тигр выглядел бы естественно.
В «Жизни Пи» SSS было жизненно важным. Свет, падающий на нос, уши и края пасти тигра, должен был проходить сквозь тонкий слой кожи. Без SSS эти области выглядели бы плоскими и непрозрачными, как пластик. В 2012 году мощности позволили рассчитывать SSS для всей модели, включая кожу под 10 миллионами волосков.
На момент создания Аслана, SSS был крайне ресурсоемким. Художники часто использовали упрощенные техники, такие как фэйковый SSS (faked SSS), либо ограничивали его применение крупными планами.
Кадр из фильма и этап рендера фильма «Хроники Нарнии: Лев, колдунья и волшебный шкаф», 2005. Реж. Эндрю Адамсон, VFX супервайзер Дин Райт
Несмотря на большой объем меха у Аслана, его шейдинг был сложен. Для гривы использовались специализированные, но менее физически точные модели освещения. В результате, в некоторых ракурсах грива могла выглядеть сухой и матовой.
Если в 2005 году целью было убедительно выглядеть в кадре (на что ушло большинство вычислительных ресурсов), то в 2012 году целью стало убедительно существовать в сложной физической среде. Технологии рендеринга перешли от художественно сфальсифицированного освещения (faked lighting) к физически точному, процедурному расчету взаимодействия света и цифрового объекта.
Если модель Ричарда Паркера была построена на анатомической достоверности, а его мех — на физической динамике, то рендеринг был основан на физически корректных моделях освещения (Physically Based Rendering, PBR).
На момент выхода «Хроник Нарнии» (2005) технологии рендеринга уже позволяли создавать убедительный CG-мех, но они еще не были основаны на повсеместном использовании физически корректных моделей (PBR), как это стало в 2012 году.
Ограниченное подповерхностное рассеивание (Subsurface Scattering, SSS) Принцип: В 2005 году расчет SSS для всей модели (особенно покрытой миллионами волос) был чрезмерно дорогим по времени рендеринга.
Художественно-ориентированный рендеринг Аслана был сосредоточен на двух основных аспектах: восприятие объема и эмоциональный эффект.
Вместо полного физического расчета, как в «Жизни Пи», художники использовали упрощенные или «фэйковые» SSS-шейдеры. Расчеты SSS, скорее всего, применялись выборочно и с более низким разрешением только в сценах с крупными планами и сильным контровым светом, чтобы придать морде мягкость и не дать коже выглядеть как непрозрачный пластик. В большинстве кадров, особенно на фоне густой гривы, SSS был либо очень сильно упрощен, либо отсутствовал.
Из-за этих ограничений, при ярком, плоском освещении, шерсть и кожа Аслана иногда выглядят менее «живыми» и мягкими по сравнению с Ричардом Паркером, чей SSS рассчитывался для всей геометрии.
Демонстрация финальной модели Аслана. Кадр из фильма «Хроники Нарнии: Лев, колдунья и волшебный шкаф», 2005. Реж. Эндрю Адамсон, VFX супервайзер Дин Райт
Освещение в 2005 году часто опиралось на традиционные модели освещения (например, Phong или Blinn) и более интенсивное использование художественных источников света (fill light, rim light), которые расставлялись аниматорами и композерами вручную, чтобы подчеркнуть объем и драматизм. Расчет полного глобального освещения (GI) и динамической каустики (световых узоров от воды) был крайне сложен. Поэтому, когда Аслан стоит на солнце, его мех выглядит детализированным, но отраженный свет от земли или окружающих объектов рассчитывался по упрощенной схеме.
Фильм старательно избегает сцен сложного взаимодействия света и жидкости (в отличие от «Жизни Пи»). Аслан не мокнет, не отряхивается, и его мех, будучи объемным, не симулируется в условиях нахождения в воде. Сравнивая рендеринг Аслана (2005) и Ричарда Паркера (2012), мы видим переход: Аслан требовал ручной доводки освещения для драматического эффекта, Ричард Паркер — автоматического расчета PBR для достоверной интеграции в реальный мир. В 2012 году стало возможным рендерить SSS для всего персонажа без непомерных затрат времени. От избегания сложности к ее освоению. Технологии 2005 года вынуждали избегать таких сложных сценариев, как мокрая шерсть и каустика, тогда как в 2012 году эти задачи стали центральными.
