جلوه‌هاي ويژه كامپيوتري در فيلم انيميشن Polar Express

[h=2][/h]

درود به دوستان

زمانيكه اين انيميشن را ديدم برف يخ و سرما را خوب حس مي كردم و برايم جالب بود چطور اين حس آنهم بطور مجازي و فقط از طريق نمايش و ديدن از تلويزيون به من اثر كرد. شايد شما هم هنگام ديدن اين شاهكار رابرت زمه كيس به اين واقعيت پي برده باشيد، براي اينكه بيشتر بدانيم اين مقاله را با هم مي خوانيم .

روايت دنياي ديجيتال‌ از يك روياي شيرين‌ - جلوه‌هاي ويژه كامپيوتري در فيلم انيميشن

Polar Express​

بهروز نوعي پور
ماهنامه شبکه - مرداد ۱۳۸۴ شماره 56


اشاره :
گويا اين روياها و ماجراجويي‌هاي نوع بشر پاياني برايش متصور نيست؛ دست برقضا هر روز به دستاورد تازه‌اي هم مي‌رسد. از آن جمله، خلق دنياي سينماي مجازي است كه پيوسته ابعاد جديدتري پيدا مي‌كند و مرزهاي قديمي علم و هنر را درهم مي‌شكند. اگر ديروز به مدد كامپيوتر، برخي صحنه‌هاي فيلم‌هاي ماتريكس و ارباب حلقه‌ها خلق شدند تا كاستي‌ها و محدوديت‌هاي سينماگري معمول و مرسوم را به كناري نهند، امروز هنرپيشگان واقعي دنياي سينما نيز به كمك كامپيوتر آمده‌اند تا با غلبه بر ضعف‌هاي فناوري ديجيتال، فصل تازه‌اي در آميزه هنر و فناوري بيافرينند و رهاوردي نو عرضه كنند. نام يكي از اين دستاورهاي ديدني "‌‌قطار سريع قطبي" است. يك انيميشن بلند سينمايي جذاب و خيره‌كننده كه بيننده را با خود به اعماق روياهاي كودكانه مي‌برد و پس از طي سفري پرماجرا، او را دوباره به خانه باز مي‌گرداند. در اينجا به چگونگي ساخت اين انيميشن و نقش تعامل دوسويه‌ انسان و كامپيوتر در فرآيند توليد يك اثر هنري نگاهي انداخته مي‌شود.




انديشه‌ شبيه‌سازي همچنان مي‌تازد

انديشه شبيه‌سازي توسط كامپيوتر، ايده جديدي نيست. همين الا‌ن هم چيزهاي فراواني وجود دارد كه در دنياي مجازي كامپيوتر شبيه‌سازي مي‌شوند. مثلا نمونه‌برداري و شبيه‌سازي صداي آلات موسيقي، يكي از موفق‌ترين كاربردهاي كامپيوتر در عرصه هنر موسيقي است. نمونه‌برداري و شبيه‌سازي در دنياي تصوير، فيلم، و كارتون نيز علاقمندان و طرفداران جدي دارد.

شايد فكر كنيد نظريه‌ شبيه‌سازي همه‌چيز توسط كامپيوتر چندان هم جديد نيست، ولي ممكن است پس از ديدن فيلم The Polar Express به اين نتيجه برسيد كه گويا اين وادي هنوز هم مرزهاي كشف نشده فراواني دارد. هرچند اولين بار نيست كه ايده شبيه‌سازي يك هنرپيشه واقعي سينما توسط كامپيوتر مطرح مي‌شود، بدون ترديد "‌‌قطار سريع قطبي‌‌" يكي از ناب‌ترين و كم‌سابقه‌ترين دستاوردهاي صنعت سينما در اين زمينه است. در اين فيلم با استفاده از روشي كه Performance Capture يا به زبان ساده "ضبط ديجيتالي اجراي (بازيگري) يك هنرپيشه"ناميده مي‌شود، بازي تام هنكس، هنرپيشه معروف سينما ضبط و ديجيتالي شده و در كالبد انيميشن به‌كار رفته‌است. بنابراين در سراسر فيلم، تام هنكس را با چهره و حركات خودش اما در قالب يك شخصيت كارتوني مشاهده مي‌كنيم.



