Kako nastane risanka

Objavljeno: 27.5.2014 | Avtor: Matej Huš | Kategorija: Dosje | Revija: Junij 2014

Ob ogledu risanega filma ali risanke redkokdaj pomislimo, koliko ur človeškega in računalniškega dela se skriva v ozadju. Časi risanja likov na folijo ali snemanje sličico po sličico so že zdavnaj minili, saj danes vse več dela prevzemajo zmogljivi superračunalniki. V njih nastanejo tridimenzionalni liki, ki jim animacija vdihne življenje, za to pa potrebujemo nepredstavljivo računsko moč. Če bi namreč poizkusili celovečerno risanko izrisati na domačem računalniku, bi za to potrebovali več kot tisoč let.

Zgodovina

Želja, da bi premikanje nekako zarisali in shranili za vnovično ogledovanje, je stara toliko kot človeštvo. Prve rešitve so bila zaporedja ilustracij, ki so si sledile po dejanskem poteku dogajanja. To so znali že jamski ljudje, ko so narisali živali z več pari nog v gibanju. V 19. stoletju so razvili vrsto priprav, ki so omogočale primitivno prikazovanje premikanja, najbolj znana pa je kar najenostavnejša – folioskop (flip book), kakor imenujemo knjižico z risbami, ki si sledijo z majhnimi spremembami in pri hitrem listanju dajo videz premikanja.

Resnične risanke smo dobili v 20. stoletju, ko se je filmska tehnika dovolj razvila. Postopek je bil dolgotrajen in zamuden, saj je bilo treba izrisati na tisoče sličic, te pa so potem snemali eno po eno. Čeprav so junake risali na prozorno folijo, ki so jo položili na narisano ozadje in čeprav je sodelovalo veliko risarjev, je postopek trajal zelo dolgo. V modernem času so velik del animacije in izrisa prevzeli računalniki, a to ne pomeni, da je postopek izdelave animirane risanke kaj krajši, cenejši, lažji ali enostavnejši. Tudi razvoj čedalje močnejših računalnikov ne prinaša bistvenih prihrankov, ker hkrati rastejo tudi zahteve gledalcev po živosti likov.

Risanje, risanje in še enkrat risanje

Ko še ni bilo računalnikov, so morali vse sličice za izdelavo risanke narisati ročno. Za njihov videz je bil odgovoren glavni risar, ki je v sodelovanju z režiserjem izrisal vse like. Predračunalniške risanke so bile dvodimenzionalne, zato so bili tudi vsi liki narisani le iz nekaj dvodimenzionalnih stranskih risov in narisov. Ozadje, kjer se bo zgodba dogajala, so narisali risarji ozadja.

Pri klasični izdelavi je treba narisati junake na folijo.

Pri klasični izdelavi je treba narisati junake na folijo.

Ko imamo vse like, je treba poskrbeti za njihovo gibanje. To je naloga animatorja, ki si mora zamisliti vse načine gibanja oseb in njihove skrajne položaje. Vmesne faze pa narišejo fazisti, ki sledijo zahtevam režiserja, glavnega risarja in animatorja. Gibanje ni le premikanje, temveč tudi izražanje čustev z obrazno mimiko, premikanje okončin in podobno; vse to je treba narisati. Tako nastane precej risb glavnih junakov, ki so za zdaj še črni obrisi na papirju. Te prerišejo na folije iz celuloida, ki so prozorne. Take folije potem polagajo na narisano ozadje in ustrezno pobarvajo. To izboljšavo je leta 1914 izumil Earl Hurd in zelo poenostavil izdelavo risank, saj je bilo mogoče isto ozadje uporabiti večkrat.

Izdelava risanega filma v Pixarju

Pixar je največji studio, ki izdeluje animirane filme in risanke.

Pixar je največji studio, ki izdeluje animirane filme in risanke.

