李 旭 谢 辛
北京电影学院视听传媒学院,北京 100088
卡梅隆团队对现象级的技术手段——实景、CG与动作捕捉技术等进行整合运用,是保障2009 年《阿凡达》(Avatar)成功的关键。13年之后,一部全新力作《阿凡达:水之道》带来更为逼真传神的视效体验,离不开动作捕捉技术贯穿始终的深度运用。无论是首开头戴式摄像头动补先河,还是卡梅隆提出的表演捕捉 (Performance Capture),都将技术的功能性溢现。
1.1 从 “转描技术 (Rotoscoping)”到动作捕捉技 术
当前我们熟知的动作捕捉技术,实际上想要达到的目的在于让观众减少对演员的关注,转而更注重其运动方式。动作捕捉主要分为三大类:惯性动作捕捉、视觉动作捕捉和光学动作捕捉。惯性动作捕捉,借助惯性传感器对人的关键骨骼旋转信息进行捕捉,因此人体姿态还原度更高,早期的陀螺仪动作捕捉指的就是惯性动作捕捉。视觉动作捕捉,则不需要穿戴和做标记,摄像机直接拍摄人体动作,完成动作捕捉过程之后,再借助软件算法对轨迹进行分析还原,最终实现交互。光学动作捕捉,是当下电影领域最常见的动作捕捉方式,一套光学动作捕捉系统由红外动作捕捉镜头、动作捕捉软件、反光标识点、POE 交换机和若干配件组成(如标定框和镜头固定装置等)。[1]演员穿着特制的服装,除了密密麻麻的标记点,上面甚至贴满了各种符号,便于更好地分别进行捕捉,这也是实现光学动作捕捉高精度的保证。《阿凡达》系列正是运用光学动作捕捉进行视效呈现的典范。
实际上,动作捕捉虽然成为交互电影落地的关键技术,但它的雏形与早期电影的技术发展之间已形成了紧密的关联。比如早在1937年迪士尼出品的《白雪公主与七个小矮人》 (SnowWhiteandthe SevenDwarfs),专业舞蹈演员成为白雪公主的“替身”,旋转的舞蹈动作被记录下来,用于制作白雪公主相同动作的参考 (图1)。这一技术之后在《大力水手》 (PopeyetheSailor)等动画片中广泛运用,被称为“转描技术”(Rotoscoping),即动画师借助其对电影镜头进行逐帧跟踪,之后将真人电影图像投影到玻璃板上进行图像描摹,以便产生更为逼真的动作效果。有研究者也称,“转描技术”旨在增强运动研究和轮廓追踪,动画师不是从头开始创建动画,而是使用动态描写来捕捉物体运动,并在更短的时间内更好地控制。[2]在希区柯克 (Alfred Hitchcock)的 《群鸟》 (TheBirds)、乔治·卢卡斯 (George Lucas)的 《星球大战》 (Star Wars)等真人电影中,“转描技术”也发挥了添加特效场景的功能。
图1 《白雪公主与七个小矮人》中 “转描技术”的运用雏形(图片来自https://www.kdanmobile.com/)
电影中真正使用动作捕捉技术则出现于1990年保罗·范霍文 (Paul Verhoeven)导演的影片 《全面回忆》 (TotalRecall)。虽然男主角经过X 射线时的镜头仅仅几秒钟,却成为动作捕捉技术电影运用的开端。之后,《泰坦尼克号》(Titanic)、《指环王》 (TheLordofTheRings)等影片以大制作、大视效著称,均借助动作捕捉,实现虚拟角色与真人演员之间的交互。
1.2 从动作捕捉技术到表演捕捉技术
2016年,露西·苏赫曼 (Lucy Suchman)指出,在电影和视频游戏制作中不断运用的虚拟化技术,成为过去二十年娱乐业经历的重要转型。[3]虚拟化技术的发展趋势势不可挡,这也不断促使视效(VFX)工作者与演员共同创建角色,成为一种必要的、有创新力的路径。真人表演拍摄的数字化过程,以及其最终成为数据 (Data)的过程,都旨在表明虚拟化技术的渗透是强有力的,它也带来了有关“演员”议题的重思。