Кадр из фильма «Жизнь Пи», 2012. Реж. Энг Ли, лавный VFX Супервайзер: Билл Вестенхофер
Главный вызов фильма «Жизнь Пи» (2012) заключался в том, чтобы интегрировать тигра в крайне сложную, постоянно меняющуюся световую среду океана, что потребовало беспрецедентного уровня реализма. Для того чтобы тигр не выглядел как сухой, непрозрачный объект, как это часто случалось с ранними цифровыми животными, студия Rhythm & Hues реализовала несколько уровней расчета света:
Subsurface Scattering (SSS): Это симуляция того, как свет проникает в полупрозрачные или полупрозрачные материалы, рассеивается внутри и выходит наружу. Для Ричарда Паркера SSS было критически важно для передачи реализма в тонких областях тела: свет, проходящий сквозь тонкую кожу, должен был давать характерный красноватый оттенок на обратной стороне. Без SSS эти части выглядели бы плоскими и «пластиковыми». Когти и подушечки лап: SSS придавал им мягкость и ощущение живой плоти, а не твердого, непрозрачного пластика. Шейдеры меха были разработаны для имитации двух состояний: сухой (объемный и матовый) и мокрый (слипшийся и более зеркальный, отражающий свет). Это позволило тигру выглядеть естественно.
Финальный рендеринг одного кадра с Ричардом Паркером мог занимать до 30 часов, что подчеркивает сложность просчета 10 миллионов волос, SSS, GI и динамического взаимодействия с водой.
Самой сложной задачей было добиться, чтобы свет от симулированного океана корректно падал на симулированного тигра.
Глобальное освещение (Global Illumination, GI): В отличие от традиционных методов, где свет рассчитывается только из одного или двух источников (солнце, небо), GI рассчитывает, как свет, отраженный от воды, плота и неба, влияет на тигра. Это придало персонажу глубину и ощущение, что он действительно находится в этой сцене. Вода, будучи постоянно движущейся линзой, создает световые узоры (каустику) на поверхности плота и теле тигра. Команда Rhythm & Hues разработала систему, которая гарантировала, что эти узоры, рассчитанные для воды, динамически проецировались на сложную геометрию Ричарда Паркера (на его шерсть, кожу, даже на брызги). Эти подвижные световые пятна — самый убедительный признак того, что персонаж интегрирован в сцену физически корректно.
Вывод
Проведенное визуальное исследование продемонстрировало фундаментальный сдвиг в технологиях компьютерной графики (CGI) на примере двух ключевых персонажей студии Rhythm & Hues — льва Аслана («Хроники Нарнии: Лев, колдунья и волшебный шкаф», 2005) и тигра Ричарда Паркера («Жизнь Пи», 2012). Эволюция за эти семь лет характеризуется переходом от художественно-ориентированного реализма к физически корректному, симуляционно-ориентированному реализму. Цель VFX сменилась с «выглядеть как реальное животное» на «вести себя в кадре как реальное животное». К 2012 году технологии позволили создать Ричарда Паркера на основе многослойной анатомической симуляции: скелет, мышечная система, жировая прослойка и кожа симулировались последовательно, обеспечивая 100% достоверность движения и веса даже без финала.
Наконец, в освещении и рендеринге индустрия перешла от упрощенных методов к физически корректному рендерингу (PBR).
Рендеринг Аслана 2005 года часто опирался на упрощенное подповерхностное рассеивание (SSS) и ручную подсветку, избегая таких сложных сред, как вода. В «Жизни Пи» все кадры с Ричардом Паркером требовали расчета полного SSS для придания живому существу мягкости и глубины. Более того, впервые была достигнута бесшовная интеграция с динамическим глобальным освещением (GI) и расчетом каустики — световых узоров от воды. Это позволило тигру физически корректно существовать в сложнейшей световой среде, делая его неотличимым от реального животного и открывая новые возможности для визуального повествования.
Таким образом, эволюция CGI-животных с 2005 по 2012 год — это история о том, как вычислительные мощности и программные алгоритмы перевели создание цифровых персонажей из сферы компромиссного искусства в область физически точной симуляции.
Life of Pi [Электронный ресурс] / fXguide. — Режим доступа: https://www.fxguide.com/fxfeatured/life-of-pi/. — Загл. с экрана. — (Дата публикации не указана). — (Дата обращения: 25.11.2025).
Taming the Digital Tiger: An Interview with Oscar-Winning VFX Supervisor Bill Westenhofer about his work on Life of Pi [Электронный ресурс] / Motion Picture Association. — 2012. — 13 ноября. — Режим доступа: https://www.motionpictures.org/2012/11/taming-the-digital-tiger-an-interview-with-oscar-winning-vfx-supervisor-bill-westenhofer-about-his-work-on-life-of-pi/. — Загл. с экрана. — (Дата обращения: 25.11.2025).