Pixar je največja in najuspešnejša založniška hiša na področju risank, saj se lahko pohvalijo z naslovi, kot so Svet igrač 1 in 2 (Toy Story), Življenje žuželk (A Bug's Life), Pošasti iz omare (Monsters, Inc.), Neverjetni (The Incredibles), Avtomobili (Cars) in Reševanje malega Nema (Finding Nemo). Njihov postopek od zamisli do končnega izdelka je še malo daljši od običajnih in obsega naslednje faze:

•    izbor zamisli,

•    povzetek vsebine,

•    zgodboris (snemalna knjiga),

•    snemanje grobe različice dialoga,

•    priprava animatica,

•    oblikovanje likov,

•    modeliranje likov v 3D,

•    priprava ozadja v 3D,

•    postavitev likov na ozadje,

•    animacija,

•    senčenje slike,

•    izris končnih sličic (ki lahko traja od šest ur do nekaj dni za posamezno sličico),

•    končno retuširanje.

Modeli s sličico po sličico

Alternativa dvodimenzionalnim risankam so bili posnetki tridimenzionalnih modelov, ki so jih snemali s tehniko »stop-motion«. Za ta postopek so izdelali resnične fizične modele likov in ozadje. Animirani film je nastajal tako, da so s posebno kamero posneli eno sličico, malo premaknili modele, posneli naslednjo sličico in tako naprej. Rezultat je bilo približno gladko gibanje modelov, ki pa so bili togi, zato gibi niso delovali realistično.

Potem pa so v 90. letih prejšnjega stoletja delo prevzeli računalniki in ga do danes niso izpustili iz rok. Računalniška grafika (CGI) je leta 1995 s filmom Svet igrač potrkala na vrata Hollywooda in lokalnih kinematografov in ni več odšla.

Animatic z informacijami o kadru, zaporedni številki sličice, času in imenu.

Animatic z informacijami o kadru, zaporedni številki sličice, času in imenu.

Predvizualizacija že ima tekoče gibanje in ustrezne dolžine kadrov, le grafika je precej surova.

Predvizualizacija že ima tekoče gibanje in ustrezne dolžine kadrov, le grafika je precej surova.

Faze izdelave animiranega filma danes

Izdelava tipičnega animiranega filma traja v povprečju od dve do sedem let, odvisno od velikosti, zahtevnosti in proračuna projekta, sestavljena pa je iz več faz.

Začne se z zamislijo, ki je kljub tehnološkemu napredku še vedno najpomembnejši del zgodbe in edini, ki ga verjetno ne bo nikoli mogoče avtomatizirati. Zamisel mora prerasti v zgodbo in ta se do dejanskega začetka produkcije še precej spreminja, pa tudi potem ne ostane zabetonirana. Sledi priprava scenarija, ki je precej manj zanimivo početje, kot se sliši. Scenarij je v resnici prepis dialoga, ki se bo dogajal v risanki, z dodanimi informacijami o ozadju, postavitvi likov in njihovih dejanjih. Predstavljate si ga lahko kot razširjeno inačico kakšnega Hamleta, ki ste ga brali v srednji šoli. Scenarij je pomemben, ker šele s pripravo scenarija ugotovimo, ali je zgodba dovolj zanimiva za produkcijo.

Iz scenarija se pripravi zgodboris (storyboard), ki mu v filmski industriji pravijo raje snemalna knjiga. Tedaj nastajajoča zgodba prvikrat dobi vizualno podobo. Zgodboris je podoben nedokončanemu stripu, saj v njem v precej grobih skicah narišemo potek celotne risanke. Pokazati moramo osnovne vizualne značilnosti likov, dialoge, časovnico in položaj kamere ter prehode med kadri. Zgodboris je navadno narisan v črnem na beli podlagi in je brez vsakih vizualnih podrobnosti, vsebuje pa tudi precej informacij, ki jih v končni različici ne bo: puščice za prikaz gibanja kamere, zapisane dialoge, nerealno barvanje itd.

Naslednja faza je zelo pomembna, zato se praviloma precej zavleče. Iz zgodborisa je treba izdelati animatic. To je prva animirana vizualizacija risanke, ki se izdela v računalniškem programu (doma največkrat Adobe After Effects, v veliki studiih pa namenski) in ji je dodan zvok. Tu ne gre za končno različico dialoga niti končno grafiko; pomembno je le, da je (za zdaj še dvodimenzionalna) animacija razumljiva in da v dejanski dolžini kadrov dobro predstavlja celotno dogajanje, ki se bo zgodilo. Na tej točki mora biti zgodba dokončana, ker so kasneje spremembe praktično nemogoče.