这一议题产生的关键人物是安迪·瑟金斯(Andy Serkis),他可谓动作捕捉演员第一人,在《指环王》系列中“扮演”咕噜 (Gollum),也使其成为CG 历史上的经典角色。他穿着贴满标记的连体衣进行表演,脸上也布满了标记点,主要被传感器捕捉的是身体动态和面部表情,捕捉之后转换为数据再链接至咕噜这一虚拟角色,二者形成了一个“真实现实—混合物理—虚拟空间”的集合态。瑟金斯认为自己是咕噜的作者 (Author),就像木偶与木偶师的关系。实际上,他的动作和表情不仅对标咕噜,更可能对标任何虚拟角色,因为将捕捉到的瑟金斯的表演 (900 多个控制点,塑造咕噜面部2600个多边形)转化为可移动的、可变形的计算机数据库,即成为一系列动作和表情的档案,可以在任何时候重新“编码”至任何虚拟角色(图2)。
图2 安迪·瑟金斯与咕噜 (图片来自https://blog.castac.org/)
回到《阿凡达:水之道》的动作捕捉,同样的,观众能够在潘多拉星球感受虚拟角色带来的别样体验,与十几年前那部运用头戴式摄像头解决面部表情高精度采集问题的作品相比(图3),《阿凡达:水之道》对于水域戏份拍摄的投入,成为全片一大亮点。
图3 《阿凡达》拍摄现场 (图片来自https://www.163.com/)
卡梅隆和团队搭建巨型水箱,水箱容纳的水量足够完成对真实世界的海洋环境进行复刻,其能模拟不同的洋流运动,以保证不同场景的拍摄需要(图4)。“我们为水下做了一套表演捕捉环境,又为水上做了一套表演捕捉环境。两套环境一上一下,中间只隔开一英寸,这样,电脑可以同时从两套环境里读取数据,并将所有信息实时整合在一起。我的虚拟镜头里会显示人们来来去去,游进画面,爬出水面走上码头或是跳入水中在水下游泳。这是由两套彼此独立的捕捉方法衔接在一起实现的。当然,实现衔接的软件费了很大功夫才开发出来,但最终呈现的效果令我非常满意。”[4]
图4 《阿凡达:水之道》剧照
卡梅隆提出的表演捕捉,指的是同时对演员的身体动作、声音和面部表情进行全方位捕捉,这也就将传统意义的动作捕捉技术更向前迈进一步,电影制作人能够比以往任何时候都更加生动地呈现虚拟角色。这种精确到点的光学跟踪,精确度小于0.5毫米,真人表演者身着一套动作捕捉套装用以捕捉他们的身体动作,使用一个麦克风来捕捉他们的声音,还有微小的面部标记来捕捉他们面部的细微差别。[5]
1.3 从《阿凡达》系列看动作捕捉与电影创作
一直以来,卡梅隆都有一个阿凡达的梦。2007年,他和团队终于破译了阿凡达的密码,开启一条CG 表演捕捉和实景拍摄相结合的技术实现道路:
(1)使用虚拟系统,用于动作捕捉场景,针对面部捕捉采用新技术。如上文所述真人演员穿着带有标记点的衣服,回传转化为用来创建虚拟角色的数据点。拍摄时,现场若干个移动摄影机和固定摄影机形成高精度采集的双保险。第三重保险则是卡梅隆破天荒的使用上文所述头戴式摄像头,类似于运动游戏的装备,用于高精度采集面部表情,创新之处在于全新的采集方式,能够让团队借助重建演员面部,来测量演员面部的肌肉生长纹理与运动方式,然后将其应用于角色的逼真制造。这也正是卡梅隆对“表演捕捉”这一词汇尤为钟情的原因。由此延伸至面部动作编码系统 (Facial Action Coding System,FACS),以肌纤维曲线作为解剖学基础,肌肉收缩、松弛为团队提供了人类面部表情的细粒度精确参数,从而能够建构一种模块化的架构(图5),“从高质量的动态面部扫描中自动优化特定面部的参数;由表演捕捉、关键帧或动态模拟驱动的面部动画;交互式和直接操纵面部表情;动画从演员转移到角色。”[6]
