Хорошо играющий скелет

Елена Рыцарева
12 августа 2002, 00:00

Наши специалисты придумали самую быструю, дешевую и реалистичную технологию создания мультфильмов. При желании зритель сможет даже вмешаться в сюжет

Мировой рынок анимационного контента в прошлом году составил около 30 млрд долларов. Хотя ушли в прошлое те времена, когда художник кисточкой и красками рисовал каждый слайд, а на производство мультика уходили месяцы и годы (на создание 17 серий "Ну, погоди!" было потрачено 20 лет), доля ручного труда в этой сфере по-прежнему очень велика.

На смену перу и бумаге пришли компьютерные системы, отслеживающие движения, - у профессионалов их принято называть motion capture, однако уровень спроса на такого рода услуги пока не очень высок (в мировых масштабах он оценивается в 5 млрд долларов). Дело в том, что эти системы пока несовершенны и чрезвычайно сложны. Сначала создается компьютерная модель мира, где живут герои. Затем к делу приступают актеры. На них надеваются тяжелые костюмы со множеством датчиков и проводков, которые подсоединены к мощному компьютеру. В пустом ограниченном пространстве актер изображает героя, будь то монстр или пушистый зайчик, а система motion capture "пишет" все его движения (чаще всего регистрирует координаты каждой кости). В итоге в компьютере остается движущийся скелет героя. А уже потом, в руках художника-аниматора, скелет может обрасти и тонной жира, и морщинистой кожей, и жабрами, и гривой, и пушистой шерсткой. Так получается герой анимационного фильма. Казалось бы, заснял актеров, записал движения на диск, "одел" персонажей - и мультик готов. Но так пока не получается. На последнем этапе художник сводит всех героев в одну сцену на компьютере вручную. Кроме того, аниматоры "дочищают" каждого персонажа, подправляют мимику и движения. И именно этот последний этап съедает кучу времени и средств. Поэтому системами motion capture аниматоры пользуются не всегда.

От "Тушите свет!" до "Шрека"

С технологической точки зрения все производимые сейчас мультфильмы можно разбить на три типа. Первый - это дешевые двухмерные мультики (к ним относится большинство анимационных рекламных роликов, а также, например, "Симпсоны" и "Король-лев"), где системы motion capture не применяются. Из-за обилия ручной работы бюджет таких мультиков немаленький. Поэтому тот же Walt Disney для производства двухмерных мультфильмов нанимает китайские и тайваньские фирмы. Единственная компьютерная технология, которая может быть здесь применена, это дешевая и простая "флэш-система". Во "флэше", кстати, создается знаменитая "Масяня". Впрочем, при всей популярности этой героини в технологическом совершенстве ее не заподозришь.

Другой полюс - это "мультихайтек", компьютерная трехмерная визуализация, где используются суперсложные технологии, требующие огромных средств. Здесь motion capture применяются весьма активно. И результат получается хоть куда, взять, например, прошлогодний полнометражный блокбастер "Шрек". На его производство было потрачено 60 млн долларов, но принес он уже более 400 млн. Законодатель моды в создании 3D-мультиков - компания Pixar, образованная основателем Apple Стивом Джобсом. Pixar произвела такие знаменитые анимационные фильмы, как "История игрушек", "Приключения Флика" (Bugs Life), "Корпорация монстров". Последний стоил, кстати, 120 млн долларов. Но даже такой "тяжеловес", как Pixar, использует системы motion capture не всегда. Подчас все привычнее, дешевле и качественнее сделать руками.

Есть и третий тип - малобюджетная трехмерная анимация, где главное - скорость создания мультика. Здесь тоже без motion capture не обойтись. На российском канале ТВС при помощи этой системы сейчас выходит прогноз погоды: новые мультики с Цельсием и Фарадеем делаются каждый день. Еще раньше система motion capture применялась в передаче "Тушите свет!": Хрюн и Степан тоже были созданы на компьютере. Конечно, реалистичность изображения таких мультиков ниже, чем у "Шрека", ничего там тщательно вручную не зачищается, да и героев меньше, зато скорость создания подобных мини-анимационных фильмов очень высокая.

