Как устроены виртуальные камеры

И как их применяют в играх и кино.

Наше восприятие игр во много зависит от того, под каким углом мы на них смотрим. Равно как и в кино, камера в играх — важный инструмент визуального повествования.

Разбираемся, как работа с виртуальными камерами сближает две индустрии, какую роль в этом играют современные движки и почему виртуальный продакшен окончательно размыл границу между производством игр и кино.

Автор: Николай Кубрак

По законам кино

Глобально игровые камеры делят на три типа: с видом от первого лица, с видом от третьего лица с фиксированные углом съёмки, и с видом от третьего лица с динамичным углом съёмки. Все остальные классификации вытекают из этой: камера с видом от третьего лица может располагаться сбоку (как в платформерах и файтингах), сверху (как в некоторых RPG и стратегиях) или динамично перемещаться, сменяя ракурсы.

К моменту зарождения видеоигр базовые законы визуального повествования уже оформились в кинематографе. Логично, что игры унаследовали основные приёмы работы с камерой и остановились на уже знакомых зрителям ракурсах и приёмах.

Разработчики регулярно ориентируются на традиционные приёмы кино: широкоугольный кадр показывает, насколько ваш персонаж мал и незначителен в окружающем его мире, а близкое к герою расположение камеры вызывает ощущение клаустрофобии. С помощью ракурсов легко заставить игрока сопереживать персонажу — это безотказно работает в играх от первого лица или в тех, где камера располагается как можно плотнее к спине героя.

Именно этот приём делает сражения с зомби в The Last Of Us и ремейках Resident Evil такими пугающими. Чем камера ближе, тем вы сильнее ассоциируете себя с персонажем.

Shadow of the Colossus тоже управляет чувствами игрока при помощи сугубо киношных трюков: чтобы показать масштаб монстров камера снимает общие планы снизу и всегда захватывает несколько персонажей или объектов. Зритель всегда может соотносить гигантов с размерами зданий и совсем уж крохотными относительно всего протагонистами. Этот приём регулярно используют при съёмках фильмов франшиз «Годзилла» и «Кинг-Конг».

Когда игрок выполняет некое действие, камера часто перемещается относительно стандартного положения, меняет ракурс или фокусируется на объекте. Обычно это случается, когда в игровом процессе происходит изменение — например, протагонист пересаживается на транспорт или вступает в бой. В этом случае ракурс меняется так, чтобы захватить больше пространств вокруг и не нарушить при этом правило третей, на которое всегда ориентируются разработчики.

Например, в LA Noir ракурсы меняются в зависимости от повествования, явно наследуя приёмы Мартина Скорсезе и других классиков криминального кино. Особенный акцент здесь на монтаже, где в экшн-сценах общие планы часто сменяются крупными.

Перспектива бывает разной в зависимости от целей: например, сражениям на реакцию из игр From Software подойдут крупные планы, тогда как битвам с большим количеством врагов лучше подойдёт широкий кадр, — как в Devil May Cry или Assassin's Creed.

В то же время общие планы и плавное перемещение камеры всегда идёт на пользу «симуляторам ходьбы», в которых нужно исследовать мир — например, Journey.

Динамическая камера со сменой расстояний и ракурсов подстраивается под геймплей и помогает ему раскрыться. Например, в серии игр о Бэтмене от Rocksteady: в узких пространствах камера располагается ближе к герою, в эпизодах на крышах зданий открывается широкий общий план, а в Arkham Asylum есть даже есть сцены в двухмерном пространстве.

В последней God Of War камера тоже динамична и максимально приближена к Кратосу. В экшен-сценах камера перемещается резко и порой по неожиданным траекториям.

Максимально разнообразно как динамичную, так и статичную камеру от третьего лица используют разработчики Quantic Dream. Выпуская своего рода интерактивное кино, они охотнее остальных берут на вооружение традиционные приёмы кинематографа.

Совсем иначе, в отличие от динамичных игр, широкоугольный кадр работает в стратегиях и RPG. В них, как правило, применяется ракурс с видом сверху — мы будто бы смотрим на мир с точки зрения «бога» и управляем всем, что происходит внизу. Такое положение камеры позволяет игроку следить за множеством событий сразу.

Как современные движки упростили работу с камерами

Работа с камерой в играх во многом сложнее, чем в кино. В отличие от режиссёра, разработчик не может предсказать, где герой окажется в следующую секунду. Во многом поэтому камеры в играх почти всегда будто бы привязаны к протагонисту — так проще управлять геймплеем и плавно сменять ракурсы.

У камеры есть семь степеней свободы: тангаж (угловые движения относительно горизонтальной оси), рыскание (угловые движения относительно вертикальной оси), крен, расстояние от персонажа, смещение по двум осям и угол обзора. Левел-дизайнер должен постоянно учитывать эти условия и продумывать все тонкости взаимодействия камеры с окружающим миром.

Особенная сложность — препятствия. Они не должны заслонять персонажа от камеры, окружающие вещи не должна мешать обзору, а попадание камеры внутрь препятствия — это едва ли ни самая стыдная ошибка для современных разработчиков.

Сегодня избежать таких проблем стало чуть проще, — благодаря современным движкам Unity и Unreal Engine 4. В них взаимодействие пользователя с камерой предельно автоматизировано, поэтому больше нет необходимости в написании сложных скриптов и расчётов с предсказанием расположения камеры.

