Как 3D-печать меняет кино: костюм Железного человека и революция в стоп-моушн анимации

Технология, которая уже повлияла на промышленность и медицину, теперь меняет и кинематограф.

Одна из самых трудных задач в кинопроизводстве — изготовление важных для сюжета объектов, будь то оружие, фигурки для анимации, сложные механизмы и футуристичные костюмы.

Для всего этого необходимо подобрать подходящий материал. Обычно объекты создают вручную, на что уходит много времени и средств и часто приносит неудобства в эксплуатации.

Решением проблемы может стать 3D-печать. Эту технологию уже применяли в кино и есть все предпосылки, что она значительно повлияет на индустрию в будущем.

Автор: Марк Тютюнник

Что такое 3D-печать?

3D-печать (аддитивное производство, АП) — конструирование трёхмерных объектов из моделей, созданных в CAD (программах для автоматизированного составления чертежей), или других цифровых 3D-моделей.

Необязательно составлять чертежи для будущих объектов самостоятельно, можно скачать уже разработанные 3D-модели, — например здесь. Затем нужно нарезать модель на тонкие слои (используя специальные программы для слайсинга), в соответствии с которыми при печати будет накладываться материал. Загрузив файл с моделью в принтер (через SD-карту, флешку или Wi-Fi), напечатать объект сможет даже начинающий.

Аддитивное производство сильно повлияло на развитие самых разных областей промышленности. Его используют при создании оружия, строительстве зданий, разработке медикаментов и в других сферах.

Постепенно эту технологию взяли на вооружение и в кинематографе.

Преимуществ у 3D-печати много. Во-первых, производство объектов проходит быстро и качественно. Во-вторых, при помощи этой технологии можно изготавливать очень сложные объекты, — это исключает дополнительные этапы сборки и предоставляет больше свободы дизайнерам.

Ещё один плюс аддитивного производства — разнообразие материалов. Производители принтеров предлагают набор исходников, но у пользователя всегда есть возможность смешивать различные вещества и даже симулировать керамику или металл.

Как работает 3D-печать

Одна из важнейших составляющих 3D-печати — сканер. Он собирает физические данные объекта или окружающей среды (объём, текстуру и цвет), чтобы создать цифровую модель.

Есть два основных типа 3D-сканеров: контактирующие и бесконтактные. Первые исследуют объект путём физического контакта. Вторые — собирают излучение от целевого объекта с помощью лазера, структурированного света, фотограмметрии или оптического координатного измерения.

Для изготовления деталей механизмов и объектов со сложной геометрией применяют SLS-технологию. Она помогает достичь высокой прочности и точности. Ролик раскатывает порошок, состоящий из нейлоновых сфер диаметром 50 микрон, на платформе, а принтер нагревает его до температуры спекания. Затем с помощью лазера эти сферы спекаются слой за слоем, пока не получается необходимая деталь.

В кино в основном используют принтеры компании BigRep марки ONE. Камера построения объёмом >1м3 упрощает аддитивное производство крупномасштабных объектов.

Быстрая скорость и удобство такого производства возможны благодаря камере, которая создаёт большие деталей в натуральную величину и позволяет напрямую следить за процессом. Когда NeoMetrix Technologies представила видео по разработке функционирующего автомобиля на принтере BigRep ONE, причина популярности технологии в кинопроизводстве стала, пожалуй, очевидной.

Использование 3D-печати в анимации

Первопроходцем полномасштабного применения технологии в кино стала студия Laika Entertainment. Компания прибегла к аддитивному производству, чтобы обеспечить натуралистическую лицевую анимацию для стоп-моушен кукол. Идея заключалась в том, чтобы вывести «актёрскую игру» кукол на новый уровень.

