Нікіта Кравцов. 3D-анімація. Історія анімації: як народжується мистецтво

Контур публікує розділ книги “Історія анімації”. Це книга про появу особливого виду мистецтва, який викликав страх, нерозуміння і, врешті-решт, захват. Зараз без 3D ми не уявляємо ні навчання, ні відпочинку. Однак для когось — це справа всього життя. Їхні історії показують як це мистецтво народжується.

3D-анімація оповита міфами. Найпоширеніший стосується художніх навичок. Під час презентації курсів дизайну в одній із найелітніших шкіл столиці, слухаючи виступ викладача, я знову переконався, що навіть люди з суміжних професій викривлено бачать світ 3D. Лекторові, схоже, хотілося тільки одного — заманити до себе в учні якнайбільше людей із аудиторії. Після виступу одна дівчина із залу наважилася поставити запитання:

— Чи згадується на курсі тема 3D? Чи, можливо, у школі є окремий курс, присвячений тривимірному простору?

Відповідь явно була спрямована на те, щоб остудити цікавість студентки:

— Ви знаєте, щоб вивчати 3D, вам спершу слід закінчити художню школу, набути якихось мінімальних навичок малювання, а також зрозуміти елементарні правила композиції й світла. До того ж, усі «тридешники» вкрай замкнуті люди, чисті інтроверти. Змусити їх викладати й ділитися знаннями — майже неможливо.

Не знаю, чи було зумовлено таку позицію тим, що доповідач намагався переконати всіх, нібито інші курси не варті уваги, а чи він справді вірив у свої слова, але його твердження — велика омана. Світ 3D-анімації абсолютно не схожий на те, що робили мультиплікатори в часи Діснея. В алгоритми програми вшито закони оптики й фізики, що дозволяють, наприклад, розставити віртуальні джерела світла, аби побачити, як об’єкт відкидає тіні чи відблиски. А процес створення тривимірної сцени більше схожий на роботу скульптора, ніж художника. Безліч нюансів роблять досвід роботи з 3D абсолютно унікальним і неповторним. І якоїсь відчутної фори завдяки художній освіті я б не сподівався. Тим паче що людина, яка має найбезпосередніший стосунок до народження 3D-анімації, м’яко кажучи, не мала великого таланту до малювання.

Ед Кетмелл

Ед Кетмелл народився 31 березня 1945 року в Паркерсберзі, штат Західна Вірджинія. Він ріс у великій родині мормонів, що належала до середнього класу. Коли всі його однолітки прагнули стати льотчиками або акторами, маленький Ед мріяв зв’язати своє майбутнє зі створенням мультфільмів. У мріях він бачив себе творцем чарівних історій за допомогою анімації. Щонеділі ввечері, влипаючи в екран 12-дюймового чорно-білого телевізора, хлопчик чекав на появу свого кумира — Волта Діснея. Ми вже знаємо, що передача «Чарівний світ Волта Діснея» порушувала різні теми, але випуски, що відкривали завісу таємниці над створенням мультфільмів, були для маленького Еда найулюбленішими. Дісней ділився ефірним часом зі своєю командою фахівців, знайомлячи глядачів із аніматорами, колористами, художниками й іншими творцями студії. Дізнаватися про технологію анімації від самого творця — це був безцінний досвід. Хлопчик відразу вирішив, що він хоче працювати в найкращій студії світу — Disney. Натхненний телевізійною передачею Ед почав шукати більше інформації про мистецтво оживлення картинок. У місцевій бібліотеці він відшукав книжку Престона Блера «Анімація» (1948). Дотримуючись докладних інструкцій, хлопчик змайстрував спеціальний анімаційний стенд із підсвічуванням і почав експерименти з малюванням мультфільмів. Учитель малювання розповідав батькам, що малий Ед так поринав у роботу, аж не чув дзвінка на перерву. Йому навіть вдалося зробити свою анімацію за технологією flip book. Але він розумів, що, безумовно, в такій роботі художні навички мають неабияке значення. Незважаючи на неймовірне завзяття й постійну практику, Кетмелл мусив прийняти гірку істину: його художній талант був занадто слабкий, щоб світ мультфільмів прийняв його у свої обійми.

