Original size 2351x3300

Развитие и применение технологий AI в области CGI и VFX

This project is a student project at the School of Design or a research project at the School of Design. This project is not commercial and serves educational purposes

«Мы не в силах это остановить!»

— режиссёр Гарет Эдвардс об искусственном интеллекте1.

Концепция

Человеческое желание расширить свою временную перспективу, сохранив интерес к настоящему и заглянув в будущее, неизбежно приводит в движение механизмы прогресса. Технологии, которые неумолимо развиваются, ни секунду не стоят на месте и непрерывно совершенствуются, всегда были ключевым винтиком этой «эволюционной машины». Одним из важнейших этапов неустанного движения человечества стало внедрение алгоритмов искусственного интеллекта (ИИ) в разные сферы человеческой жизни. Выдающиеся достижения в области ИИ вывели эту технологию в область когнитивных процессов, которая традиционно была прерогативой людей2. Принципиально революционные нейросетевые и генеративные инструменты апробируются в новых отраслях, в частности, на поприще креативных индустрий: музыки, искусства и кино.


1 The Creator Director Gareth Edwards On Intensive Worldbuilding & Unique Robots / [Электронный ресурс] // Screen Rant: [сайт]. — URL: https://clck.ru/3AjsPS (дата обращения: 10.05.2024) 2 Scott A. J., Gratton L. The new long life: a framework for flourishing in a changing world. — Bloomsbury Publishing. — 2021. — С. 15.

Особенно примечательны темпы развития AI в сфере кинопроизводства. Раннее машинное обучение и алгоритмы искусственного интеллекта широко апробировались в вопросах автоматизации рутинных задач на этапе разработки проекта (development) — написания сценария, анализа крупных медиаданных, прогнозирования потенциальных кассовых сборов, — в настоящее время технологии ИИ все чаще имплементируются в более трудоемкие и нетипичные процессы пред- и постпродакшена.

DigiDoug — цифровой персонаж (Digital Human) Дуга Робли, созданный VFX-компанией Digital Domain при помощи машинного обучения с использованием видеокарты NVIDIA RTX и Unreal Engine.

Если первыми шагами в изучении возможностей нового инструмента были почти незначительные попытки Legendary Entertainment в 2005 году исследовать зрительские предпочтения в контексте производства фильмов «Тёмный рыцарь» и «Мальчишник в Вегасе»3, то в последние годы технологии ИИ эволюционировали не только в области машинного обучения и анализа данных (например, система Script Book, прогнозируемая потенциальный кассовый успех фильма на основании выборки из характеристик предполагаемой аудитории4), но и в ускорении иных, более сложных задач — монтаж трейлера научно-фантастического фильма «Морган» (компания 20th Century Fox задействовала суперкомпьютер Watson от IBM, оснащенный ИИ4) или облачный рендеринг трейлера «Кролика Питера 2»3.


3 Datta A., Goswami R. The film industry leaps into artificial intelligence: Scope and challenges by the filmmakers // Rising Threats in Expert Applications and Solutions. — Springer Singapore, 2021. — С. 665-670. 4 Сибилев В. О. Применение искусственного интеллекта в сфере кинематографа при создании фильма // Научный аспект. — 2024. — №. 3. — С. 3498.

Однако и это впечатляет не так сильно, как союз AI и компьютерной графики/визуальных эффектов. Поскольку именно на стыке этих технологий подчас рождаются удивительные открытия, по-настоящему революционные подходы и нетипичные функциональные решения, доселе казавшиеся невозможными.

Поэтому в фокусе моего внимания — специфика алгоритмов искусственного интеллекта в контексте технологий CGI и VFX.

Это именно та область, в которой автоматизация рутинных процессов и повышение общей эффективности разных этапов пред- и постпродакшена сможет сэкономить как несоразмерные временны́е, так и ограниченные финансовые ресурсы киноделов, — а значит, исследование этой темы обладает особой полезностью и исключительной актуальностью.

Так, мною выдвигается гипотеза: междисциплинарный характер и универсальность инструментов искусственного интеллекта позволяет значительно расширить область применения технологии — в том числе до масштабов креативных индустрий. Преимущества, которые обеспечивает ИИ, особенно полезны в кинематографе, так как, предположительно, значительно упрощают, удешевляют и ускоряют создание фильмов на всех этапах производства: от сценария и раскадровки до финального композитинга.

В ходе исследования предлагается порядок рубрикации, определяющий перспективу анализа своеобразия развития AI в области кинопроизводства, в частности, CGI и VFX. Понятие эволюции и сама специфика применения AI последовательно раскрываются благодаря хронологическому изложению и сравнению технологий.