При работе над «Кошмаром перед Рождеством» режиссёр Генри Селик использовал лепку вручную и обычную замену лиц — сначала снимали голову с одним выражением лица, а в следующем кадре заменяли на другую. Но диапазон эмоций при таком подходе получился весьма скудным. При производстве «Коралины в Стране кошмаров» Селик хотел, чтобы главная героиня была способна показать как можно больше едва уловимых выражений. Именно поэтому режиссёр решил провести эксперимент с использованием 3D-печати.

Главный приверженец использования аддитивного производства в современной индустрии — Брайан Ф. МакЛин специалист по визуальным эффектам для «Коралины», «Паранормана», «Семейки монстров» и «Кубо: Легенда о самурае». На сегодня у него, вероятно, наибольший опыт применения 3D-печати в киноиндустрии.

В «Коралине» МакЛин использовал традиционную стоп-моушн анимацию, совместив её с новыми методами. Аддитивное производство применяли для создания выражений лица персонажей с помощью тысячей деталей. Специалист использовал три принтера Objet, с помощью которых аниматоры разработали около 20 тыс. лицевых участков, которые могли передать более 200 000 выражений лица.

На изображении выше хорошо видно линию совмещения верхних и нижних частей лица, которую убирали на пост-продакшене. При использовании традиционных методов на такой объём работы ушло бы около 30 лет, но благодаря 3D-печати получилось гораздо быстрее.

Сколько лет потребовалось бы для производства «Паранормана», представить ещё сложнее. Аниматоры использовали около 40 тыс. различных элементов лица для расширения эмоционального диапазона. Каждый из 40 тыс. элементов откладывали в специальную библиотеку лиц. Благодаря их комбинированию только у одного Нормана было около 1,5 млн. выражений лица. Каждый небольшой эпизод длиной в полминуты требовал около 250 различных выражений для одного персонажа.

Для «Семейки монстров» напечатали около 56 тысяч лиц, которые разбивали на два основных участка: брови и рот.

У каждого из вариантов были специальные названия, например «поднятые от удивления брови» или «поджатых от обиды губ». Совмещая их, МакЛин получал необходимое ему уникальное выражение.

По словам МакЛина, целью отдела быстрого прототипирования было «заставить стоп-моушен ступить на неизведанную территорию». Пика эта идея достигла в «Семейке монстров», где старались затронуть каждый мускул лица, а головы печатали специально для одного кадра и больше не использовали в производстве мультфильма.

МакЛин хвалит главную художницу по текстурам Тори Брайант за то, что она нашла способ воссоздать нюансы окрашивания макетов вручную в процессе аддитивного производства. Она выяснила, как компенсировать отсутствие калибровки цвета на принтере и обнаружила, что применение традиционных техник чертежа и окрашивания на цифровых моделях приводят к более правдоподобному результату.

3D-печать МакЛин применял и в последних двух проектах студии Laika: «Кубо: Легенда о самурае» и «Потерянное звено». Масштабы снова увеличились — только у главного героя могло быть 48 млн. лицевых выражений. К тому же при создании обоих мультфильмов применяли технологию PolyJet, с помощью которой окрасили напечатанные объекты в необходимые цвета.

3D-печать в крупнобюджетном кино

Студия Disney стала одним из первопроходцев применения 3D-печати в игровом кино — Джейсон Лопес (специалист из Legacy Effects, работавшей с Marvel Studios начиная от «Железного человека 2» и заканчивая «Стражами галактики 2») с помощью этой технологии значительно ускорил создание костюма Железного человека. Сначала специалисты отсканировали тело Роберта Дауни младшего, — это было нужно, чтобы сделать ношение костюма более комфортным, — а затем напечатали фрагменты брони на Objet Geometries из различных материалов. Для боевых сцен и быстрых движений применяли резину, для крупных планов — металл.

Для «Тор: Рагнарёк» с помощью этой технологии Хосе Фернандес, специалист по костюмам из Ironhead Studios, разработал шлем Хелы. Здесь применяли SLS (спекание нейлонового порошка с помощью лазера) с добавлением усиленного углеродного волокна, чтобы головной убор не был тяжёлым.

