Творчество и современность

При создании кинематографического или анимационного контента зачастую встает задача создания многоплановых виртуальных сцен реальных локаций [1]. Не всегда производственный бюджет позволяет перемещать всю съемочную группу с актерами в другую страну или в труднодоступную природную локацию, если расходы на такую поездку и размещение на весь съемочный период выше или сопоставимы с павильонными съемками или съемками на естественном ландшафте с применением технологий замены заднего фона виртуальным фоном реального пейзажа. Обычно используется технология хромакея, подменяющая равномерно освещенный зеленый или синий задний фон на соответствующее виртуальное окружение, видимое с точки зрения камеры, или используются технологии интеллектуального выделения актеров и элементов сцены из статичного фона.

При создании сценической композиции рассматривается работа с передним, средним и задним планом. В этой статье речь пойдет о создании именно заднего плана. Если камера стоит на месте и лишь вращается вокруг своей точки, то для заднего плана достаточно использовать набор фоновых изображений виртуального окружения или статичную панораму, сшитую из снимков, полученных вращающейся камерой из одной точки. Если же камера перемещается по сцене вместе с актерами, то возникает параллакс. Ближние объекты двигаются быстрее дальних объектов. Для анимации параллакс можно создавать из набора перекрывающих друг друга слоев заднего плана, расположенных на разной глубине сцены. При создании реалистичных сцен, в которых камера должна двигаться в произвольных направлениях вслед за актерами или объектами, художник-постановщик вынужден принимать решение о создании виртуального окружения.

При построении виртуального окружения применяются разные методы оптимизации, уменьшающие объем работ 3D-дизайнеров. Обычно фокус зрительского внимания сконцентрирован на одном или двух основных элементах композиции кадра. Нет смысла строить трехмерную модель всего города, если в кадр попадает только один перекресток и часть зданий перед ним, поэтому применяется метод разделения сцены по уровням детализации.

Сцена разбивается на три слоя:

1) задний фон - статичный панорамный снимок городского или природного ландшафта, либо панорамная визуализация сгенерированного абстрактного ландшафта;

2) арьерсцена - упрощенная версия ландшафта или городской застройки с упрощенными текстурированными поверхностями фасада с небольшими профилями форм зданий, наблюдаемых слева и справа от фасада;

3) сцена - трехмерные объекты высокой детализации, которые зритель может рассматривать и с которыми могут взаимодействовать действующие лица в кадре.

Для построения заднего фона достаточно выезда режиссера или его помощников на реальную локацию и фотографирование панорамных снимков в разное время дня и, возможно, в разную погоду и время года. Съемку желательно производить в RAW-формате с широким динамическим диапазоном для дальнейшей цветокоррекции цветоустановщиком под каждый кадр.

Для построения основной сцены с максимальной реалистичностью желательно выезжать на место с переносным лидарным сканером для сканирования облака точек городского или природного окружения в радиусе 15-100 м. Кроме панорамной съемки производится фотосъемка и лидарная съемка отдельных деталей фасадов, средовых элементов, элементов сооружений вокруг будущей сцены для дальнейшего трехмерного моделирования.

Для построения арьерсцены применяются два основных способа: с использованием параметрической генерации фантазийного ландшафта или застройки, либо с использованием технологий генерации городского и природного ландшафта на основе пространственных данных геоинформационных систем и геоинформационных веб-сервисов.

Веб-сервисы могут предоставить создателям виртуальных сцен сравнительно точные пространственные данные о дорогах, контурах зданий и их высоте, позволяя построить объемные модели массива зданий, дорожной сети и плоскости водных объектов. Существуют бесплатные и платные веб-сервисы, предоставляющие карты высот рельефа Земли разной детализации, что позволяет создать виртуальным художникам правдоподобные модели рельефа воспроизводимой локации. Есть ряд веб-сервисов, которые также предоставляют привязанные к пространственным координатам трехмерные модели зданий с разной степенью детализации и текстурирования. Эти модели достаточно хорошо подходят для использования в качестве моделей арьерсцены с небольшой доработкой по текстурированию поверхностей для придания отдаленной реалистичности.