При отборе визуального материала я руководствовалась основной задачей исследования — показать сферу применения ИИ и развитие этой технологии со временем. Поэтому фильмы даны в хронологическом порядке с конкретной привязкой к тому или иному периоду. Кроме того, в целях большей конкретики, я выбрала наиболее любопытные примеры использования ИИ в киноиндустрии и обратилась к опыту трех компаний: Ziva Dynamics, Digital Domain и Pinscreen. Подобный подход дает возможность глубокого и последовательного анализа всех технологических изменений и их влияния на индустрию кинопроизводства в краткосрочной и долгосрочной перспективах.

Текстовые источники, которыми я апеллирую в этой работе, представляют собой эмпирические исследования о феномене искусственного интеллекта (ИИ) (как в «вакууме» — в сфере компьютерных наук, — так и на междисциплинарном «поле» — в контексте цифрового кинематографа). Кроме того, в ходе исследования я обращаюсь к техническим подробностям создания различных визуальных эффектов, которые описаны в соответствующих трудах.

Ziva Dynamics

— компания по разработке ПО Ziva VFX, в основе которого лежит машинное обучение (ML). Специализация Ziva Dynamics заключается в разработке реалистичной анимации и симуляции физики существ, животных и людей.

0
1/4

1-4. Каждая мышца (tet-mesh) крепится к другим мышцам и костям. Затем считается симуляция физики при помощи метода конечных элементов (МКЭ) // The Marvels (2023). VFX-супервайзер: Тара Демарко.

Использование методов машинного («machine learning») и глубокого обучения («deep learning») в создании CG-существ и материалов — относительно новое, но уже многообещающее и перспективное направление. Именно поэтому многие компании интересуются им.

Компания Ziva Dynamics также изучает возможности машинного обучения, особенно в области своей инновационной технологии в real-time, и предлагает программное обеспечение под названием Ziva VFX. Эта технология позволяет интерактивно преобразовывать высококачественные оффлайн симуляции в персонажей, действующих в real-time. Полученная в результате автономного моделирования модель объединяется с репрезентативными данными анимации в процессе машинного обучения, благодаря чему можно быстро приближать анимацию модели к естественной динамике и убедительной физике.

Мег: Монстр глубины | The Meg (2018)

Режиссер: Джон Тёртелтауб Главный супервайзер по визуальным эффектам: Адриан Де Вет

Original size 2048x858

Кадр из вильма «Мег: Монстр глубины» (2018) // Режиссер: Джон Тёртелтауб. VFX-супервайзер: Адриан Де Вет.

По словам Рэнди Гринерга, «Мег должна была быть технологически безупречной с точки зрения персонажей»5. Если бы зритель заметил что-то неестественное, это бы сразу повлияло на впечатление от просмотра и на погружение в фильм. «Тогда в игру вступили Intel, Ziva Dynamics и Scanline…» — отметил исполнительный продюсер в контексте целей проекта — создания убедительной и реалистичной картинки.

Для симуляции мышц Scanline использовали Ziva Dynamics: в создании крупномасштабного объекта этот инструмент на тот момент применялся впервые6. «Масштаб был одним из сложнейших элементов фильма», — утверждает VFX-супервайзер Адриан Де Вет7.

Анатомически корректная костная структура приводила в движение мышечную систему, затем мышцы заставляли двигаться слои фасции, жира и кожи6. Все это работало слажено, как единая комплексная структура.


5 Ziva Dynamics & Randy Greenberg: The Making of The Meg / [Электронный ресурс] // Vimeo: [сайт]. — URL: https://vimeo.com/362867088 (дата обращения: 13.05.2024). 6 Duncan J. Oh, The Shark, Babe // CineFex. — 2018. — № 161. — С. 35. 7 Там же, С. 36.

Original size 1920x712

Демонстрация рига акулы, сделанного при помощи Ziva Dynamics/Ziva VFX (2018). VFX-супервайзер: Адриан Де Вет.

VFX-breakdown: наглядная демонстрация симуляции Ziva VFX и финальный шот // «Мег: Монстр глубины» (2018). VFX-супервайзер: Адриан Де Вет.

VFX-breakdown: наглядная демонстрация симуляции Ziva VFX и финальный шот // «Мег: Монстр глубины» (2018). VFX-супервайзер: Адриан Де Вет.

Original size 3580x478

VFX-breakdown: от симуляции до итогового композа // «Мег: Монстр глубины» (2018). VFX-супервайзер: Адриан Де Вет.