На щастя, Ед, як і всі діти, не обмежувався одним-єдиним захопленням. Він сам визнавав згодом, що, крім Уолта Діснея, у дитинстві він захоплювався ще й Альбертом Ейнштейном, вивчав біографії великого фізика й, звичайно ж, книжки про теорію відносності. Числа й формули дедалі більше приваблювали допитливий розум підлітка. Він почувався набагато впевненіше в точних науках, і особливо у фізиці. Боротьбу двох начал — Діснея й Ейнштейна — можна простежувати в усьому його житті, впродовж багатьох десятиліть. Але обидва кумири — і аніматор, і науковець — відіграють велику роль у прагненнях Кетмелла об’єднати два світи: мистецтво й науку.

По закінченні школи Ед Кетмелл ухвалює рішення вступити в університет на факультет обчислювальної техніки. Крім фізики, у межах навчальної програми він вивчав комп’ютерні науки, що активно розвивалися. Це був золотий час піонерів кремнієвих технологій. Межі можливостей розширювалися за рахунок збільшення продуктивності та, найголовніше, створення нових комп’ютерних програм. Кетмелл особливо цікавився програмуванням, але його вектор трохи змінився після ознайомлення з розробками професора Айвена Сазерленда, який став для нього ідейним натхненником. Програма Sketchpad, що її розробив новатор, давала змогу малювати на комп’ютері за допомогою пера, і це видалося юному студентові технологічною революцією: здавалося таким простим — і водночас було таким складним. Ед здогадувався, яка величезна робота стояла за створенням комфортного користувацького досвіду. Його це вражало, але думки про те, що це може стати початком чогось більшого, надихали ще більше. Тут і зараз він міг зробити свій внесок і далі вдосконалювати розробку свого вчителя. А вектор, у якому він особисто міг рухати ці розробки, Ед знав давно. Вивчаючи програмування й працюючи у стінах університету з комп’ютерами, які були тоді ще недоступними для більшості, Кетмелл починає усвідомлювати, що, можливо, він поквапився відмовитись від своєї дитячої мрії. Комп’ютери можуть допомогти йому компенсувати брак художнього таланту. Він міг об’єднати своє захоплення наукою й анімацією і створити комп’ютерну анімацію. І якщо нині ці два слова — «комп’ютерна анімація» — поруч, у одному реченні звучать природно, то тоді навряд чи хтось скористався б таким формулюванням. Винятком були хіба пророчі міркування професора Айвена Сазерленда, про які ми вже згадували. А для інших це було за межею фантастики. Звичайно, для професійного співтовариства такі амбіції здавалися навіть більш жалюгідними, ніж прагнення зробити кар’єру в Disney людини з кривуватими руками. Практично всі аніматори й лідери індустрії будуть опиратися комп’ютерам ще багато років. Але ж це доля всіх новаторів — плисти проти течії.

Першим проектом Кетмелла став короткометражний ролик 1972 року, його дипломна робота. Місце головного героя дісталося його власній руці, оцифрованій за допомогою, так би мовити, найсучасніших технологій. Він почав із того, що обмастив руку гіпсом, щоб зробити зліпок. Із нього було зроблено гіпсовий макет, на якому Ед намалював приблизно 350 маленьких багатокутників, щоб укрити гіпсову руку координатною сіткою. Він визначив координати кожного кута багатокутників і ввів дані в комп’ютер. Числа можна було перевести в точки й лінії, що дало змогу отримати цифровий аналог руки. На цю монотонну й тривалу процедуру було витрачено безліч безсонних ночей. Але Кетмелл зрозумів, що воно було того варте, коли побачив на мерехтливому екрані власну руку у віртуальному тривимірному світі. Працюючи над дипломним проектом, Ед Кетмелл реалізував іще кілька винаходів, що вплинули на технологічний розвиток програм, які працюють із тривимірних простором. Одним із головних досягнень стала можливість проектувати будь-яке зображення на поверхню віртуального об’єкта. Щоб зрозуміти, як це працює, візьмімо будь-яку об’ємну фігуру, наприклад куб, і припустімо, що ми хочемо, аби цей куб став кам’яним чи дерев’яним або набув текстури будь-якого іншого матеріалу. Для цього ми беремо зображення каменю або деревини й даємо програмі вказівку «обтягнути» ним наш віртуальний куб. Це приблизний опис процесу, але він дає бодай поверхове уявлення про те, як особливості зовнішнього вигляду різних матеріалів передаються зображенням предметів. Тепер цей принцип застосовують різноманітні пакети 3D-програм. Самого лиш цього винаходу, описаного в дисертації, було би достатньо, щоб посісти місце в історії комп’ютерної графіки. Але Кетмеллові цього було замало, він і далі працював над своєю головною метою — анімацією. Наче той доктор Франкенштейн, він узявся до етапу оживлення руки. У такий момент розумієш, що саме слово «анімація» дуже вдало характеризує цей процес. Ми ж пам’ятаємо, що «anima» в перекладі з латини значить «душа». І рука ніби отримала душу разом зі здатністю рухатися. Статична картинка справді ожила.