Zdaj se začne pravo delo računalniške animacije. Modeliranje je korak, v katerem  izdelajo tridimenzionalne predstavitve vseh likov (doma največkrat v Mayi ali Blenderju). Modeli so trirazsežni objekti, oblikovani na podlagi risarjevih skic. Nato se v modele vstavi ogrodje ali okostje (postopku pravimo rigging), čez katero je razvlečena zunanja ploskev lika (koža ali kožuh). Ko se bo okostje zvijalo in pregibalo, se bo lik premikal. Pri tem je treba vedeti, kakšne gibe in sposobnosti bomo od lika v zgodbi pričakovali (recimo široko odpiranje čeljusti), da je okostje temu prilagojeno. Okostje ni nič drugega ko sestav različnih sklepov, na katere so pripeti različni togi deli telesa.

V naslednji fazi predvizualizacije (previz) dobi risanka že povsem končno obliko, le grafika še ni izrisana. Za predvizualizacijo potrebujemo končni tonski zapis in dokončane modele, te pa potem povežemo v zgodbo. To je prva tridimenzionalna animacija risanke, ki hkrati kaže končno postavitev kamer, prehode med kadri in trajanje kadrov, usklajenost tona s sliko in druge podrobnosti. Tu se preverijo vsi ti vidiki, saj kasnejše spremembe niso več mogoče. Predvizualizacija ima poleg dejanskega poteka kadrov še nekaj dodatnih informacij na vsaki sličici, kot je časovna koda, števec sličic, številka kadra, podatke o načinu snemanja in še kaj. Ta korak je nadvse pomemben, ker na njem preverimo, ali zgodba teče gladko in smiselno, preden zapravimo več tednov za izris.

Računsko najzahtevnejša faza je izris z ustrezno osvetlitvijo (rendering and lighting), ki tudi na najzmogljivejših superračunalnikih traja več tednov. Rezultat tega procesa je risanka, ki je praktično že gledljiva, saj so liki videti živi in stvarni, sence padajo po ustreznih kotih, ozadje je lično oblikovano in pobarvano. Od končnega izdelka nas loči le še zadnji pregled in urejanje barvnih kanalov na izdelku, da se vse sličice karseda ujemajo, ter popravljanje tonskega zapisa.

Prvi je bil Svet igrač

Svet igrač je bil prvi animirani film, ki so ga v celoti pripravili z računalnikom.

Svet igrač je bil prvi animirani film, ki so ga v celoti pripravili z računalnikom.

Prvi film, ki so ga v celoti pripravili z računalniškim izrisom grafike, je bil Pixarjev Svet igrač. Že pred tem so v nekaterih filmih dele prizorov ustvarili z računalniki, a še nikoli celotnega filma. Daljnega leta 1995 so za Svet igrač uporabili 117 delovnih postaj (Sun SPARCstation 20), ki so jih stisnili na prostor 5 x 3 x 0,5 metra. Za 77-minutni film je bilo treba izrisati 114.000 sličic, za to so uporabili lastno programsko opremo RenderMan. Zmogljivost tega sistema je dosegala 16 milijard operacij s plavajočo vejico na sekundo (16 gigaflop/s), kar je bilo za tedanje razmere osupljiva številka. Izris posamezne sličice je trajal od dve do trinajst ur, kar je zelo podobno kot danes na bistveno močnejših računalnikih, ker smo ustrezno zahtevnejši glede zmogljivosti slike. Za končni rezultat so potrebovali skupno 800.000 ur procesorskega časa, ustvarili pa so približno 500 GB podatkov.

