傲斗凌天2.5神龙之魂:探密pixar超级巨制《超人特攻队》的制作过程

探密Pixar超级巨制《超人特攻队》的制作过程
Pixar第一部PG级动作冒险电影   Pixar第一部以人类为主角的动画电影
导演大量从实拍电影中借鉴经验
肌肉变形模拟与衣物、毛发动态模拟技术的新突破

超人特攻队》故事介绍
Bob曾经是全世界崇拜的超级英雄，以拯救世人为己任。事过境迁，如今的他与太太Helen（也是一位知名的前超级女英雄）归隐乡间，与三个孩子过着平凡琐碎的日子，心中常觉不平。一天Bob接获一道神秘指令，召唤他前往一座人迹罕至的小岛，进行一项秘密任务。世界的命运又一次吉凶难卜，该是Bob一家人褪去凡人外衣的时候了……

Review Sketch：如果导演不懂三维
在来Pixar之前，Brad bird是迪斯尼首屈一指的优秀的动画导演之一，但是他从未接触过三维技术。事实上，Pixar的许多工具都令这位来自传统动画世界的人感到不可思议，而最令他感到兴奋又窝心的就是Review Sketch了，这是Pixar的技术员根据他的手绘习惯专门为他开发的数字手绘软件。这个软件基于苹果平台，其工作原理与Alias的Sketch Book Pro非常相似，导演能够利用Wacom辛蒂手写板在数字手绘稿上自由绘画涂改，从而将传统手绘动画的元素带到三维世界里——他可以在一张数字手稿上随意修改，也可随时返回未修改状态；他还可以任意选择线条的粗细；当他放下笔，系统会自动保存当前绘图状态的“快照”。
更重要的是，这个软件是完全整合到Pixar的工作流程里的，所有手稿的改动都会自动保存到Pixar的网络服务器上，这意味着，只要有一个人在一幅手稿上做了改动，其他所有人都可以在讨论这张手稿的时候看到这些改动，甚至在他们的三维软件以及合成软件中，所有的改动都可以被自动保存、跟踪与显示。

向实拍电影取经
早在20多年前，Brad bird就已经对迪斯尼在情节与造型上的日益僵化而感到担忧——票房的考虑越来越凌驾于艺术创作之上，使得动画艺术家的创新空间越来越小。作为一个在加州艺术大学接受过专业电影学教育的人，他一直在思考，如何从更加成熟的实拍电影中汲取可供动画电影借鉴的艺术经验和创作手法。在《超人特攻队》中，他得以将这一想法付诸实践。
这种“取经”首先体现在故事板上。一般动画导演画故事板只是为了把故事讲清楚、角色对白是最主要的内容，事后会有一个lay out部门专门负责摄像机运动的设计。但Brad bird的故事板则不同，从他的After Effects的手绘动态故事板中，我们可以看到时间安排（Timing）、节奏（Pacing）和摄像机运动，这更接近实拍电影的故事板——摄像机的运动被摆在一个尤其重要的位置。
在角色与场景的分工上，也参考了实拍电影。比如拍一场角色在室内表演的戏时，会专门有一个动画师小组负责角色的表演，而另外一个小组单独负责背景的制作，就像实拍电影中的绿幕拍摄一样。
连灯光师也借用了实拍的元素。电影摄影师经常会用到一种不透明挡光板（cucaloris，可能木制或者其他材料），放在光源前面生成阴影纹理。Pixar按照同样的原理开发了一种虚拟挡光板（而不是几何体或shader）来生成阴影纹理。比如Bob与Helen在门前道别时，观众能够看到树的阴影射在房门上，但他们并不需要建一棵树来生成这种阴影效果——实际上，他们只需要买一棵假树，把它投射到半透明的布上，然后把阴影纹理拍摄下来就可以了。这种虚拟挡光板营造的阴影效果与实际拍摄的效果已经十分接近，而且灯光和阴影能够同时合成，大大节省了工作量。
与《鲨鱼故事》一样，《超人特攻队》也利用ambient occlusion生成软阴影。虽然软阴影在某种程度上来说比普通阴影生成要复杂得多，但是在处理一些复杂场景的时候，它所能够带来的真实性是十分惊人的，比如当Helen的手放在Bob的手臂上时，落下的阴影显得如此真实。
这部电影中几乎出现了所有自然界现象，从火到雾，大部分是用CG做的，但偶尔，比如小孩玩水时水花飞溅的镜头，就是用摄影机在小池子旁边拍的。
              