Разрыв между вторым и третьим типом мультфильмов пока очень велик. Но в ближайшее время он может резко сократиться - благодаря технологии, разработанной братьями Латыповыми, возглавляющими компанию "Виртунз". "Я был в США на презентации компанией Dream Works своего замечательного с технологической точки зрения мультфильма 'Шрек', который был, кстати, создан на нашей PC-платформе, - говорит менеджер по развитию рынка российского представительства Intel Алексей Стромов. - И когда узнал, что технологии для производства анимации подобного качества есть и в России, у 'Виртунза', то был просто поражен. Технология Латыповых позволит создавать мультики, по качеству сопоставимые со 'Шреком', но гораздо дешевле, быстрее и с минимумом ручного труда".

Волшебная сфера

Трехмерной анимацией Латыповы занимаются относительно недавно. И выросла эта технология совсем из другого проекта - погружения человека в полную виртуальную реальность.

Если сейчас понятием "виртуальная реальность" оперируют и политики, и предприниматели, и звезды шоу-бизнеса, то в 1995 году Нурахмеду Латыпову удалось найти лишь несколько статей на русском языке на эту тему. Пришлось ехать в Нью-Йорк и там целый месяц ворошить периодику в местных библиотеках. "Идея была потрясающая - вы надеваете шлем и оказываетесь в новом мире, внутри виртуального пространства", - вспоминает Нурахмед. Однако основные приложения в то время касались или оборонки, или киберсекса. "Я увидел, что в существующих моделях не хватает одного элемента. Погруженный в виртуальную реальность человек не может естественно перемещаться, он находится на месте в шлеме и манипулирует только мышью или джойстиком. Максимум, что было возможно на тот момент, - немного поворачивать голову и видеть пространство вокруг себя". Более полное погружение в иной мир могло произойти, если бы человек сумел двигаться, как в жизни. Но соответствующих технологий тогда не существовало.

Тут-то и возникла идея сферы, которая могла бы произвольно вращаться вокруг своего центра. И буквально за несколько месяцев она была сделана. Человек в шлеме помещается внутрь этой сферы и может двигаться в любом направлении. Вы стоите - сфера стоит, вы идете - сфера прокручивается. На шлеме есть датчики, которые отслеживают движение головы, перемещение тела человека на плоскости отслеживается по вращению сферы. Модель виртуального пространства создана в компьютере, к которому присоединены датчики и сферы, и шлема. Если человек повернул голову направо, то компьютер мгновенно рисует ту часть пространства, которая справа, и проецирует его на экран внутри шлема. Повернул налево - отображается другая часть кибермира. Если человек в сфере побежал, навстречу ему несется смоделированное пространство.

Руководители "Виртунза" написали драйверы под известные игры, и вместо щелчка мыши человек, находящийся в сфере, мог, например, стрелять из реального электронного пистолета по монстрам из компьютерных игр. Но до создания полностью виртуального мира было еще далеко. Ни схватить предмет из "зазеркалья", ни бросить его, ни толкнуть было невозможно. Для этого надо было уметь отслеживать движения не сферы, а самого тела, или, точнее, скелета, то есть поработать с технологиями типа motion capture.

Углы и направления

В середине 90-х в мире уже существовало несколько продуктов motion capture. Наиболее известные тогда системы употребляли, по сути, один алгоритм - они отслеживали координаты датчиков, расположенных на человеке. При этом сам человек помещался в комнату-куб, ребра которой представляли собой прямоугольную систему координат. Там и только там мог двигаться облепленный датчиками homo sapiens. Поле действия актера было ограничено. Латыповых, увлеченных тогда идеей сферы, не устраивало, что человек мог двигаться только в специальной комнате. Они хотели "отвязаться" от прямоугольной системы координат. Оказалось, что это возможно. После многомесячных размышлений, просчетов массы возможных математических моделей Латыповы создали свой алгоритм "захвата движений", принципиально отличающийся от зарубежных аналогов.