داستان فيلم

كارتون ‌‌قطار سريع قطبي ‌براساس يك داستان پرفروش و محبوب براي كودكان، نوشته Chris Van Allsburg ساخته شده است. فيلم تقريبا به همان اندازه كتاب موفق و جذاب از كار درآمده‌است و بيننده را با خود به راحتي تا پايان قصه مي‌كشاند. فيلم داستان كودكي را به تصوير مي‌كشد كه شب كريسمس عميقا باور دارد كه آن قطار قطبيِ‌‌ افسانه‌اي ممكن است از كنار منزل آن ها عبور كند و او را به قطب، يعني جايي كه هر سال و در آستانه شب كريسمس، بابا نوئل (Santa) سفر خود را از آنجا براي تقسيم هداياي شب عيد آغاز مي‌كند، برساند. اين آرزو چند روز ذهن پسرك را به خود مشغول كرده ولي معلوم است كه پدر و مادرش اين را تنها يك رويا و قصه مي‌پندارند. شب هنگام، وقتي كه پسرك به خواب مي‌رود، ديري نمي‌گذرد كه قطار سريع قطبي با صداي گوشخراش و سنگين ترمز لوكوموتيو، در آستانه منزل پسرك توقف مي‌كند و او درحالي كه بهت و حيرت وجودش را فراگرفته، سراسيمه دمپايي و لباس‌هاي راحتي خود را مي‌پوشد و به بيرون از خانه مي‌دود. پسرك قدم‌هاي كوچكش را از لابه‌لاي برف سنگيني كه باريده‌است برمي‌دارد و خود را به قطار عظيمي نزديك مي‌كند كه نور چراغ داخل واگن‌هايش درخشش رويايي خاصي به آن بخشيده است. همان نزديكي كسي فرياد مي‌زند كه مسافران سريع‌تر سوار شوند. دوربين برمي‌گردد و چهره او را نشان مي‌دهد. تام هنكس در لباس مامور كنترل بليت مسافران ديده مي‌شود. پسرك كه همچنان حيرت زده‌است، سرانجام بر دودلي و اضطراب خود غلبه مي‌كند و سوار قطار مي‌شود و به‌اين‌صورت سفر پرماجرا آغاز مي‌شود... .


جزئيات چهره تام هنكس(هنرپيشه معروف)در كارتون به دقت بازسازي شده است.

سوني و IMAX


فيلم محصول يكي از شركت‌هاي اقماري سوني به نام Sony Pictures Imageworks است كه در زمينه جلوه‌هاي ويژه تخصص دارد و جلوه‌هاي ويژه فيلم Spider-Man يكي از محصولات آن است. تهيه كننده اصلي فيلم، شركت برادران وارنر است ولي خود تام هنكس نيز يكي از تهيه‌كنندگان آن بوده است. رابرت زمكيس (Robert Zemeckis) كارگردان فيلم‌هاي فارست گامپ و Cast Away نيز اين اثر را كارگرداني كرده است.

اين انيميشن هنگامي كه اولين بار به روي پرده سينماهاي دنيا رفت، با فناوري IMAX 3D Experience عرضه شد.IMAX يك فناوري صوتي و تصويري است كه به كمك آن بيننده فيلم مي‌تواند با لذت بيشتري تماشاي يك فيلم را تجربه كند. از نظر صوتي، آي‌مكس يك فناوري سه‌بعدي مانند دالبي ديجيتال است، ولي از نظر بصري فناوري آي‌مكس در واقع يك سينماي سه بعدي است. حدود يكصد سينما در سراسر دنيا به فناوري آي‌مكس سه بعدي مجهز هستند. در اين سينماها مي‌توان با استفاده از عينك‌هاي مخصوص، فيلم را با حس سه بعدي بيشتري تماشا و تجربه كرد. گويي تماشاگر در دل صحنه حضور دارد. تاكنون چند فيلم از جمله قطار سريع قطبي، هري پاتر، و قسمت آخر فيلم ماتريكس، با اين فناوري به نمايش در آمده‌اند.