В фильме «Мег: Монстр глубины» искусственный интеллект, а именно ML («machine learning»), использовался для генерации обучающих данных в процессе симуляции анимации гигантской акулы8. В этом процессе Scanline полагались на процессоры Intel Xeon Scalable. Кроме того, у команды Scanline изначально была симуляция белой акулы, но маленького, реального размера. Чтобы добиться убедительности симуляции (в том числе поведения симуляции при соприкосновении с симуляцией воды8), но уже на крупном масштабе, использовалось машинное обучение для вычисления тех же математических моделей, что и для обычной акулы, но уже для Мегалодона в несколько десятков раз превышающего привычные габариты акул. То также были Intel Power симуляции5.


8 The Meg Visual Effects Breakdowns / [Электронный ресурс] // VFX TechBlog: [сайт]. — URL: https://vfxtechblog.wordpress.com/2018/08/12/the-meg-visual-effects-breakdowns/ (дата обращения: 14.05.2024). 5 Там же, см. выше.

Сравнение примеров, в одном из которых — традиционный риг, в другом — риг от Ziva:

0
1/2

1. Симуляция Ziva Dynamics на примере льва Зика (2018); 2-3. Сравнение традиционного, Non-Ziva рига с симуляцией физики Ziva-рига (2018).

Симуляции Ziva Dynamics, выполненные при помощи алгоритмов искусственного интеллекта, выглядят очень убедительно и привлекательно, что можно наблюдать на примерах выше.

Ощущается и учитывается объем, правильно распределен центр физической массы, присутствует инерция движения, все работает согласно физическим законам, уделено большое внимание деталям — все минимальные сдвиги, движения сообщают мышцам соответствующие сокращения, появляются морщинки, 3D-модель не кажется монолитной — ясно различимы слои: костная масса, мышцы, сосуды, жировая прослойка и, наконец, кожа.

Традиционный риг значительно уступает Ziva-ригу в убедительности правдоподобности и естественности. Движения нереалистичные, почти каменные, скованные. Сама модель кажется пластмассовой. Деформации непостоянны, не гибки — наблюдается систематическая потеря объема («volume loss»), неправильное взаиморасположение плоскостей в отношении друг друга и 3D-пространства во время движения.

Так, передовая технология с использованием AI обладает большим количеством преимуществ, чем традиционные альтернативы, и значительно их превосходит по качеству, времени производства и убедительности финальной картинки.

Лучший друг | PETA Best Friend (2018)

Режиссер: Натали Лэмб Главный супервайзер по визуальным эффектам: Кристиан Зилликен Супервайзер по анимации: Бернд Налбах

Original size 1654x689

Шот с симулированной свинкой из короткометражного фильма «Лучший друг» (2018). VFX-супервайзер: Кристиан Зилликен.

Original size 1910x406

Послойный разбор Ziva Dynamics модели свинки из короткометражного фильма «Лучший друг» (2018). VFX-супервайзер: Кристиан Зилликен.

Короткометражный фильм «Лучший друг», созданный для организации по защите прав животных PETA, также ознаменовал запуск первого элемента в линейке персонажей «эмоциональных существ» компании Mackevision.

Звездой короткого метра стал Лаки (Lucky) — поросенок, — лучший друг маленькой Мары. Он не только обаятелен, но и выполнен качественно и реалистично, благодаря Zive VFX.

Функциональное ядро Ziva VFX — в автономных оффлайн симуляциях физики анимации. Но как тогда машинное обучение работает вместе с Ziva? Симуляции Ziva Dynamics «скармливаются» ИИ9, чтобы система знала, как работают корректные и убедительные деформации при симуляциях. Затем ML применяется в устранении возможных багов и недоработок, что можно проделать и вручную, однако у человека это займет в несколько раз больше времени, чем у искусственного интеллекта, а значит, его преимущества и эффективность в производстве превосходит старые и более традиционные методы.


9 Breakthrough Theory, AI in Action | AIDC 2018 | Intel AI / [Электронный ресурс] // YouTube: [сайт]. — URL: https://www.youtube.com/watch?v=pSZn__bYA1k&t=1650s (дата обращения: 22.05.2024).

Веном 2 | Venom: Let There Be Carnage (2021)

Режиссер: Энди Серкис Главный супервайзер по визуальным эффектам: Шина Дуггал

Развитие и применение технологий AI в области CGI и VFX
Project created at 27.06.2024
We use cookies to improve the operation of the HSE website and to enhance its usability. More detailed information on the use of cookies can be fou...
Show more