Сфера натолкнула инноваторов на идею - за исходные данные, с которыми будет работать компьютер, лучше брать не декартовы координаты костей, а "сферические" - углы между ними. Ведь именно изменения углов задают характер движения. "Возьмите, например, преподавателя карате, который учит маленьких детишек. Он показывает движение и одному ученику говорит, что он сделал правильно, а другому - что неправильно. За счет чего он это видит? В декартовых координатах движения взрослого человека и ребенка абсолютно разные. Зато углы при правильном движении у всех изменяются одинаково", - разъясняет Нурулла Латыпов.

Отслеживание углов между сегментами скелета стало определяющей чертой модели Латыповых. Далее надо было разработать сложную систему датчиков, которая давала бы исчерпывающую информацию о положении скелета в пространстве. "С помощью акселерометров можно понять, как вы сориентированы по направлению к горизонту. С помощью магнитного компаса можно понять, как вы сориентированы по сторонам света и так далее, просто нужно эти достаточно миниатюрные приборы разместить на теле человека", - объясняет Нурахмед.

Сейчас идея Латыповых воплощена в жизнь, технология запатентована, создан прототип, близкий к коммерческой системе. По методике "Виртунза" на человека надевается костюм, где на каждой из основных костей скелета устанавливается трехмерный датчик. С его помощью можно измерять ориентацию любой кости. "Там самая современная электроника, самая современная математика, очень сложная модель", - подчеркивает Нурахмед. Действительно, только один маленький датчик весом 70 граммов состоит из трех гироскопов, двухосевого акселерометра и двухосевого магнитомера. В компьютере модель скелета строится так: выбирается одна абсолютная точка (чаще всего на поясе человека), и от нее считаются углы, причем все происходит иерархическим образом. Скелет представляется в компьютере неким деревом, где известны, например, координаты кисти относительно предплечья, предплечья относительно плеча и т. д.

Отдельно в модели Латыповых стоит управление мимикой героя мультфильма. Его можно совершать при помощи специальной перчатки: согнул один палец - герой на экране щурит глаза, повертел вторым - он радостно улыбается. Автору этих строк удалось попробовать такую суперперчатку в действии. Конечно, чтобы запомнить, какой палец за что отвечает, нужно время. У меня, например, глаза мультчеловечка закатывались слишком быстро. Но мне объяснили, что дело в приобретении сноровки.

Система motion capture от Латыповых обретает новые свойства по сравнению с конкурентами. Актер в костюме с датчиками может исполнять свою роль где угодно - в доме, на улице, в лесу. Для записи движений не требуется никаких специальных помещений - лишь связь с компьютером. "Сферический подход" позволяет субтильному актеру "играть" огромного монстра. Ведь углы между костями скелета изменяются независимо от размера героя.

Стоит заметить, что к концепции измерения углов между костями человеческого скелета пришли не одни Латыповы. Сейчас она реализована и в компании Analogues. Но в модели этой фирмы на актера предварительно навешивается целый новый скелет (так называемый экзоскелетон). Вдоль рук и ног прокладываются трубочки, и углы измеряются между этими трубочками. Идея принадлежит американцу, который хотел сделать тренажер для игры в гольф. "Но в человеке уже есть скелет, зачем его повторять?" - удивляются Латыповы.

По мнению Латыповых, их новинка значительно облегчит завершающую "ручную" стадию создания трехмерного мультфильма. "С помощью нашей системы за неделю можно будет сделать двадцатишестиминутный мультсериал", - утверждает Нурахмед. В этом помогает еще одна особенность технологии "Виртунза" - актер, играющий героя мультика, может видеть виртуальное пространство, в котором находится (в других системах motion capture актеры пока играют в пустых комнатах и в лучшем случае видят изображение своей модели). Система Латыповых работает с полным погружением. За счет этого актер играет намного точнее. В будущем, считает Нурахмед, в его системе смогут одновременно играть несколько действующих лиц и появится возможность снимать мультик за один раз. Тогда ручной доводки вообще не потребуется. Конечно, в этом направлении работают все крупнейшие студии, но пока никто не смог предложить готовое решение.

