Эволюция технологий создания цифровой воды в кино

1. Концепция
2. "Бездна" 1989г.

• Формообразование и анимация псевдопода
• Анимация «жидких лиц»
• Освещение и отражения
• Рендеринг и композитинг

3. "Аватар: Путь воды" 2022г.

• Основной программный каркас — Loki
• Симуляция тонкой водяной плёнки и капель
• Подводные пузыри и их взаимодействие с водой
• Поверхностные волны и постобработка
• Белая вода: пена, брызги, мелкие детали

4. Заключение
5. Список текстовых источников
6. Список источников изображений

Визуальное исследование посвящено анализу технологической эволюции в области создания цифровой воды на примере двух фильмов режиссёра Джеймса Кэмерона: «Бездна» (1989) и «Аватар: Путь воды» (2022). В центре внимания — сопоставление подходов, инструментов и рабочих процессов, применённых для решения сходных задач: моделирования формы воды, её движения, взаимодействия с окружением и интеграции в кадр. Главный вопрос исследования — как изменились технологии создания цифровой воды за 33 года и как это повлияло на соответствие визуального результата физическим свойствам реальной жидкости.

В фильме «Бездна» ключевым элементом стал псевдопод — колонна воды, способная принимать форму лица. Работу над эффектом вёл отдел компьютерной графики Industrial Light & Magic (ILM) под супервизией Денниса Мерена. Для анимации формы псевдопода использовалась процедурная система: поверхность генерировалась вдоль анимированной центральной кривой, а программа, написанная Марком Диппе, преобразовывала её в гладкий трубчатый объект. Рябь на поверхности создавалась вручную с помощью наложенных синусоидальных волн. Для имитации отражений применялась карта окружения: Джон Нолл фотографировал всё окружение на съёмочной площадке, затем обрабатывал изображения на Macintosh с помощью программы, разработанной его братом (Photoshop), и накладывал их на внутренние грани виртуального куба. Преломление рассчитывалось отдельно с помощью трассировки лучей. Композитинг в большинстве сцен выполнялся оптически: после рендеринга каждый слой (отражение, преломление, свет, дым) выводился на плёнку и физически совмещался в лаборатории под руководством Стюарта Робертсона.

В «Аватар: Путь воды» над подводными сценами работала студия Wētā FX под общей супервизией Джо Леттери и Эрика Сэйндона. Здесь вода создаётся не вручную, а с помощью физически точных гидродинамических симуляций, основанных на решении уравнений Навье–Стокса. Поведение жидкости — включая брызги, пузырьки, турбулентность и взаимодействие с телами персонажей — рассчитывается автоматически. Оптические свойства воды (преломление, отражение, поглощение света на разных длинах волн) моделируются в рамках глобального освещения с использованием path tracing в собственном рендере студии Manuka. Композитинг полностью цифровой, без участия плёнки или оптической лаборатории. Окружение реконструируется в 3D на основе данных съёмок с помощью фотограмметрии и LiDAR-сканирования, что позволяет точно передавать не только форму отражений, но и их зависимость от расстояния до объекта.

Команде было необходимо создать гибкую колонну движущейся воды, имитирующую органическое движение.

Для достижения данной цели была разработана система, в которой поверхность воды моделировалась как гибкий 3D-трубчатый меш. Для анимации использовалась спиновая кривая, вдоль которой двигался псевдопод.

Марк Диппе разработал собственный код для генерации волн: на меш накладывались синусоидальные волны разного масштаба. Волны сталкивались, создавая реалистичную рябь.

Это была процедурная генерация, так как полная симуляция в то время была невозможна.

Использовалась лазерная сканирующая система от Cyberware Laboratory. Обновлённая версия системы находилась в Walt Disney Imagineering и была предоставлена для съёмок. Всего было сделано 12 сканов выражений для Линдси и 8 сканов для Вирджила. В процессе сканирования актёры должны были оставаться абсолютно неподвижными с открытыми глазами.

Полученные данные напрямую загружались в ILM computer graphics system. Это позволяло манипулировать моделями и просматривать их на мониторе. Для анимации переходов использовалась программа разработанная Дугласом Смитом. Принцип работы: ручная привязка десятков соответствующих точек на двух крайних формах, затем усреднение для создания промежуточных переходов.

Джон Нолл фотографировал все возможные виды каждого сета, включая стены, потолки, полы — всё, что могло отразиться на псевдоподе. Но из-за ограничений (осветительные стойки, недостроенные части декораций) фотографии были неполными и несогласованными. Для этого они сканировались на Eiconix input scanner, а затем обрабатывались Джоном на Macintosh в программе, написанной его братом. (В будущем — Photoshop).