هزينه پايه‌اي فيلم رسما حدود 165 ميليون دلار اعلام شده است، اما برخي آگاهان خبر داده‌اند كه احتمالا هزينه‌هاي فيلم در عمل به نزديك 200 ميليون دلار رسيده‌است. در اين كارتون، بازي درخشان تام هنكس با استفاده از 194 سنسور كه به بدن او متصل شده است، توسط كامپيوتر نمونه برداري و سپس اطلاعات حاصل از اين نمونه برداري، براي هدايت 70 دوربين مجازي (در داخل نرم‌افزارهاي انيميشن‌سازي سه‌بعدي) كه جزء به جزء حركات عضلات و صورت او را ديجيتالي كرده‌اند، استفاده شده است.



اين قطار چگونه ساخته‌شد



ديويد شاوب (David Shaub) سرپرست تيم ‌انيماتورهاي فيلم به نشريه VFXWorld مي‌گويد: از آنجا كه براي زمكيس بسيار مهم بود كه تبديل كتاب به فيلم موجب افت كيفيت قصه و فضاي رويايي و سحرآميز آن نشود، ابتدا كوشيد از نقاشي‌هاي خود آلسبرگ براي الگوي‌هاي اوليه استفاده كند، اما به‌زودي موانع فني كار موجب شد كه دنبال راه‌حل ديگري باشد.

وي ادامه مي‌دهد، بنابراين زمكيس به سراغ يكي از متخصصان محبوبش در زمينه جلوه‌هاي ويژه، يعني كن رالستون، برنده 5 جايزه اسكار در زمينه جلوه‌هاي ويژه كه فيلم معروف "راجر ربيت" نيز از كارهاي او است، رفت. رالستون ابتدا بررسي‌هايي در فضاي دوبعدي انجام داد و با استفاده از تركيب نرم‌افزارهاي پردازش تصوير و ترسيمات خاصي كه براي اين منظور ساخته شد، تعدادي طرح اوليه به زمكيس ارائه كرد. با اين طرح‌ها مي‌توانستيم مثل نقاشي‌هاي معمولي انيمشين دوبعدي برخورد كنيم.

سپس سراغ استفاده از نرم‌افزارهاي Optical Flow رفت تا يك نقشه و طرح مرجع براي حركت پيكسل‌ها در فيلم اصلي به‌وجود آورد.(1) اين نقشه‌ها بعدا به عنوان فريم‌هاي كليدي انيميشن مورد استفاده قرارگرفت.

مرحله بعدي در واقع حساس‌ترين مرحله توليد فيلم بوده‌است. در اين مرحله كه اصطلاحا Motion Capture ناميده مي‌شود، ابتدا هنرپيشه‌هاي فيلم در محيطي كه اصطلاحا "صحنه تئاتر در جعبه سياه"(2) ناميده مي‌شود، قسمت‌هايي از فيلم را اجرا مي‌كنند.

گويي آن‌ها در همان صحنه‌هايي كه در فيلم ديده مي‌شود، واقعا حضور دارند. در و ديوار اين فضاي ويژه معمولا به رنگ آبي يا مشكي است تا بعدا تكنسين‌ها و انيماتورهاي فيلم بتوانند عناصر ديگري را به صحنه بيفزايند تا بتوانيم هنرپيشه‌ها را در فضايي كه داستان اتفاق مي‌افتد ببينيم. تا اينجا روش كار بسيار شبيه ساير فيلم‌هايي است كه مانند فيلم Troy از جلوه‌هاي ويژه استفاده مي‌كنند. اما اين بازيگران علاوه بر لباس و شايد كمي گريم كه در همه تئاترها معمول است، مجبورند ده‌ها سنسور كوچك را كه به قسمت‌هاي مختلف بدنشان متصل شده است تحمل كنند. كار اين سنسورها نمونه‌برداري از حركات بازيگران است. براي اين منظور، از نرم‌افزار Imagemotion ساخت شركت Imageworks استفاده شده است.



تصوير سمت راست يكي از صحنه هاي كارتون را نشان مي دهد. تصوير سمت چپ تام هنكس را در حال اجراي همان صحنه نشان مي دهد. به بدن او در هنگام اجراي اين صحنه(همچون صحنه هاي ديگر)سنسورهاي نمونه برداري حركات متصل هستند. براي مشاهده تصوير در اندازه بزرگتر روي آن کليک کنيد.