Pregibanje likov

Da se liki lahko realistično gibljejo in zavzemajo različne položaje, morajo imeti gibljivo okostje. Čim več imajo gibljivih sklepov, tem bolj realistično in prožno je njihovo gibanje. Pri tem je pri antropomorfičnih likih treba tudi dobro poznati človeško fizionomijo, saj imajo sklepi različno zgradbo in število prostostnih stopenj.

 Matematično gledano je število prostostnih stopenj enako številu parametrov, s katerimi lahko enolično opišemo prostorsko lego vseh teles iz nekega sestava. Prosto gibajoče se telo ima šest prostostnih stopenj, saj za opis potrebujemo tri koordinate za opis položaja težišča in še tri koordinate za opis orientacije (recimo tri Eulerjeve kote). Pri gibanju po ravnini pa so prostostne stopnje tri (dve prostorski koordinati in ena orientacijska).

Sklepi imajo lahko eno prostostno stopnjo (tečajasti komolčni sklep, čepasti koželjnično-podlahtnični sklep), dve (jajčasti zapestni sklep, sedlasti sklep na palcu) ali tri (kroglasti ramenski sklep), odvisno od njihove oblike. Človeško telo ima 360 sklepov, a to ne pomeni, da lahko vsak človeku podoben lik modeliramo s toliko sklepi. Človeško telo je iz mehkega tkiva, liki pa ne, zato potrebujejo več točk pregiba (Sully v Pošastih z Univerze ima kar 5,5 milijona dlak, ki imajo vsaka po štiri pregibne točke, pa s tem sploh še nismo upoštevali gibanja trupa). Alex iz Madagaskarja 3 ima kar 2000 točk, v katerih ga lahko pregibamo, liki iz Krudovih pa 2500. Nastajali so pol leta.

Priprava 3D modela Shreka

Priprava 3D modela Shreka

Kupiti ali najeti oblak

Večji studii, kot sta Pixar in DreamWorks, imajo lastne izrisovalne farme z več deset tisoč strežniki. Izrisovanje sličic za posamezni film res traja le nekaj mesecev v celotnem nekajletnem ciklu, a vedno imajo v pripravi več animiranih filmov (recimo DreamWorks okrog deset), zato farme ne samevajo. DreamWorks ima sistem, ki ga sestavlja 3000 strežnikov HP BladeSystem c-Class in svojo izrisovalno farmo z 20.000 procesorji. Na vseh teh računalnikih v farmah teče Linux.

Manjši in neodvisni studii si takšnega stroška ne morejo privoščiti, zato so jim v zadnjem času na voljo številne storitve v oblaku za najem računske moči. Take oblake imajo Amazon, Hewlett-Packard in tudi manj znani ponudniki, kot je RenderRocket ali novozelandski Weta Digital. Uporabljajo pa jih tudi veliki studii, kadar za kratek čas potrebujejo dodatno računsko moč.

Prvi animirani film, ki je v celoti nastal v oblaku Hewlett-Packard Utility Rendering Service (HP URS), je štiriminutna zgodba o robotu z naslovom The Painter. Če bi izris izvedli z računsko močjo, ki ustreza enemu strežniku Pentium III Proliant, bi trajal 278 dni. DreamWorks je kasneje HP URS uporabil za izdelavo celovečerca Shrek 2.

Izris

S tujko ga poznamo pod imenom rendiranje (rendering), lepo slovensko pa mu pravimo izris. Gre za računsko najzahtevnejši del izdelave, čeprav časovno ni najdaljši. Navadno ga končajo v nekaj mesecih, redkeje v letu do dveh, izdelava celotne celovečerne risanke od zamisli do izida pa traja nekaj let. Včasih so studii kupovali svoje delovne postaje in strežnike, danes pa je čedalje pogostejše najemanje računskih ciklov sistemov v oblaku, ki jim pravijo tudi izrisovalne farme (render farm). Kljub temu ima Pixar kot največji še vedno svoje računsko središče, v katerem najdemo 2000 računalnikov s skupaj več kot 24.000 jedri.