Синтетические материалы для 3D-печати, такие как нейлон, также применяли при разработке других проектов Disney: головной убор королевы Рамонды из «Чёрной пантеры»; костюм Кайло Рена, сияющая хромированная броня штурмовиков, некоторые части посоха Рей, дроид C3PO в качестве костюма для актёра Энтони Дэниэлса из «Пробуждения силы», автомобиль Интерпола из «Маппетов 2». Disney снова раньше всех применяет новые технологии, — как это было с виртуальным продакшном или первым «оживлением» актёра с помощью мокапа.

Аддитивное производство также применяют Sony Pictures Entertainment, Universal Pictures и Warner Bros.

С помощью быстрого прототипирования для фильма «007: Координаты Скайфолл» создали автомобиль Aston Martin DB5 и вертолёт в треть от натуральной величины специально для сцены взрыва: это оказалось значительно более дешёвым вариантом, чем любые другие методы.

Принтеры Stratasys применяли при разработке брони для ремейка «Робокопа» (2014).

А красная полоса на визоре была напечатана с использованием прозрачного фотополимерного материала.

Космический корабль Аполлон 11 для «Человека на Луне» тоже воссоздавали с использованием крупномасштабных принтеров — он был создан с помощью BigRep ONE V3.

Weta Workshop, компания, занимающаяся производством спецэффектов и реквизита, с помощью этой технологии разработала шлемы, рукоятки мечей, копья и топоры для трилогии о «Хоббите». Инженер по аниматронике Роб Шини заявлял, что использование 3D-печати выгодно, поскольку более экономично и менее затратно по времени. Тогда, в 2012-м, Weta Workshop тестировала также крупномасштабные принтеры.

Как 3D-печать изменит кино

Оператор Виктор Марин («Молодыце американцы») верит, что в будущем эта технология будет играть всё большую роль. Он рекомендует совмещение методов, вместо замены традиционных на инновационные.

Джулия Кёрнер (помогала с 3D-печатью дизайнерам «Чёрной пантеры») также призывает к совмещению этих методов. Она видит преимущества аддитивного производства в создании действительно сложных и подробных структур, которые не могут быть созданы традиционными методами. В работе Кёрнер старается объединять традиционные методы с прогрессивными.

Жиль-Александр Дешо, создатель стоп-моушн короткометражки Chase me:

«3D-печать уже широко применяют в киноиндустрии: от стоп-моушн фильмов до больших американских блокбастеров и рекламы. 3D-печать часто используют для создания декоративных элементов и реквизита, но не только там. На этапах разработки с её помощью продвигают новые индивидуальные проекты и концептуальные решения.»

По мнению 3D супервайзера из Pinewood Studios Джета Купера возможности этой технологии уже сейчас «невероятны», — ведь при желании можно отсканировать даже чьё-то лицо со всеми морщинами и порами.

Джет Купер, 3D-супервайзер Pinewood Studios:

«Самые большие принтеры — у компании Voxeljet. Их максимальный формат: 4000 мм х 2000 мм х 1000 мм. Это самый большой принтер в мире, насколько я знаю. У нас в Pinewood есть принтер с разрешением 1060 мм х 500 мм х 600 мм. Всё, что больше это размера, мы печатаем по частям и затем соединяем их.

3D-печать применяют для создания реквизита, а металлическое покрытие материала делает его крепким и прочным. Но немцы работают над новым материалом — эпоксидными смолами, которые прочны, как камень. Они получаются экстремально твёрдыми.»

3D-печать стремительно развивается, и с каждым разом её применение становится всё дешевле, особенно в сравнении с традиционными методами или применением компьютерной графики. Возможно, не за горами тот день, когда реквизит и декорации ручной работы почти перестанут использовать в фильмах — их заменят более дешёвые и быстрые в производстве «распечатанные» аналоги.