图5 FACS系统示意图
(2)实时渲染,形成真人演员与虚拟角色的同步。卡梅隆能够借助Swing Camera实时指导真实现实和虚拟现实两个场域的演员表演。在《阿凡达:水之道》中,卡梅隆和团队主要针对水下拍摄采取了全新的技术形式。虽然真人演员也可以在空中完成水下动作捕捉的全过程,但卡梅隆决定提升捕捉的精度,追求最为逼真的还原与呈现。比如在上文提及的表演捕捉环境中,他们需要解决水与光反射可能造成的错误标记问题,这也是影响捕捉精度的主要因素。为此,团队在整个水面铺满了白色塑料球,在保证光线透过水面、水下光源形成均匀散射的情况下,以消除光反射。卡梅隆也邀请专业的花样游泳运动员参与表演,以保证他们在水下自如做动作的时候,不会产生对动作捕捉进行干扰的气泡(图6)。
图6 《阿凡达:水之道》拍摄场景 (图片来自StudioBinder)
卡梅隆除了对动作捕捉技术进行拓展,在展现真实的“水”世界和虚拟摄影技术层面,也做出了诸多开创性的尝试,在全片3240个镜头中(占影片总镜头数的98%),涉及2225个水主题,从故事到技术、从技术到视效,完整/细化的对应 《阿凡达:水之道》的水元素表达。
视觉特效公司维塔数字公司 (Weta Digital)(以下简称维塔)制作了《阿凡达:水之道》的主要视觉特效,鉴于该片主要场景都与水元素相关,特效制作的重心移置于制作更为逼真的水效果。在《阿凡达》拍摄时,使用的还是“以干换湿”拍摄方法(Dry For Wet),即演员在陆地完成拍摄,借助吊威亚模拟水中运动动作,配以烟雾、滤镜和后期特效共同完成水中运动的效果,但类似重力因素导致的不真实感成为了这一拍摄方法的硬伤。
维塔专注于运用技术手段建构真实感“数字水”的实现,其借助自定义的Loki工作流程和基于物理的光谱路径追踪渲染器Manuka联合使用,对流体求解器进行特定研发,最终呈现出 《阿凡达:水之道》中超真实的水质感、阻力感和粘度。借助流体求解器,“数字水”从初始状态到即时演算,再到物理渲染,越精确就越显示出最终营造的逼真感对标的技术资源消耗的广度和深度。而超真实的效果(尤其是细节效果)也呈现出更细致和逼真的技术思维,即由“数字水”和真实水共同打造,比如参与视效制作的埃里克·赛恩登(Eric Saindon)提到图8中马鞍上、手和手指周围就使用了真水(图7)。
图7 《阿凡达:水之道》超真实水细节 (图片来自今日头条)
图8 Loki求解器的框架示意图 (图片根据dl.acm.org原图修改)
Loki求解器的出现,则是一次全新的发明。对《阿凡达:水之道》的大型水箱而言,传统流体求解器的技术功能势必遇到瓶颈,因为电影追求的逼真感,是对技术的最大挑战。水箱与广博的海洋之间、细小的海底气泡之间都存在较大程度的差异,以及细化的波浪、珊瑚礁、水下水流、气泡、泡沫、CG角色等逼真呈现的需求,都在不断促使卡梅隆团队进行发明创造,编写出全新的内部模拟框架Loki求解器,属于流体求解器的特定研发,用以解决复杂模拟的物理精度问题,解决方案是通过使用跨域耦合和高精度数值求解器实现的。[7]Loki求解器与专有的渲染器Manuka配合之后,能够准确地传达创作者对于模拟内容的精度,表现精度的逼真度,从而实现“数字水”的完美呈现。参与视效制作的乔·莱特瑞(Joe Letteri)指出,“Loki所做的基本上是解析模拟并将正确的求解器分配给正确的状态,然后在两者之间留出空间。艺术家可以控制诸如混合点之类的东西以及他们将这些解算器移动到哪里。”[8]这就能够保证在分解之后,求解器能够为艺术家组合使用,使用范围也将扩大到整个水域。