The Graphics of Life of Pi [Электронный ресурс] / Moss and Fog. — Режим доступа: https://mossandfog.com/the-graphics-of-life-of-pi/. — Загл. с экрана. — (Дата публикации не указана). — (Дата обращения: 25.11.2025).
The VFX of Life of Pi: видео [Электронный ресурс] / YouTube. — Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=s8SMVzvKXTE. — Загл. с экрана. — (Дата публикации не указана). — (Дата обращения: 25.11.2025).
Rendering Fur in Life of Pi by Neulander, Kato and Beason [Электронный ресурс] / SIGGRAPH History. — Режим доступа: https://history.siggraph.org/learning/rendering-fur-in-life-of-pi-by-neulander-kato-and-beason/. — Загл. с экрана. — (Дата публикации не указана). — (Дата обращения: 25.11.2025).
Кинофильм «Хроники Нарнии» (The Chronicles of Narnia)
Chronicles of Narnia: The Dawn Treader’s VFX Crew [Электронный ресурс] / fXguide. — Режим доступа: https://www.fxguide.com/fxfeatured/narnia_the_dawn_treaders_vfx_crew/. — Загл. с экрана. — (Дата публикации не указана). — (Дата обращения: 25.11.2025).
Chronicling Narnia’s Third Adventure [Электронный ресурс] / AWN (Animation World Network). — Режим доступа: https://www.awn.com/vfxworld/chronicling-narnias-third-adventure. — Загл. с экрана. — (Дата публикации не указана). — (Дата обращения: 25.11.2025).
Disney Narnia: The Lion, The Witch, The Wardrobe Win2000 2005: видео [Электронный ресурс] / Internet Archive. — Режим доступа: https://archive.org/details/Disney_Narnia_The_Lion_The_Witch_The_Wardrobe_Win2000_2005. — Загл. с экрана. — (Дата публикации не указана). — (Дата обращения: 25.11.2025).
Narnia: [документ] [Электронный ресурс] / Neulander.org. — Режим доступа: http://www.neulander.org/work/narnia.pdf. — Загл. с экрана. — (Дата публикации не указана). — (Дата обращения: 25.11.2025).
«Хроники Нарнии: Покоритель Зари». Зрителей ждёт самое красивое 3D [Электронный ресурс] / 3DNews Daily Digital Digest. — 2010. — 21 декабря. — Режим доступа: https://3dnews.ru/167004. — Загл. с экрана. — (Дата обращения: 25.11.2025).
Кадр из фильма «Хроники Нарнии: Лев, колдунья и платяной шкаф»: изображение [Электронный ресурс] // Kinorium. — 2005. — Режим доступа: https://images.kinorium.com/movie/shot/343756/h280_49066775.jpg. — Дата обращения: 26.11.2025.
Кадр из фильма «Жизнь Пи»: изображение [Электронный ресурс] // Kinorium. — 2012. — Режим доступа: https://images.kinorium.com/movie/shot/284721/h280_49095146.jpg. — Дата обращения: 26.11.2025.
Жизнь Пи — Создание спецэффектов (Русская озвучка) [Электронный ресурс] / VG озвучки // YouTube. — 2019. — Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=HOaPARAaa3o&t=811s. — Дата обращения: 26.11.2025.
Изображение тигра Ричарда Паркера из фильма «Жизнь Пи»: изображение [Электронный ресурс] // Digital Trends. — 2013. — Режим доступа: https://www.digitaltrends.com/wp-content/uploads/2013/02/life-of-pi-03.jpg?resize=625%2C351&p=1. — Дата обращения: 26.11.2025.
Визуальные эффекты Аслана в фильме «Хроники Нарнии»: видео [Электронный ресурс] // YouTube. — 2012. — Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=IQf2KknaHnM&pp=ygUx0YXRgNC-0L3QuNC60Lgg0L3QsNGA0L3QuNC4INC60LDQuiDRgdC90LjQvNCw0LvQuA%3D%3D. — Дата обращения: 26.11.2025.
Создание спецэффектов для фильма «Хроники Нарнии»: видео [Электронный ресурс] // YouTube. — 2012. — Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=wSAq9Mn0-ws&t=4847s&pp=ygUx0YXRgNC-0L3QuNC60Lgg0L3QsNGA0L3QuNC4INC60LDQuiDRgdC90LjQvNCw0LvQuA%3D%3D. — Дата обращения: 26.11.2025.
Страница галереи фильма «Жизнь Пи»: веб-страница [Электронный ресурс] // Kinorium. — 2012. — Режим доступа: https://ru.kinorium.com/284721/gallery/?person=424462&utm_medium=organic&utm_source=yandexsmartcamera. — Дата обращения: 26.11.2025.