В качестве источников пространственных данных художники используют в основном векторные данные бесплатного ресурса «OpenStreetMap». Данные о рельефе также предоставляются рядом бесплатных сервисов, включая сервер «NASA», «OpenTopo». Однако, при использовании бесплатных данных производители контента должны понимать, что данные могут быть засорены неправильными атрибутивными значениями; векторные данные могут иметь самопересечения, наложения и прочие ошибки, а карты высот могут иметь сильный шум, который может потребовать долгой работы по фильтрации шума и сглаживанию.

Для бесплатного трехмерного редактора «Blender» есть ряд плагинов, позволяющих загрузить трехмерную модель территории, используя геоинформационные веб-сервисы. Например, плагин «blender-OSM» позволяет загрузить в «Blender» рельеф и трехмерные модели зданий, автоматически создать корпуса зданий, используя контуры зданий и указанные в атрибутах зданий высоту или количество этажей. Текстуры придется формировать авторам самостоятельно, используя, например, снимки из Google Panorama или используя фотографии фасадов, выполненные непосредственно на месте.

В «Blender» можно импортировать геоинформационные данные и трехмерные модели зданий из Google Maps с использованием модуля «MapsModelsImporter». Однако, этот способ является несанкционированным способом извлечения трехмерных моделей зданий из потока графического процессора, который захватывается во время просмотра пользователем трехмерных сцен в «Google Earth». Модуль можно использовать только в некоммерческих проектах или для самостоятельного изучения.

Для трехмерного редактора «Unreal Engine» есть плагин под названием «StreetMap», который позволяет собрать трехмерную модель фрагмента города из OSM-файла, который можно предварительно выгрузить на сайте «Open Street Map», обведя место локации прямоугольником.

В профессиональном пакете «Houdini» компании SideFX, используемом множеством кинопроизводителей для создания масштабных трехмерных сцен, может быть использован встроенный набор инструментов «SideFX Labs», среди которых выделены инструменты загрузки зданий и дорог из Open Street Map. В семнадцатой версии «Houdini» появилась возможность загрузки рельефа местности из международного сервиса предоставления пространственных данных «MapBox» со встроенной в модуль подсистемой управления мозаичными наборами изображений карты.

Для трехмерного пакета «3DStudio Max» одним разработчиком -любителем разработан бесплатный плагин, названный «Maproom», который позволяет задать множество параметров для импорта «Open Street Map», позволяя при этом импортировать данные KML от Google Earth, спутниковые снимки, карты высот для построения рельефа местности. Инструмент позволяет работать в разных системах координат, отличных от цилиндрической системы Меркатора. Это, пожалуй, единственный модуль, который позволяет подойти профессионально к созданию трехмерных сцен с большой площадью охвата. Сама компания Autodesk, разработавшая «3DStudio MAX», предлагает использовать для концептуального проектирования городской среды свой продукт «InfraWorks», в котором используется загрузка данных с OpenStreetMap, но с удобной системой построения новых элементов трехмерной сцены, включая дороги, аллеи, парки и повторяющиеся вдоль линии малые архитектурные формы и сооружения.

Для трехмерного пакета «Rhinoceros» также появился инструмент импорта пространственных данных из бесплатного сервиса OpenStreetMap под названием «CadMapper», который позволяет выгрузить рельеф и трехмерные модели зданий, но трехмерному художнику остается много ручной работы для доведения полученного сырого результата до приемлемого к использованию в кинематографическом производстве.

Рассмотрим инструменты, которые предлагают производители геоинформационных систем [2].

Компания «ESRI», разработавшая легендарный пакет программ «ArcGIS» и имеющая в своем распоряжении полное покрытие пространственными данными на всю планету Земля «Arcgis.com», предлагает использовать программу «CityEngine», которая позволяет выполнить полный цикл генерации городского и природного ландшафта, включая работу с генерируемыми моделями зданий и текстурами фасадов.

