Создание сюрреалистического короткометражного фильма «Колыбель» с использованием UE5, Houdini и Blender

Введение

Меня зовут Германс Алексеиковс, я являюсь генеральным директором и техническим директором Argentum Studio.

Argentum Studio — это команда художников и технических специалистов, специализирующихся на кинематографической графике в реальном времени, производстве персонажей, VFX и исследованиях в области рендеринга. Члены нашей команды пришли в 3D из разных областей, но большинство наших навыков сформировались благодаря реальной производственной работе, экспериментам и решению проблем, а не следованию одному традиционному пути.

Большая часть нашего опыта связана с постоянным тестированием возможностей рендеринга в реальном времени и созданием инструментов для решения производственных задач. Нам часто приходилось изучать, как Unreal Engine работает изнутри, анализировать системы рендеринга, модифицировать шейдеры и создавать собственные рабочие процессы, когда стандартных инструментов было недостаточно.

Как студия, мы внесли свой вклад в многочисленные кинематографические и проекты в реальном времени, представленные в портфолио Argentum Studio на ArtStation, включая внутренние фильмы, ориентированные на клиента кинематографические работы, проекты по созданию персонажей и эксперименты с рендерингом в Unreal Engine. Проект The Cradle стал для нас одним из самых важных, поскольку объединил все эти области: художественное руководство, работу с персонажами, анимацию, VFX, рендеринг и разработку инструментов.

Вдохновение и референсы

The Cradle начинался как крупномасштабный научно-исследовательский эксперимент. Основная идея заключалась в том, чтобы исследовать возможности Unreal Engine и понять, насколько далеко мы можем продвинуть рендеринг в реальном времени в сторону визуального качества трассировки лучей в автономном режиме.

С самого начала долгосрочной целью Argentum Studio было достижение кинематографического качества трассировки лучей в реальном времени. Мы начали разработку The Cradle во время работы с Unreal Engine 5.1, когда многие из технологий, которые мы хотели использовать, были ещё новыми, нестабильными или не полностью готовыми к производству.

Визуально проект был сильно вдохновлён работами Цдзислав Бексиньского. Его искусство известно, но гораздо меньше проектов в области компьютерной графики пытаются создать оригинальные кинематографические миры, вдохновлённые его визуальным языком. Многие художники ссылаются на Х. Р. Гигера, но Бексиньский остаётся менее изученным в кинематографе компьютерной графики, и мы хотели поэкспериментировать с такой атмосферой.

Мы не пытались копировать его картины напрямую. Вместо этого мы хотели передать похожее эмоциональное чувство: что-то сюрреалистичное, неудобное, монументальное и сказочное. Целью было создать мир, который ощущался бы физически правдоподобным, но в то же время странным и символическим.

Технически мы хотели протестировать системы, которые в то время редко использовались для кинематографического производства внутри Unreal Engine: рендеринг Hair Strands, сложная объёмная графика, специальные рабочие процессы освещения, рендеринг в стиле VDB и внутренние функции рендеринга, к которым большинство пользователей никогда не обращались.

Причина выбора UE5

Самой большой причиной была скорость.

Отложенный рендеринг в реальном времени даёт огромное преимущество по сравнению с автономной трассировкой лучей. В некоторых случаях это может быть в 10–100 раз быстрее. Один кадр с несколькими причёсками для ухода за волосами и объёмными эффектами мог занять дни или даже недели в автономном конвейере трассировки лучей, в то время как Unreal Engine позволил нам рендерить аналогичные кадры за минуты через Movie Render Queue.

Даже когда производительность в нашем окне просмотра упала до 1–10 FPS, Unreal всё равно был значительно быстрее, чем традиционный автономный рендеринг. Такая скорость дала нам возможность быстрее выполнять итерации, тестировать освещение, настраивать камеры и решать визуальные проблемы.