От компьютерщика до аниматора

Поначалу Латыповы развивали свой проект трехмерной анимации на собственные деньги. На начальную стадию были потрачены средства от продажи патента на созданную в начале 90-х компьютерную игру RussPack (в конце прошлого года, кстати, корпорация Microsoft включила ее под названием Russian Square в дополнительный пакет программ к своей новой операционной системе Windows XP). В середине 90-х братьям, перебравшимся из Ферганы в Москву, пришлось на время отложить изобретательство и заняться сделками с недвижимостью. Систему motion capture в 1996 году они начинали тоже вдвоем, в 1997-м был сделан первый прототип, но потом проект затормозился, были нужны деньги. Снова взяться за создание своего виртуального мира Латыповым удалось всего год с небольшим назад. Именно под этот проект и была в итоге создана совместно с партнерами компания "Виртунз". Сейчас в фирме уже работает около 20 человек. Всего на развитие технологии motion capture уже потрачено около 300 тыс. долларов. Сейчас "Виртунз" решает вопрос получения кредита у швейцарского фонда и готовится к новому этапу своего проекта.

В принципе, существуют три пути бизнес-развития проекта: продавать патенты, продавать лицензии или изготавливать устройства и реализовывать их на рынке. Сначала Латыповы собирались продавать сами системы motion capture. Но при более внимательном изучении ситуации оказалось, что рынок систем motion capture новый и потому достаточно узкий. Так что на продаже систем больших денег пока не заработаешь. Тогда Латыповы решили кардинально изменить бизнес-модель. Они стали делать не просто системы для студий, а сами студии по созданию анимации и совместно с художниками делать мультики. Такая вот интеграция в сторону контента.

Сейчас "Виртунз" начал активно работать с компанией "Пилот", которой руководит знаменитый российский мультипликатор Александр Татарский. Тесно пообщавшись с мультипликаторами, Латыповы поняли, почему при таком гигантском спросе они пока не сильно жалуют системы motion capture, что именно не устраивает их в продукте, и попытались в своем детище избежать недостатков конкурентов.

Латыповы надеются, что, как только их продукт будет готов, студия "Пилот" одной из первых опробует его на деле. Ведутся и переговоры с производителями трехмерных игр, и с телеканалами, которые хотят опробовать новую систему в своих шоу. А в будущем Латыповы мечтают делать свои анимационные сериалы. Хотя сериалами в сегодняшнем смысле слова их уже вряд ли можно считать. "Сейчас игры, мультики продают на компакт-дисках, видеокассетах, DVD, но есть еще один замечательный канал - Интернет, который почти не используется", - отмечает Нурахмед. Но картинки занимают много места, а каналы пропускания у большинства обычных домашних пользователей очень узкие, даже в Западной Европе и США. Фильмы если и "пролезают" в узкий туннель к домашнему ПК, то очень сильно при этом теряют в качестве. Ведь картинки сильно сжаты, да и гарантировать скорость обыкновенные провайдеры Интернета пока не могут. Качество в любом случае получается нестудийное. И все это при том, что компьютеры сейчас супермощные, новейшие мультимедийные модели обладают прекрасными видеокартами и в принципе могут воспроизводить изображение очень хорошего качества.

Латыповым удалось решить проблему качества при узком канале пропускания весьма оригинальным образом. В студии создается модель виртуального мира и его героев. Все это скачивается на компьютер заранее. Затем пользователь подключается через Интернет к серверу в студии, и на его компьютер начинают в режиме реального времени поступать лишь данные о движениях героев, грубо говоря, те самые углы из модели Латыповых. Объем этой информации на несколько порядков меньше, чем поток видеоизображения, поэтому ей достаточно низкой скорости пропускания.

Но при этом получается абсолютно новое качество анимации. Ведь полная картинка создается не в студии, а на компьютере пользователя. Поэтому он может что-то модифицировать в образах героев. На первом этапе это может быть выбор определенной одежды или обстановки. Дальше при такой технологии можно делать небольшие интерактивные вставки и вмешиваться в действие. Анимационный фильм приобретает черты 3D-игры. Может быть, через несколько лет нам уже будет неинтересно смотреть мультик, в котором ничего нельзя изменить.

Новая технология создания трехмерной анимации, разработанная компанией "Виртунз", была удостоена специальной премии американской корпорации Intel, вручаемой в рамках Конкурса русских инноваций, организованного нашим журналом совместно с компанией Audi