اين نرم‌افزار كليه عمليات نمونه برداري از حركات بازيگران را مديريت كرده‌است. چالش اين مرحله آن بوده كه بازيگران به دليل محدوديت‌هاي فني مربوط به سنسورها نمي‌توانستند در مساحتي فراتر از 10 فوت مربع تحرك داشته ‌باشند و در عين‌حال به دليل حجم محاسبات پيچيده كامپيوتري مربوط به عمليات نمونه‌برداري و محدوديت حافظه و توان پردازشي Server‌هايي كه عمليات را مديريت مي‌كردند، دست‌اندركاران فيلم ناگزير بودند صحنه‌هاي فيلم را در قطعات 90 ثانيه‌اي ضبط كنند و پس از ذخيره‌سازي در كامپيوتر، دوباره 90 ثانيه ديگر را تصويربرداري كنند و الي آخر.

در مرحله بعدي اطلاعات ديجيتال در كامپيوتر آرايش پيدا كرده‌است. جايي كه شخصيت‌ها و اشياي درون فيلم با استفاده از نرم‌افزارهاي كامپيوتري، رنگ و بافت مورد نظر را به خود مي‌گيرند و فضاي فيلم نقاشي مي‌شود. در اين مرحله تيم متشكل از كارگردان و انيماتورهاي فيلم به كمك نرم‌افزار، نورپردازي، و زاويه و نحوه حركت دوربين‌ها را به دلخواه خود تنظيم كرده‌اند. سخت‌افزار سيستم نمونه‌برداري از 72 دوربين Vicon كه به يكديگر متصل بودند تشكيل شده بود. در اين سيستم 56 دوربين مجازي براي دنبال كردن حركات چهره و 16 دوربين مجازي براي نمايش دقيق حركات بدن به‌كار رفته است و در مجموع كل صحنه (همان مساحت 10 فوت مربع) را فيلم‌برداري كرده است.(3)
در اين مقطع يك مرحله مهم ديگر از كار نيز انجام شده است و آن هم پويانمايي عضلات چهره‌ شخصيت‌هاي داستان است. اين كار به‌طور كلي به كمك كامپيوتر انجام شده است.



از راست به چپ به ترتيب: دونگ شيانگ طراح ارشد، كن رالستون كارشناس جلوه هاي وي‍ژه ديويد شاوب سرپرست انيماتورها و آلبرتو مناچه برنامه نويس و متخصص سيستم Motion Capture در فيلم.


آلبرتو مناچه (Alberto Menache) برنامه‌نويس و متخصصي كه سيستم Motion Capture مخصوص نمونه‌برداري از حركات گروهي از مردم (در تعدادي از صحنه‌هاي خاص) در فيلم Spider-Man را براي شركت Imageworks سوني طراحي كرده بود به كمك تيم مي‌آيد و يك نسخه جديد از نرم‌افزار مخصوص اين شركت به نام Performance Facial System كه به‌طور اختصار آن را PFS مي‌نامند طراحي مي‌كند. اين نرم‌افزار بر مبناي نقاط كنترلي متعددي كه روي تصوير سه‌بعدي چهره قرارمي‌گيرند كار مي‌كند. هر نقطه كنترلي با يكي از عضلات كوچك چهره يك انسان واقعي متناظر است. انيماتورهاي فيلم نزديك به 300 نقطه كنترلي براي پويانمايي عضلات چهره به‌كارمي‌گيرند كه هركدام ناحيه بسيار كوچكي از تصوير چهره را به حركت درآورده و كنترل مي‌كنند.

در عين حال اين نرم‌افزار طوري طراحي شده است كه بتوان اين نقاط كنترلي را از منابع ديگري (مثلا Motion Capture و نمونه برداري از حركات چهره يك انسان واقعي) به‌دست‌آورد.

به اين ترتيب داده‌هاي حاصل از مرحله قبلي (فيلم‌برداري از بازي بازيگران اصلي فيلم سرصحنه) در مرحله پويانمايي چهره نيز به‌كار گرفته ‌شد. تنها داده‌هايي كه در اين مرحله مستثني شده‌اند، داده‌هاي نمونه‌برداري شده مربوط به عضلات نزديك چشم انسان هستند. آن‌طور كه ديويد شاوب گفته‌است، انيماتورها در كار با نقاط كنترلي مربوط به عضلات ناحيه ميان پلك بالاي چشم و ابرو كه حركت كره چشم موجب تكان خوردن آن مي‌شود با دشواري روبه‌رو شدند و به ناچار عمليات نمونه‌برداري از حركات اين قسمت چهره هنرپيشه‌ها به كل كنار گذاشته شد و در عوض با تكنيك هاي متداول انيميشن سه‌بعدي، كره‌هاي دو چشم هر كاراكتر طراحي و به حركت درآمد.