Ещё одной важной причиной был доступ. Unreal Engine предоставляет огромный объём рендеринговой инфраструктуры. Поскольку исходный код движка доступен, мы могли изучить, как работают внутренние системы, модифицировать шейдеры, настраивать поведение рендеринга через CVAR и создавать инструменты для экспериментальных функций.

Для нас Unreal Engine постепенно перестал быть просто игровым движком. Мы начали рассматривать его как платформу для кинематографического рендеринга.

Изменение инструментов UE5 в соответствии с проектом

На очень раннем этапе производства мы поняли, что стандартных рабочих процессов Unreal Engine недостаточно для желаемого нами визуального качества. Вместо того чтобы ждать будущих обновлений движка, мы начали создавать собственные внутренние инструменты, модификации рендеринга и шейдерные рабочие процессы.

Одной из первых крупных систем, которые мы создали, был специальный инструмент для рендеринга причёсок — Hair Cinematic Tool. В то время художники часто полагались на случайные консольные переменные, опубликованные в интернете, чтобы улучшить качество рендеринга волос, но этот подход был непостоянным и непредсказуемым. Мы создали систему на основе Blueprint, которая централизовала и контролировала поведение рендеринга Hair Strands, эффективно действуя как выделенный слой постобработки для рендеринга волос.

Ещё одним важным достижением стал наш собственный рабочий процесс рендеринга VDB. Существующие плагинные решения имели проблемы с сортировкой полупрозрачности и интеграцией с системами рендеринга Unreal. Вместе с нашей технической командой мы переписали конвейер объёмного облачного шейдера Unreal и адаптировали его в собственную систему рендеринга в стиле VDB, интегрированную непосредственно во внутренний объёмный фреймворк Unreal.

Мы также разработали собственный конвейер Alembic Cache Pipeline. Чрезвычайно плотные кинематографические головы не могли надёжно импортироваться через стандартные рабочие процессы Alembic, поэтому мы создали конвертер, который преобразовывал кэши анимации из Blender, Maya или 3ds Max в скелетные сетки и Morph Targets, совместимые с внутренними системами Unreal.

Эти инструменты в итоге стали основой для разработки кинематографического конвейера Argentum Studio.

Визуализация волос и пуха Мотылька

Волосы были одной из самых больших технических задач в «The Cradle». Почти каждый крупный объект включал волосы или мех.

Диана, существо-мотылёк, и даже плавающие фигуры, появляющиеся на протяжении всего фильма.

Мы не разделяли конвейер на рабочие процессы «человеческие волосы» и «пух существ». Вместо этого мы построили единый подход на основе системы Unreal Hair Strands, адаптировав её к различным художественным потребностям.

В то время многие художники полагались на недокументированные консольные переменные, опубликованные на форумах, чтобы настроить рендеринг волос. Нам такой подход не нравился. Он казался непредсказуемым, сложным для воспроизведения и часто приводил к несоответствиям между предварительным просмотром в окне просмотра и финальными рендерингами.

Из-за этого мы создали собственный инструмент Hair Cinematic Tool вместо того, чтобы полагаться на случайные настройки CVAR. Это дало нам точный контроль над рендерингом Hair Strands и обеспечило согласованность результатов между окном просмотра и финальными рендерингами.

Для человеческих волос основное внимание было уделено правдоподобному затенению, мягкости и сохранению мелких деталей прядей. Для пуха мотылька задача заключалась в достижении правильного объёма, реакции на свет и микроскопической мягкости, сохраняя при этом стилизованный и читаемый на экране вид.

Хотя художественные цели были разными, базовый рабочий процесс и набор инструментов остались прежними. Для ухода за шерстью и симуляции мы использовали Ornatrix и Houdini, а затем адаптировали результат для конвейера Unreal Hair Strands.

Риггинг

Процесс риггинга зависел от персонажа.