В популярной бесплатной геоинформационной системе «QGIS» можно загрузить пространственные данные OpenStreetMap с использованием простого плагина выгрузки сплошного массива данных «OSM Downloader» или более профессионального плагина «QuickOSM», который позволяет более тонко настраивать условия выгрузки данных, уменьшая объем избыточной информации.

Основная проблема программ трехмерного моделирования, таких как Blender, 3DS Max, Maya, Houdini, C4D – отсутствие встроенной поддержки использования геодезических систем координат. Трехмерные пакеты работают в простой трехмерной ортогональной системе координат, а пространственные данные протяженного ландшафта представлены в геодезических системах координат.

В отличие от трехмерных программ, геоинформационные системы позволяют совмещать между собой данные геоинформационных сервисов, представленных в глобальной системе координат (например, WGS84 или UTM), уточненные данные топографо-геодезической съемки на местности и топографические карты, выполненные в местных системах геодезических координат, а также данные лидарного сканирования в виде геопривязанных облаков точек.

Художник-постановщик при планировании работы по созданию виртуальных окружений, прежде всего, должен знать квалификационный потенциал творческой группы трехмерных художников, используемый ими инструментарий и доступность пространственной информации о локации. Если для производства картины требуется лишь создание фантазийного окружения, то художникам можно использовать фрактальные генераторы ландшафта и некоторую ручную доработку с разбивкой сцен на три уровня детализации. Если требуется виртуальное воспроизведение локации, то грубые ошибки в представлении воспроизводимого места будут отражены в негативных рецензиях критиков и отрицательных отзывах зрителей и лидеров мнений, мешающих оценить идею фильма и драматическую игру актеров.

В связи с этим, при подборе технологического инструментария художник-постановщик совместно с IT-директором проекта должны сформировать технологический стек производства виртуальных окружений, включая:

- комплекс вебсервисов, предоставляющих пространственные данные карт высот, контуры и модели зданий, дороги и водные объекты с низкой точностью, но большим охватом;

- источники векторной топографической информации, детализирующей расположение и конфигурацию пространственных объектов с высокой точностью;

- геоинформационную систему, позволяющую объединять и редактировать пространственные данные, представленные в различных системах геодезических координат;

- пакеты трехмерного моделирования, использующие удобные инструменты корректировки линейных протяженных объектов, клонирования родственных растительных объектов по площади и вдоль трасс, автоматического импорта и реимпорта пространственных данных, подготовленных в геоинформационной системе.

Библиографический список

1. Wright, S. Digital Compositing for Film and Video - New York, 2017. – 576 p.

2. Tvoroshenko, I. S., Kramarenko, O.O. SOFTWARE DETERMINATION OF THE OPTIMAL ROUTE BY GEOINFORMATION TECHNOLOGIES // Radio Electronics, Computer Science, Control, 2019. - p.131-142.

THE USE OF GEOINFORMATION TECHNOLOGIES IN THE CREATION OF VIRTUAL LICFTIONS

Rodionova J.V., Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Kryachkov Novosibirsk State University of Architecture, Design and Arts

Abstract. Geographic information technologies can significantly reduce production costs when filming scenes are located in remote natural or urban locations. Together with remote lidar scan data of the environment, film production designer and 3D artists can reproduce a virtual 3D scene. Taking into account the location of the shooting points, the tracks of the camera plans and the view angles used according to the shooting plan, it is possible to significantly optimize the volume of three-dimensional scanning of the original locations and reduce the amount of work on three-dimensional modeling, allowing a different level of scene detail depending on the depth. The article gives recommendations for organizing work on creating digital copies of original location scenes using geoinformation systems, geoinformation services and geoinformation plug-ins of three-dimensional modeling programs.

Keywords: geoinformation systems, GIS, spatial data, territory model.