Эволюция программного обеспечения информационных систем для производства

Эволюция программного обеспечения информационных систем для производства
виртуальных массовых сцен в кинематографе
Лавров А.А.
Московский Государственный университет культуры и искусства
школа компьютерной графики RealTimeSchool
Предисловие
В 2006 году на конференции EVA нашей компанией был сделан доклад на тему
«Проект по компьютерной реконструкции бородинского сражения». Первой задачей
данного проекта является создание производственного процесса, позволяющего создавать
виртуальные массовые сцены больших масштабов. Для создания эффективного
производства требуется понимание текущего состояния в области приложения. Данный
доклад является логическим продолжением прошлогоднего выступления и ограничен
обозначенной в теме доклада узкоспециализированной областью.
Введение
Развитие российского кинематографа постоянно ставит новые задачи перед
компаниями, создающими визуальные эффекты. Одной из наименее разработанных и
вместе с тем необходимых технологий, является создание виртуальных массовых сцен1.
Все это актуализирует проблему разработки производственного процесса,
позволяющего создавать виртуальные массовые сцены высокого уровня сложности. На
данный момент, лишь несколько российских и менее 50 западных компаний обладают
технологиями и специалистами, позволяющими реализовать этот производственный
процесс. В отечественном кинематографе эта проблема встает особенно жестко, в связи с
несоответствием лавинообразного роста прибыльного кинопроизводства и количества
компаний, способных обеспечить высокое качество визуальных эффектов.
Производственный процесс российских компаний, создающих виртуальные
массовые сцены, не позволяет реализовать сложные задачи, удовлетворяющие растущие
запросы отечественной индустрии кино. То есть, очевидна необходимость разработки
качественно нового производственного процесса генерации виртуальных массовых сцен.
Разработанность темы и современное состояние области
Проблема создания виртуальных массовых сцена существует с 80-х годов XX-го
века. То есть с момента фактического начала применения компьютерной графики в
медиавизуальной сфере. Сложность и многогранность проблемы породили большое
количество исследовательских групп как в академическом, так и в корпоративном
секторе. К концу 80-х годов появились работы нашедшие практическое применение.
В 1987 году Reynolds [4][5] описал распределенную поведенческую модель для
симуляции групп2 сформированных из виртуальных персонажей3 наделенных
зачаточными навыками восприятия.
Группа(ы) виртуальных персонажей, имеющая общие цели, набор эмоций или, в более простом случае,
персонажи находящиеся с в одной локации и осуществляющие в ней определенные действия. Понятие
виртуальная массовая сцена включает в себя средства создания управляемых групп виртуальных
персонажей, приложения визуализации, инструменты создания индивидуальных персонажей, методы
создания базы анимации и т.д.
2
Форма взаимодействия персонажей, их объединения, направленная на удовлетворение потребности
индивидов в осуществлении совместных действий.
включает три основных элемента:
взаимодействие — то есть информационные контакты, осуществляемые с помощью знаковых систем
(«языков»)
1
В 1997 году Bouvier [1], Brogan and Hodgins [2][3] использовали системы частиц и
модуль динамики для имитации движения групп виртуальных персонажей в виртуальной
среде имеющей физические параметры реального мира.
Одной из ключевых работ в создании виртуальных массовых сцен является
публикация Tu and Terzopoulos [9], в которой они описали поведенческую анимацию
создающую искусственную жизнь4, где виртуальные персонажи наделены подобием
зрения и осязания окружающей среды.
В 1999 году появилась публикация группы Хелбинга [6], описывающая методы
симуляции движения пешеходов в условиях городского трафика.
Mataric [7] и Noser [8] разработали правила для контроля коллективного поведения
групп.
Blumberg [10] поднял проблему построения автономных анимированных существ
для интерактивных виртуальных сред5, которые были бы управляемы на множественных
уровнях.
Perlin [11] описал систему IMPROV, позволяющую осуществлять управление
группами виртуальных персонажей в среде реального времени6 с помощью скриптового
языка.
Первые системы для создания и управления большими группами виртуальных
персонажей в кинопроизводстве были разработаны компаниями PDI [27] и PIXAR [28].
Для создания мультипликационного фильма «AntZ» [12] в PDI были созданы две
системы которые позволяли контролировать более 60000 виртуальных статистов с такой
же степенью управляемости, как и главный персонаж.
Crowd Simulator System использовала уже созданные движения тысяч персонажей в
комбинации с физическими силами (гравитация, ветер, искусственные силы и т.д.) и
процедурными правилами (поведения группы и finite-state machine).
Blending System была предназначена для упрощения работы дизайнера по созданию
и назначению индивидуальных действий для каждого персонажа группы.
Для фильма «Bugs Life» [13] было создано 4466 различных индивидуальных
движений которые описывали 228 различных поведений (нервное состояние,
любопытство, смех, бег, ходьба, паника и т.д.) Система позволяла управлять большой
группой агентов вместе гибко и в зависимости от меняющейся среды.