Izris je dolgotrajno zaporedje nič kaj posebej zapletenih, a silno dolgih in dolgočasnih izračunov. Ko imamo namreč ustrezno postavljene trirazsežne modele na primernem ozadju, je treba ugotoviti, kje bo kamera in kje so viri svetlobe. Vsaka površina ima predpisane svoje lastnosti, ki so barva, tekstura, odbojnost (albedo za fizike), prosojnost in tako naprej. Vse te podatke se uporabi pri končnem izrisu, ki določi natančno barvno kodo vsake točke (piksla) na sliki. Računalnik z mesta gledalčevih oči pošlje navidezne žarke do vseh površin in računa vse njihove zaporedne odboje (skupaj z delno absorpcijo), dokler ne pridejo do vira svetlobe, kar je ravno nasprotno, kot človek potem zaznava sliko. Pri dimu, vodni površini, listih na drevesu, dlakah na kožuhu in podobnih zelo fino granuliranih, a sklopljenih elementih, se uporabljajo nekatere poenostavitve, drugače bi izris trajal predolgo. Prvi sistemi za izris so uporabljali opremo SGI, danes pa so praktično vsi prešli na Linux.

Lanski animirani film Pošasti z univerze (Monsters University) je postavil kar nekaj rekordov. Na projektu je več kot štiri leta delalo 270 ljudi, to je stalo 200 milijonov dolarjev. Glavni junak, Sully, je najpodrobneje izrisan animirani junak v zgodovini, saj ima kar 5,5 milijona dlak na telesu, vsaka pa ima štiri točke pregibanja. Vsako izmed teh dlak je bilo treba animirati, osenčiti in izrisati posebej, kar ni mačji kašelj. Pixarjev računalniški center je za izris najzahtevnejših sličic potreboval 29 ur, skupno pa so za celoten film porabili 100 milijonov ur procesorskega časa. Posamezne sličice v Svetu igrač 3 so se izrisovale 39 ur, v Avtomobilih 2 pa celo 80 ur. Apetiti gledalcev se pač večajo vsaj tako hitro kot računska moč in če je bil v prvem delu izpred 13 let (Pošasti iz omare) Sully tudi s petkrat manj podrobnostmi videti povsem zadovoljiv, bi bilo to danes premalo. Pixar uporablja lastno programsko orodje Presto za animacijo.

CGI, modeli ali risanje

Pri izdelavi risank so tekmovale tri povsem različne metode. Pri risanju so bili vsi liki izrisani na folijo iz celuloidnega traku, ki so jo postavljali na narisano ozadje. Za tridimenzionalne učinke so uporabljali fizično izdelane modele, ki so jih premikali in snemali po eno sličico naenkrat (tehniki pravimo stop-motion). Po letu 1995 pa je obe tehniki praktično povozila računalniška grafika (CGI), kjer se vse dogaja v računalniških programih za modeliranje, animacijo in izris.

Najraje imajo Linux

Svoj čas je bil nesporni vladar računalniških sistemov za modeliranje in izris animiranih filmov Silicon Graphics (SGI). Tehtnica se je začela nagibati v Linuxovo smer leta 1997, ko je studio Digital Domain (D2) pri izrisu računalniške grafike za Dantejev vrh pokazal, da lahko Linux sodeluje s programsko opremo za SGI. Veliki preboj pa je uspel z izidom Titanika, ki je prvi film, v katerem so vsi posebni učinki pripravljeni na Linuxu.

V porodnih letih je imel Linux velike težave s podporo 3D pospeševanju, ki je bilo zaradi pomanjkanja ustreznih gonilnikov slabo in počasno. Windows je imel po drugi strani precej boljše gonilnike, zato je nekaj časa kazalo, da bo Windows postal prvi operacijski sistem za izdelavo animiranih vsebin. Da se to ni zgodilo, sta odločila dva dogodka: nVidia je pripravila spodobne gonilnike za Linux, obenem pa so razvijalci ugotovili, da bi morali prepisati več milijonov vrstic Unixove kode, da bi programi tekli na Windows, kar je bilo časovno neizvedljivo. Zaradi padca cen PCjev je Linux počasi prevzel celotno področje. Studii danes poganjajo Linux, na katerem brez težav delujejo vsi pomembnejši komercialni programi.