Для Дианы мы использовали уже существующий человеческий риг, основанный на работе Криса Джонса и Universal Human Blender Rig. Он был создан не нами с нуля, но дал нам прочную основу для главного героя и позволил нам больше сосредоточиться на анимации, лицевой игре и кинематографической интеграции.

Для дополнительных персонажей, включая Колыбель и существо-мотылька, мы создавали риги с нуля в Blender. Эти персонажи требовали более индивидуального подхода, поскольку их язык движений не был основан на стандартной человеческой анатомии.

Мотылёк был особенно интересен, потому что для крыльев требовалось дополнительное физическое поведение. Мы использовали физические настройки Blender для крыльев, чтобы добиться более естественного движения и вторичных движений.

Мы также использовали наш внутренний конвейер Alembic Cache во время производства, чтобы более стабильно передавать данные анимационного кэша в Unreal Engine. Вместо того чтобы полностью полагаться на тяжёлое воспроизведение кэша, мы преобразовывали данные анимации в нативные для Unreal форматы, где это было необходимо, что помогало упростить управление кадрами внутри движка.

Анимация

Самой сложной частью была анимация лица Дианы, потому что мы не использовали захват движения в этом проекте. Всё нужно было анимировать вручную, а анимация лица всегда сложна, потому что даже небольшие ошибки сразу выглядят неестественно.

Все сцены с мотыльком также были сложными. Очень трудно передать естественное движение мотылька через анимацию, особенно когда существо также должно выглядеть кинематографично, читаемо и эмоционально связанным со сценой.

Сама Колыбель также прошла через множество анимационных итераций. В некоторых моментах разные люди в команде интерпретировали движение по-разному. Одни считали, что персонаж играет на флейте, другие — что пальцы просто двигаются неестественно. В конце концов, мы нашли направление, которое было ближе к движению измельчения, и это стало финальной идеей исполнения.

Так что самое сложное было не просто сделать анимацию технически работоспособной. Настоящей задачей было найти правильный язык движения для персонажей, которые были сюрреалистичными, символическими и не полностью человеческими.

Заключение

Производство заняло около трёх лет.

Основная причина, по которой это заняло так много времени, заключалась в том, что у «Колыбели» не было выделенного бюджета, и она создавалась в свободное время. В то же время проект был технически очень амбициозным. Мы начали в эпоху Unreal Engine 5.1, когда многие системы были ещё нестабильны, и нам приходилось решать множество проблем самостоятельно.

Ещё одной серьёзной проблемой было наследие. Как команда, мы росли быстрее, чем сам проект. Наши навыки, инструменты и понимание Unreal Engine значительно улучшились во время производства, но проект всё ещё нёс в себе множество старых решений с более ранних этапов. В каком-то смысле наследие проекта медленно убивало сам проект.

Это один из самых больших уроков, которые мы усвоили. Амбиции важны, но если у проекта нет бюджета, огромный объём работы может легко превратиться в производственный ад.

В общей сложности над «Колыбелью» работали 42 человека, но активное ядро команды составляло около 15 человек.

Если бы мы делали это сегодня, мы бы всё делали по-другому. Технологии продвинулись вперёд, и наши собственные инструменты и рабочие процессы кардинально изменились. Но в то же время «Колыбель» была необходима. Не делая ошибок, не ломая системы и не экспериментируя агрессивно, мы бы не построили тот кинематографический конвейер, который имеем сегодня.

Наш главный совет начинающим художникам — делать небольшие шаги. Не начинайте с гигантского проекта мечты, который требует многолетней работы, большой команды и инструментов, которых у вас ещё нет. Начните с небольших проектов, которые вы действительно сможете закончить.

Небольшие завершённые проекты учат вас большему, чем огромные незавершённые. Они помогают вам понять полный производственный цикл, обрести уверенность и избежать ловушки собственных амбиций. «Колыбель» было чрезвычайно сложно закончить, потому что наши амбиции были очень высоки, и мы полностью поняли, сколько работы это потребует, только после того, как уже углубились в производство.

Argentum Studio