براي اينكه حداكثر كيفيت هنري در كار حاصل شود، كارگردان با كمك طراحي به نام دوگ‌چانگ كه رنگ‌بندي اصلي فيلم را خلق ‌كرده است و نيز نقاشي‌هاي آلسبرگ، نويسنده اصلي قصه، مي‌كوشد فضاي فيلم را تا آن‌جا كه ممكن است به تخيل نويسنده داستان نزديك كند.

گفته مي‌شود مرحله بازيگري حدود چهل روز طول كشيده است كه براي يك فيلم بلند سينمايي و دشواري‌هاي خاص اين مرحله، موفقيت بزرگي به شمار مي‌رود. البته اگر فيلم را ببينيد، متوجه خواهيد شد كه صحنه‌ها و حركت‌هاي بازيگران فيلم اگرچه طبيعي و خوب از كار درآمده است اما از آن‌جا كه بازيگران تحرك زيادي ندارند، امكان چنين دستاوردي در عرض كمتر از يك ماه تعجب‌آور نيست.


براي حركت دادن عضلات چهره از 56 دوربين استفاده شده است.

با اين حال، قطار قطبي يك فيلم پرتحرك و پرهيجان است و برخي از صحنه‌هاي دلهره آور آن، بيننده را كاملا ميخكوب مي‌كند. تماشاي اين كارتون تقريبا شبيه سوار شدن يك قطار هوايي در شهربازي‌ است و مي‌توان تصور كرد كه تماشاي برخي صحنه‌هاي مربوط به حركت تند قطار روي فراز و نشيب‌هاي ريل‌هاي مسير آن، با استفاده از فناوري IMAX 3D مي‌تواند حتي احساس هيجان ناشي از ترس از ارتفاع را نيز در بيننده تداعي كند.

از نظر فني قطار قطبي را مي‌توان يكي از آخرين دستاوردهاي صنعت سينما و انيميشن در تركيب‌كردن داده‌هاي نمونه‌برداري شده از دنياي واقعي با داده‌هايي كه از ابتدا در فضاي مجازي كامپيوتر خلق شده‌اند تلقي كرد. در واقع چالش اصلي فيلم‌ هم همين بود. دست‌اندركاران فيلم بايد چنان عمل مي‌كردند كه بيننده نه تنها متوجه تمايز بخش‌هاي نمونه‌برداري‌شده‌ از بخش‌هاي ايجاد‌شده در كامپيوتر نشود، بلكه نتيجه كار براي بيننده چنان باور كردني و مانوس به نظر برسد كه بتواند فارغ از فكر كردن به اين پرسش كه به‌راستي چگونه يك هنرپيشه معروف سينما قدم به درون فضاي مجازي يك كارتون گذاشته است، خود را غرق در داستان شيرين و جذاب فيلم بيابد و خاطره خوشي را از آن به ياد بسپارد.

پي‌نوشت:
(1) Optical Flow مفهوم و يك روش رياضي براي تخمين حركت اشيا در يك تصوير گرافيكي است. به طور معمول هر حركت در دنياي انيميشن كامپيوتري، متشكل از بردارهايي است كه به سلسله‌اي از پيكسل‌هاي پشت‌سرهم منتهي مي‌شود. نمايش اين پيكسل‌ها به ترتيب احساس حركت را در بيننده تداعي مي‌كند. در تكنيك Optical Flow اين بردارها از طريق محاسبه و تخمين نحوه حركت و تغيير روشنايي يا Brightness تصوير به‌دست‌مي‌آيند. اين تكنيك در فن Pattern Recognition نيز مورداستفاده قرار مي‌گيرد.

(2) Black Box Theater

(3) به نقل از يادداشت‌هاي ديويد شاوب، سرپرست تيم انيميشن، از خاطرات روزهاي اجراي پروژه.

​