Prvi film, ki je v celoti nastal v Linuxu, je bil Shrek leta 2001. Nadaljevalo se je z Vojno zvezd II, kjer so posebne učinke in like zmodelirali in animirali v Linuxu, kar je prineslo petkratno pohitritev v primerjavi z uporabo sistemov SGI. Podobno je bil tudi Gospodar prstanov 2 narejen na Linuxu.

Na Linuxu tečejo tako komercialni programi za 3D risanje, kot so SideFx Houdini, Alias Maya, Blender in SoftImage, Apple Shake za sestavljanje slik in Pixar RenderMan za izris. Hkrati številni studii uporabljajo lastne programske rešitve, ki so mnogokrat posledica zgodnjih dni, ko komercialnih programov za Linux ni bilo. Večji studii imajo zaposlenih do sto programerjev, ki skrbijo za kodo teh programov za Linux. Nekatere napišejo od začetka, drugi so vtičniki in dodatki za Mayo ali Apple Shake. Ker so vložki večstomilijonski, noben studio ne uporablja zgolj zaprtokodnih programov, temveč hočejo kodo videti in jo imeti možnost spremeniti.

Lani februarja so v Los Angelesu priredili prvo konferenco Linux Movies in na njej predstavili velik uspeh Linuxa v Hollywoodu. Ta je namreč glavni operacijski sistem v naslednjih studiih: Digital Domain, Disney, DreamWorks, Sony, Weta Digital in številnih drugih.

Primer Obutega mačka in Madagaskarja 3

Obutega mačka je leta 2011 dokončal DreamWorks Animation, uporabljali pa so Hewlett-Packardov sistem, saj z njimi sodelujejo že vse od leta 2001.

Za predpripravo do izrisa (torej oblikovanje likov, modeliranje, animatics) so oblikovalci uporabljali kar 200 delovnih postaj HP Z800. Za končni izris pa so porabili 60 milijonov ur procesorskega časa in zgenerirali 117 TB podatkov, kar je bilo izvedljivo le na izrisovalnih farmah. Hewlett-Packard jih je ponudil pet, delovale pa so na tehnologiji HP ProLiant BL460. Del računanja so uporabili tudi v oblaku HP Cloud Services, in sicer okrog osem milijonov ur procesorskega časa.

Naslednje leto je izšel Madagaskar 3, ki so ga modelirali na enakih delovnih postajah, izrisovali pa na štirih podobnih izrisovalnih farmah. Porabili so 65 milijonov ur procesorskega časa in ustvarili 200 TB podatkov. Končni izdelek vsebuje 120.000 sličic, najzahtevnejše pa so bile tiste iz kadra, ki se dogaja v cirkusu. Tam so morali izrisati množico več kot 5000 različnih likov in vrsto posebnih učinkov (iskre, dež, ogenj, megla), kar je vzelo 1,6 milijona ur procesorskega časa. Tako velikanske količine podatkov seveda ne gredo v nič, saj lahko nekatere uporabijo znova, recimo razno rastlinje in ozadja.

Za konec

Izdelava animiranih filmov in risank je področje, kjer so računalniki popolnoma iztrebili predhodne načine dela in nič ne kaže, da bi se v bližnji prihodnosti poslovili. To je prineslo povsem nove razsežnosti posnetkov, saj je zdaj mogoče izrisati like z natančnostjo, ki presega celo ločljivost televizijskih programov pred nekaj leti. Obenem je prav izris grafike plastičen zgled, kako želje po višji ločljivosti in večji realističnosti hitro pohrustajo sleherni napredek v hitrosti računalnikov. Vidimo pa tudi, da so bile začetne bojazni, da bodo računalniki izpodrinili človeka, povsem neupravičeni. Kljub velikanski računski moči še vedno potrebujemo več sto ljudi, da izrišejo in zmodelirajo like, preberejo dialoge in popravijo končni izdelek. In to se v dogledni prihodnosti ne bo spremenilo.

Naroči se na redna tedenska ali mesečna obvestila o novih prispevkih na naši spletni strani!
Prijava

Komentirajo lahko le prijavljeni uporabniki