进一步来看,在整合求解器的过程中,解决求解器之间潜在的不兼容是一个重要问题,Loki求解器的开发者则是充分考量和设置了求解器之间的关键词与“共享规则”,从而更好满足视效技术的前端与后端需求[9]:关键词主要包括质量 (Quality),无论固体还是流体,都可以与求解器之间对标相同的质量进行模拟;相互作用(Interactions),多个元素可以相互影响、形成耦合,这一切很可能发生在无交互的情境之中;还包括性能(Performance)、可用性(Usability)、重复使用(Reusable)、硬件(Hardware)等。“共享规则”则指向同类最优化(Best-in-Class),尽可能将最优化、高保真的技术揽入系统之中;注意配置与现象的比例关系 (Configuration Scales with Phenomena),并非刻意强调模拟数量;避免组合“爆炸”(Avoid Combinatorial Explosion),以最低程度地实现视效复杂性为原则;还包括稀疏参数(Sparse Parameters)、默认为实物 (Physical by Default)、进行局部 (小范围)计算 (Locality of Computation)。所有设定均表明,技术正在趋近于完成艺术性,并主动制造艺术家自由参与度的提升机会,这也是卡梅隆身为“导演+发明家”身份的重要贡献。
基于上述关键词、“共享规则”的诸要求和设定,Loki求解器“将多个一流的求解器调整到一个由声明性状态机驱动的统一框架中,用户可以在其中声明模拟的是‘什么’而不是‘何时’。它已被证明足够强大和直观,可供艺术家自愿采用。”[9]当求解器的自由组合度得以放大之后,与这些视觉之物有关的布料、毛发和道具等也都得以自由组合,因此逼真度的实现将不再成为视效阻碍。同时,水下所有植物和动物的设计 (包括潮汐的影响、浪的影响等),也都尽可能使用AI驱动程序生成,以此帮助获得逼真的生长模式。[10]如图9所示,Loki与之前的固体耦合相比,逼真度有了明显的提升。
图9 1D、2D和3D固体耦合 (左)与Loki固体、流体耦合 (右)对比图 (图片来自Weta Digital)
维塔的参与流程是极为复杂的,其视角根植于精确的数据以及逼真的视效,因此对于细节的处理既注重对位,又在对位的需求中指向了创新。掌管视效的埃里克·赛恩登(Eric Saindon)指出,这个1700人的视效团队,使用了 “基于GPU 的实时海洋光谱为虚拟制作提供物理层面的精准起点,用以捕捉涌浪时间、水位和基本角色的交互;创建了一个自定义工具包Pahi,用于将海洋光谱转换为Houdini(一款3D 动画软件)中的水变形,然后再转换为我们的内部模拟框架Loki;又添加了气泡、泡沫和喷雾过渡等辅助工作流程,以便与车辆、生物和实景动作元素耦合。”[10]
另外,团队也与SPFX 合作,关注船运动的细节,因为精确的数据是保证船和水之间的耦合模拟能够正常工作的关键,倘若船在水中的运动不精确,行驶得太低或太高都会造成浮力偏差,最终导致模拟失败。在捕猎图鲲的情节中,团队建造了等大的船,以及控制装置,图鲲和船的实际运动数据、模拟波浪模式与“数字水”相结合,共同运行水模拟,实现真实水的视效质感。