Например, в Unity есть специальный набор инструментов под названием Cinemachine, который используется для управления игровыми камерами, синематики и создания кат-сцен. С его помощью можно создавать виртуальную камеру — по сути это не камера, а некий инструмент, выполняющий функцию оператора. Благодаря Cinemachine пользователь Unity может без единой строчки кода выполнять сложные манипуляции с камерой: «привязывать» её к объекту, вращать вокруг своей оси или передвигать по заданной траектории.

Cinemachine позволяет создавать несколько таких виртуальных камер. В любой момент можно перенести главную камеру в одну из виртуальных с помощью компонента Cinemachine Brain. Это очень удобно: можно заранее расставить несколько камер по пути движения главного героя и постепенно менять ракурсы парой кликов. Спасает Unity и от попадания камеры внутрь предметов или за пределы карты — расширение Cinemachine Confiner ограничивает движение камеры в заданной пользователем области.

Похожим образом это работает и в Unreal Engine 4. С помощью его компонента Camera можно создавать виртуальные камеры, настраивать на них перспективу и соотношение сторон. Камеры можно прикреплять к любым «пешкам» (pawn — будущим игровым персонажам) и переключаться между ними.

Ещё одна важная особенность — наличие компонента Spring Arm Component, который заставляет камеру следовать за движениями тела персонажа, — то есть опускаться и вставать вместе с ним, отдаляться и приближаться, когда это необходимо. Управлять камерой и корректировать её настройки можно на всех этапах производства. А процесс моделирования упрощает CineTracer — в этом симуляторе есть все необходимые кинематографические инструменты и элементы, с помощью которых можно схематично собрать сцену.

Виртуальный продакшн

Возможность управлять камерой фактически вручную значительно упростило производство и двинуло его в новую сторону — виртуальный продакшн. Благодаря инструментам Unity и Unreal Engine 4 и специализированной технике, сейчас работать с виртуальной камерой может даже человек без специальных навыков.

Сегодня в реальном времени можно отслеживать виртуальную камеру с помощью реальной камеры, которой вы можете управлять. По большому счёту, процесс превращается в традиционные киносъёмки, только внутри смешанной реальности. Подобная технология уже применялась при создании некоторых голливудских блокбастеров и сериала «Мандалорец», о чём мы уже подробно рассказывали в отдельном материале.

С играми всё происходит аналогично — та же God of War создавалась при помощи смешанной реальности, — виртуальную камеру приводило в движение оборудование в руках оператора.

Простой и относительно дешёвый способ — соединить контроллер Vive с гиростабилизатором или стедикамом, и с помощью него менять движения виртуальной камеры внутри готовой сцены. Более дорогой и профессиональный вариант — адаптировать съёмочное пространство для работы в виртуальной реальности и собрать реальный аналог виртуальной камеры с контроллером, стабилизатором и монитором. Как именно это сделать, подробно объясняет оператор и разработчик программного обеспечения Мэтт Уоркман в нескольких видео на своём YouTube-канале.

Итоговый результат выглядит впечатляюще — Мэтт работает как обычный кинооператор, «снимая» пустоту внутри хромакея. Но за столь удобным способом настройки камер в игре стоит длительная подготовка, а также умение обращаться со специализированной техникой и программным обеспечением.

В недавнем тексте для 80.lv Уоркман вкратце объяснил, как начать работу с камерой в смешанном пространстве. Для управления виртуальной камерой можно использовать Virtual Camera Plugin в UE4, установленный на iPad, или пользоваться контроллером HTC Vive, подключённым к реальной камере. Из UE4 можно взять любую созданную сцену и, настроив на инструменте отслеживание, записать необходимый материал с любых ракурсов. При должном мастерстве можно сразу же получить конечный продукт без дополнительного редактирования.

Очевидное преимущество виртуального продакшна — реалистичность движений камеры и возможность снимать с таких ракурсов, которые непросто настроить классическими методами. Управление мышкой ограничивает движение камеры, поэтому оператор использует контроллер Vive, полностью передающий все малейшие движения. С его же помощью можно настроить зум и фокус.

Во время съёмки необязательно использовать контроллер Vive, можно поэкспериментировать с другой аппаратурой. Например, в одном из видео Уоркман управлял виртуальной камерой с помощью контроллера Xbox.

Важно правильно расположить датчики, подготовить сцену и разобраться заранее со всеми настройками CineTracer. Сразу снять человека внутри готового виртуального пространства вряд ли получится — для начала стоит хорошо научиться работать в UE4 и изучить Motion Capture. Помимо реалистичного фона (3D-рендер в реальном времени), нужно настроить освещение и разобраться в композитинге.

После экспериментов с виртуальными камерами Мэтт Уоркман тоже заразился идеей создать нечто подобное «Мандалорцу» или God of War, при создании которых активно использовался виртуальный продакшн. Он мечтает снять короткометражку в духе сериала «Любовь, смерть и роботы», только с живыми людьми внутри CG-локаций.

В сочетании с Motion Capture виртуальная камера делает производство игр максимально приближенным к съёмкам кино: всё тот же хромакей, тот же виртуальный продакшн и те же взаимодействия между съёмочной группой. В работе с камерой игры много почерпнули из кино, но в итоге привнесли в процесс столько новшеств, что теперь сам кинематограф обращается к опыту игровой индустрии.