《超人特攻队》的CG技术突破
人类主角
我们都知道，在所有的角色创作中，“人”是最难的。就像白雪公主远远没有小矮人来的真实可信，灰姑娘远远没有她的小老鼠来的可爱，动画世界中的人类主角中没有一个人拥有兔子巴克斯或者小鸟翠西那样的灵彩生动。
在Pixar以前的作品中，我们也曾经看到过人类的角色，比如《怪物公司》中的人类小女孩Boo，虽然可爱，但与她的怪物朋友相比，毕竟显得逊色。而在《超人特攻队》中，Pixar最大的野心就是要向这个“人类角色”难题发出挑战——在《超人特攻队》中，除了超人Bob一家之外，还有八九个其他人类角色。他们体形怪异，动作夸张，弹跳幅度极大，动画师在每个镜头里至少要处理一个乃至多个角色的衣物模拟、头发模拟以及肌肉模拟。对此，导演要求是，这些角色在表情和动作表演上必须具有“卡通风格”的可信性，而不是“照片真实”的，否则越真实越糟糕。
面部表情
《超人特攻队》中面部表情的动画延续了Pixar一贯的传统，动画师负责脸部所有控制点的调节。每个macro-controller上面都设置了大量的变形器（Deformer），而不是使用Blend Shape。与《海底总动员》相比，面部动画工具并没有大的变化，但增加了很多新功能，比如更多可以控制伸缩动作的控制点，一个新的基于Spline控制点的眉毛库，能够进行更加卡通化的变形，甚至包括眼球，以前Pixar的动画师不会对这个器官进行变形。
模板Rig
《超人特攻队》的建模在maya中进行，而Rig则是利用Pixar自行研发的软件，这也是Pixar在此片中最大的技术难点之一。片中不仅有很多角色需要做Rig，而且他们都是超人，表演动作夸张，所以动画师在调动作的时候必须能够看到肌肉，比如Bob胸肌的扩张与二头肌的弯曲。
幸运的是，片中大部分角色的身体结构十分相似，所以他们开发了可重复使用的Rig。每个角色都对应一个模板Rig，模板的任何变化都可以传达到所有角色身上，这使动画师和技术指导能更方便地共享角色之间的姿势与面部表情。有一些角色则拥有多个Rig，其中标准Rig用于普通的伸缩动作，另外开发一些特殊的Rig来做更加复杂的变形。比如Helen穿上紧身衣，或者小Jack变身为怪物的时候。Bob也有两套不同的Rig，一个是短腿小肚子型的Rig，另一个则是超人型Rig——动画师可以把他压缩、挤压、扭曲到一种疯狂的状态，比如当他往后跳的时候，会出现一种卡通化的弧形。
动力学肌肉模拟
超人们还需要动力学肌肉，这对Pixar来说是个新的挑战。在传统的3D流程中，动画师是通过骨骼控制角色的动作，然后让技术人员在骨骼上加肌肉，进行肌肉模拟。即，骨骼带动肌肉，肌肉牵动皮肤。但是，如果用这种传统方法来调控超人们那些匪夷所思的动作，将是一个可怕的任务。那么，能不能让这些肌肉根据动力学原理自动生成动作？
Pixar的角色小组建立了“关联”肌肉（reference muscles）——deformer对象被赋予骨骼上的两点——逐一测试每个角色关节的自由度。然后烘培（bake）肌肉，并创建统计模型（statistical model），并计算肌肉与测试结果之间的内在动力学系数。这样，即使动画师没有操控肌肉，只要他们给这些角色设计一个姿势，系统立刻能够根据算法测量这个模型，给它“裹上”相应的皮肤，仿佛肌肉已经在运动了一样。就好像我们告诉计算机，当角色看起来是这个样子的时候，肌肉是那个样子的。这样，虽然技术人员并没有进行动力学模拟，但实际上得到了动力学模拟的结果，而且动画师还能够看到角色的整体轮廓。
衣物模拟
Pixar请了服装设计师为这些角色设计了150多套服装，他们同样利用烘培技术将这些服装Bake到角色身上，并模拟相应材质的真实运动。
负责衣物模拟的仍然是Pixar技术小组的首席科学家David Baraff Michael Kass和Andy Witkin，他们曾经在《怪物公司》中为苏利的毛发和Boo毛绒绒的T恤衫开发了专利技术，而《超人特攻队》的问题更麻烦，因为很多角色都有不同的衣服，尤其是当衣物动作很慢或者与其他小的动物想碰撞的时候，比如有一个场景中Bob用手去碰超人服上的一滴眼泪，这种状态下的衣物模拟进行起来相当困难。
处理多角色衣物模拟方面，主要的技术突破点在于“统计模型”，其技术原理与肌肉的“统计模型”一样，通过测试一系列姿势的衣物建立“统计模型”，某种姿势状态下的衣物形状被存储在系统里，根据相应的算法，动画师可以随时调动这些数据并执行衣物的模拟。
头发模拟
在《怪物公司》中，本来小女孩Boo有刘海遮住前额的，但是技术人员劝服导演让她扎马尾辫，但《超人特攻队》就没这么幸运了，里面大大小小的角色大概有20多种不同发型，尤其是Violet，这个十几岁的小女孩有一头的披肩长发，是由上百万条单线（多图层）构成的，必须有核心模拟引擎处理由长发引起的各种交互关系，包括与手臂、肩膀以及其他环境元素（风、水等），以保证动作的自然流畅。
Violet的头发是她非常重要的道具，当她把头发撩到耳朵后面，或者用手摆弄一下头发，这些最简单的日常动作，却是在技术上最难处理的。你不可能模拟每根头发的contact，必须进行批处理，但是如果给全部头发赋予统一属性，就会很呆板，失去自然的延续性。因此，除了核心模拟引擎外，工程师为系统增加了一些特性，比如调整头发的位置和速率，施压，在需要的地方设置关键帧，使技术导演能够更好地进行控制。

导演Brad bird
第一次和我的动画总监Tony Fucile谈到Pixar的这部电影时，他说：“我对CG一窍不通，我能为Pixar那些家伙做些什么呢？”我告诉他，不要管这些。然后我们一起坐了15分钟，想，我们喜爱Pixar电影的哪些地方，简洁的设计、原汁原味的故事……我们又回想那些我们希望在Pixar的3D动画中看到却只在2D动画中看到过的好东西，弹性、挤压，动作演绎的灵活度是3D动画还缺乏的。
——《超人特攻队》导演Brad bird
Brad bird毕业于加州艺术学院，与John Lasseter（Pixar的创始人）、蒂姆-波顿（《大鱼》导演）是同学。在《辛普森一家》的创作过程中，有了《超人特攻队》的想法，故事基于他自己的一段挣扎经历，可以说他就是Bob Parr的原型。2000年加盟Pixar，Lasseter对这位老同学寄以厚望，他深知Brad的才华与经验将会为Pixar带来“不同”的东西。