从对技术的拓延视角来看,对于卡梅隆的身份界定,似乎鉴于技术崇拜和运用的表征而呈现出明显的双重性,即上文所述体现出某种工匠精神的“导演+发明家”。由此,我们对于 《阿凡达:水之道》引发的各类技术的思考,也因卡梅隆不断拓延的技术尝试,并非止步于此技术本身,而是将诸多细化的技术进行整合,延伸其形成类型化电影的可能性。可以说,卡梅隆开创了一种全新的 “技术奇观”电影类型,它忠于技术,旨在创造令人叹为观止的视效,如同《阿凡达:水之道》带来的震撼,卡梅隆想要做到的,即他在接受采访中所述,“在那几个小时,在那个黑暗的影厅,你所生活和呼吸的地方,你知道那是真实的,你正在经历一段真实的旅程。”
(1)真实。对于卡梅隆以及团队的视效制作者而言,技术,不仅能够让幻想变得生动,更能够让幻想在银幕上变得真实。回望早期电影人借助技术表达对真实的追求,无论是直接给胶片上色,还是运用剪辑制造各种技术效果,都指向了技术作为一种手段,带给电影人完成建构和实现幻想的机会。而这种机会与技术的发展是并行的,机会对应了欲望,欲望启动了技术革新,真实则成为不变的主题,从“幻想—实在真实”的对位,走向 “幻想—虚拟真实”的建构。就 《阿凡达:水之道》而言,技术有传统的拓延,比如动作捕捉的适应性演变;技术也有创新的尝试,比如Loki求解器的出现,打破了耦合方式,更打破了技术与艺术之间的界限,释放出VFX 内在的艺术性。
(2)故事。从 《阿凡达:水之道》来看,水元素着实指向奇观化的视听盛宴,但叙事元素的弱化,似乎限制了技术/艺术的扩张和表达。通俗地说,即面对视听盛宴,人们似乎无动于衷,甚至产生倦怠感。笔者认为,回到《阿凡达:水之道》褒贬不一的评价,我们会发现一个重要的问题就是人们的关注点主要集中于过载的技术与较弱的故事之间的悖论,即一种有关技术与艺术之间平衡的阈限性,也是回到电影本体探讨和电影发展的关键。技术能够成就更具有想象力的艺术,艺术亦能打造更精妙的故事,故事又是承载视听盛宴的媒介。三者之间,形成闭环。
可以说,真实指向了电影人多年来对这一条“现实的渐近线”的不懈探索,故事则对应了从技术到艺术建构的想象。二者缺一不可,这也促使我们借助技术至上的《阿凡达:水之道》,思考“技术奇观”电影建构的可能性和策略性。以技术为主导,形成奇观的基础指向了更高的技术指标,IMAX、CINITY、4K、3D、120FPS 等形成了视效技术保障的基石,对电影呈现效果产生利弊,更准确说是争议。争议的核心在于技术视效与电影艺术之间的平衡性,当创作者过多强化技术性的表达,艺术性相对是缺失的,那些形成极致真实甚至超越真实的场景,虽然指向真实的建构,却引发观众对电影/真实的思考。这也是未来 “技术奇观”电影落点的关键,以《阿凡达》系列的摄影机技术演变为例,卡梅隆从Fusion 3D 摄像机到DeepX 3D 水下摄影机的开发,体现出技术的进步,从电影视效、艺术性、真实性的角度来看,是必要,还是可以有所保留,也就是留有所谓 “遗憾”和 “缺陷”之美。而这,又是否指向了电影创作更深层的艺术之美? 这些议题的出现,始于技术与艺术,和电影诞生至今的探讨不谋而合。
综上,巴赞提出的“电影是什么?”依然在电影的发展长河中成为问题,特效技术在 《阿凡达》系列电影中的不断发展,如同一次次答案,回应电影人对电影作为技术与艺术综合体的无尽热爱。“技术奇观”电影的打造,一方面凸显技术的功能性,就像卡梅隆所期盼的,“我喜欢让人们安坐在影院中却能感受到心脏的剧烈跳动,能够亲自向全世界的观众施加这一魔法,让我在工作中引以为乐。”另一方面也促使电影从业者在当下技术勃发的时代,对技术与艺术之间的关系议题,报以审慎和理智的态度,如此,未来的“技术奇观”电影将突破技术与艺术的探讨,而走向统一的、共向的人本思考。
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