І на цьому етапі почали розкриватися цікаві особливості створення руху за допомогою алгоритмів, які ще колись давно передбачив його вчитель — Айвен Сазерленд. На відміну від стандартних способів анімації, програма дозволяла обійтися беж виснажливого покадрового промальовування. Тепер треба було встановити тільки точки координат, що визначали розташування предмета, і динаміку між ними. А програма сама розраховувала рух, перемальовуючи кадр за кадром без залучення ручної роботи. Якщо ви не аніматор, то пояснити це краще на простішому прикладі — анімація згинання пальця руки тривалістю одна секунда. У секунді 24 кадри, тобто, використовуючи класичний спосіб анімації, треба намалювати 24 картинки. На першій буде зображено випрямлений палець, а на кожній наступній — його плавне згинання. Навіть якби палець не змінював положення, аніматору все одно довелося б малювати всі 24 кадри. Як ми вже знаємо, раніше в покадровій анімації всі ці проміжні кадри малював окремий фахівець. У комп’ютерній анімації все зовсім інакше. Треба вказати програмі тільки позицію випрямленого пальця й позицію зігнутого. І попросити комп’ютер з’єднати обидві позиції в один плавний рух. Звичайно ж, це дуже приблизний опис процесу, адже є ще динаміка й безліч інших важливих аспектів. Але цей приклад допоможе вам зрозуміти принцип і одну з основних відмінностей комп’ютерної анімації від класичної. Хоча й покадрову анімацію тепер роблять за допомогою комп’ютерних програм, цей факт не варто поки що брати до уваги, щоб іще більше не заплутатися в причинно-наслідкових зв’язках. Наразі наше головне завдання — зрозуміти історичні передумови переходу від олівця до мишки, якщо можна так висловитися. І поки що ми тільки на початковому етапі цієї тривалої трансформації, у якій було безліч труднощів і звершень.

Айвен Сазерленд

Якщо говорити про труднощі — насамперед, як виявилося, це було дуже непросте завдання для комп’ютера. Потужності обчислювальної машини не вистачало, щоб показати всю анімацію цілком, і дисплей відображав тільки один кадр після 30 секунд прорахунку. Щоб перенести ролик на плівку й винести на суд громадськості, Ед узяв 35-міліметрову камеру, яку використовували для зйомки променевих моніторів, і зняв хвилинний фільм із дисплея комп’ютера. Результати вражали — ніхто зроду не бачив нічого схожого. Об’ємна кисть поверталася, пальці стискалися й розтискалися, а камера начебто рухалася навколо віртуальної руки. Саме руху камери по колу завжди уникали, застосовуючи традиційні методи анімації — адже таке було б украй важко відмалювати. У голові Кетмелла вже народжувалися неймовірні перспективи — адже він міг стати основоположником абсолютно нового підходу, додаючи новий вимір двомірному світу. За значущістю цю подію можна порівняти з першим фільмом братів Люм’єрів, котрі відкрили світ кінематографа. А рука Кетмелла поклала початок галузі розробок комп’ютерної анімації, за підсумками якої ми з вами нині маємо спецефекти для кінематографа, анімаційні мультфільми, абсолютно всі комп’ютерні й мобільні ігри, а також світ віртуальної й доповненої реальності, що активно розвивається.