Первые фотореалистичные7 виртуальные массовые сцены появились в
полнометражном фильме «Star Wars: Episode I». [14] Закрытая коммерческая система,
разработанная компанией ILM, позволяла управлять более 100000 виртуальных актеров в
сцене.
Система Massive [15] позволила компании Weta Digital [16] успешно создать
массовые сцены для трилогии «Lord Of The Rings» [17] до 200000 персонажей.
При столь высоком уровне развития данной технологии в мире, в отечественном
кино- и видеопроизводстве применяются стандартные трехмерные пакеты для создания
членство - то есть наличие групповой культуры, проявляющейся в системе знаков (символов), с помощью
которых члены данной группы отличают друг друга от представителей других групп
идентичность - то есть совокупность признаков, по которым индивиды, не входящие в какую-либо группу,
отличают членов этой группы (или в принципе могут это сделать)
3
Персона изображаемая актером
4
Изучение жизни, живых систем и их эволюции при помощи созданных человеком моделей и устройств.
Данная область науки изучает механизм процессов, присущих всем живым системам, невзирая на их
природу. В данном случае имеется в виду более узкая область, именуемая «компьютерная жизнь» - изучение
живых систем с помощью компьютерных симуляций.
5
Система, состоящая из совокупности объектов, моделируемых компьютерными средствами и управляемая
пользователем во время ее работы
6
В компьютерной анимации, среда отображающая движение объектов по экрану со скоростью равной
фактической
7
В компьютерной графике, формат для описания синтетического изображения соответствующего
фактическому изображению, снятому на физическое устройство.
относительно небольших виртуальных массовых сцен или же, при наличии в компании
подразделения программистов, собственные незначительные расширения этих же пакетов.
Заключение
Студия RealTimePostproduction, взяв за основу передовой мировой опыт создания
виртуальных массовых сцен, перенесла его на российских субстрат.
В данный момент ведутся работы по созданию технологического процесса, который
позволит создавать виртуальные массовые сцены практически неограниченных размеров.
Несмотря на сложные условия и ограниченное финансирование, проект
продолжается, и имеются первые успешные результаты.
Список литературы
[1] Bouvier, E.; Cohen E.; and Najman. L. "From crowd simulation to airbag deployment: particle systems, a
new paradigm of simulation". Journal of Electronic Imaging 6(1), 94-107 (January 1997).
[2] Brogan, D. and Hodgins, J. “Group Behaviours for Systems with Significant Dynamics”. Autonomous
Robots, 4, 137-153. 1997.
[3] Brogan, D.C., Metoyer, R.A. and Hodgins, J.K. "Dynamically simulated characters in virtual
environments". In IEEE Computer Graphics and Applications. Vol.18, No5, pp 58-69. Sept. 1998.
[4] Reynolds, C. “Flocks, Herds and Schools: A Distributed Behavioral Model”. Proc. SIGGRAPH ’87,
Computer Graphics, v.21, n.4, July, 1987.
[5] Reynolds, C. “Steering Behaviors for Autonomous Characters”. Game Developers Conference, 1999.
[6] Treiber, M., Hennecke, A. and Helbing, D. “Microscopic Simulation of Congested Traffic”. In: Traffic
and Granular Flow’99: Social Traffic, and Granular Dynamics (Springer, Berlim) 1999.
[7] Mataric, M. J. “Learning to Behave Socially, in D. Cliff, P. Husbands, J.-A. Meyer & S.Wilson, eds,
From Animals to Animats: International Conference on Simulation of Adaptive Behavior, pp.453-462. 1994.
[8] Noser, H., Thalmann, D. “The Animation of Autonomous Actors Based on Production Rules”. Proc.
Computer Animation ’96, 1996, Geneva, Switzerland.
[9] Tu, X. and Terzopoulos, D. “Artificial Fishes: Physics, Locomotion, Perception, Behavior”. Proc.
SIGGRAPH ’94, Computer Graphics, July 1994.
[10] Blumberg, B.; Galyean, T. “Multi-Level Direction of Autonomous Creatures for Real-Time Virtual
Environments”. SIGGRAPH - Computer Graphics Proceedings, pp 47-54. Los Angeles, 1995.
[11] Perlin, K.; Goldberg, A. “Improv: A System for Scripting Interactive Actors In Virtual Worlds”.
SIGGRAPH – Computer Graphics Proceedings. Pp. 205-216. New Orleans, 1996.
[12] AntZ. http://www.antz.com
[13] Bugs Life. http://bugslife.com
[14] Star Wars. http://www.starwars.com/episode-i/
[15] MASSIVE. http://www.massivesoftware.com
[16] Weta Digital. http://www.wetadigital.com
[17] Lord Of The Rings. http://www.lordoftherings.net