Як випускник МФТІ винаходить сніг, магію і воду для мультиків, що говорить, Disney - Афіша Daily
"Афіша Daily" з'ясувала, як молодий вчений Олексій Стомахін зробив кар'єру в студії Disney, навіщо мультиплікаторам знати складну фізику та вирішувати диференціальні рівняння.
Випускник бакалаврату МФТІ, співробітник студії Walt Disney Animation Studios
Як потрапити з лави МФТІ у крісло студії Disney
Мене тягнуло до математики ще зі школи. Я навчався у 57-му у Малому Знам'янському провулку. Спочатку математика йшла добре, потім щось не дуже. У результаті вирішив піти до МФТІ на фізику. Коли навчання почало йти в прикладніші речі — програмування, інженерію, — мене знову потягло в математику. Навчавшись до бакалавра в 2009 році, я почав шукати програми, де можна поєднувати математику і фізику. Паралельно я займався комп'ютерною графікою — рендерингом картинок, 3D-моделюванням, але як хобі. У результаті я подав у різні інститути США, де є інтердисциплінарні програми. Вийшло так, що я вступив до UCLA (Каліфорнійський університет у Лос-Анджелесі) на факультет математики. Тут багато професорів займаються застосуванням математики до реальних речей. Спершу я пішов до професорки, яка займалася статистикою. Попрацював із поліцейським департаментом у Лос-Анджелесі. Ми навіть допомагали розкривати злочини: у них була купа статистики щодо злочинів, нам потрібно було її аналізувати та передбачати, де трапиться таке. Загалом, позаймавшись цим, я зрозумів, що мені хочеться щось більш значуще, те, що буде видно, що можна уявити візуально.
Того ж року я подивився мультик «Рапунцель», і він мене дуже вразив. Я побачив, скільки там математики. Тоді я прийшов до університетського професора, який частково консультував Disney- займався обчислювальною фізикою, і почав працювати з ним. Я почав моделювати фізичні системи, вирішувати диференціальні рівняння чисельними методами. Потім потрапив на практику до Disney. Першого літа успішно пройшов мій перший інтерншип, і мене покликали вдруге. До речі, нещодавно саме те, чим я займався чотири-п'ять років тому, потрапило до мультика «Зверополіс». Шкірки та м'язи персонажів робили за допомогою тієї штуки, яку я програмував, коли був інтерном.
Одного разу я випадково дізнався від мого наукового керівника, що на студії потрібно зробити сніг для «Холодного серця», і потрібні люди. Мене запросили зайнятися ним. У результаті сніг вийшов досить успішним, і, власне, цей проект став основою моєї дисертації PhD. Після чого мене покликали до штату, де я й працюю досі.
Навіщо мультфільм Disney стільки складної математики
Двадцять років тому купа аніматорів все малювала від руки — кожен кадр олівцем. З'являлися, звісно, всякі хитрі методи, потім проникали комп'ютери, планшети. Але зараз вимоги до якості сильно зросли: хочеться 3D, хочеться більше занурення з погляду глядача, хочеться щоб людина вірила в те, що все відбувається навколо неї. Потрібен певний рівень реалізму. Персонажів, звичайно, досі анімують окремо, створюють їм міміку, рухають практично вручну з кадру до кадру — і це дуже важка робота. Але середовище, в якому вони мешкають, їх одяг, волосся та інше — це руками не спонукаєш. У персонажа може бути тисячі та сотні тисяч волосин. А якщо взяти, наприклад, воду, то там ще більше деталей. Жодна людина просто не зможе все це промалювати. Такі речі доводиться обраховувати комп'ютери. Є закони фізики, які описують рух різних речей: води, снігу, волосся, одягу.чого завгодно. Є художники, які задають початкові умови: припустимо, є вода та скелі, і вони стикаються. Ці дані вирушають у програму, яка на їх основі вирішує відповідне диференціальне рівняння та все обраховує. Це досить типове завдання чисельних методів математики.
Як відбувається розробка проекту
Перед запуском мультика в продакшен режисери вже мають своє бачення. Вони приходять до нас і кажуть — треба зробити, скажімо, сніг. Причому зі снігом все просто, не треба пояснювати, як він виглядає (якщо, звісно, це не люди з Південної Каліфорнії). Ми починаємо дивитися навколо, чи не було якихось розробок у цій галузі. Коли ми робили сніг, з'ясувалося, що про нього немає даних. Тоді ми зробили ресерч, виписали список речей, які хочемо отримати: сніг повинен злипатися, розсипатися і т.д. Для чарівніших ефектів все складніше. Ми починаємо виписувати характеристики того, що хочемо намалювати, а потім намагаємося підібрати рівняння, придумуємо чисельні методи.
Цей інструмент для снігу тепер ми використовуємо починаючи з «Холодного серця» у кожному мультику: і в «Зверополісі», і в «Моані». Якщо змінити характеристики рівняння, то замість снігу ми можемо отримати лаву та багато чого іншого. Припустимо, в «Місті героїв» у Хані Лемон були бомби, що розкидали таку липку штуку. Липка штука теж була зроблена за допомогою того ж інструменту. Ми активно публікуємо свої результати та статті на тему. Тобто будь-хто може їх прочитати та спрограмувати щось подібне. Але сама програма — це власність компанії, тож вона не поширюється.
Як працювати в студії Disney і як знайти порозуміння з художниками
Я не знаю, наскільки доречно порівняти наш офіс із Діснейлендом, але тут чудово.Як заходиш у студію, одразу бачиш усіх цих персонажів на стінах, і з усіх боків атмосфера правильна. На роботу ходити подобається. В принципі, я програміст, але я не надсилаю своїх програм якимось людям, яких я ніколи не побачу. Усі наші споживачі – художники, які сидять з нами під одним дахом. Процес взаємодії із нею відбувається щодня, це здорово. Мені дуже подобається спілкування з ними. Це люди зовсім з іншим складом розуму та підходом до мистецтва. Вони свої потреби описують у досить абстрактних термінах і для мене це виглядає як розмахування руками. Але це все треба якось взяти, перетворити на щось формальне, математичне та змусити працювати.
Були завдання простіші, наприклад, з водою в «Моані». Саму воду зробити просто, вже купу років тому було написано всі рівняння. Але у «Моані» океан живий. І хотілося, щоб ця вода не просто хлюпала «з фізики», а щоб якась штука вилазила з води та розмовляла. З одного боку, штука має виглядати як фізична, з іншого — вона має бути потрібної форми і рухатися як слід. Це дуже тонкий баланс.
Технології чи історія - що первинне
У нас у студії на першому місці задум режисера. Є завдання розповісти історію, а те, як технології допоможуть цьому чи ні, вже залежить від нас. При цьому ми маємо певні напрацювання. Ми знаємо, що ми можемо зробити, а що ні, щоб супервайзер могли оцінити можливості.
Але з погляду промисловості ситуація трохи інша. Коли розробляється якась технологія і за нею публікуються результати, ці нові спецефекти поступово мігрують у комерційні продукти, Maya і Houdini, на ринку з'являються нові пакети з набором спецефектів. А потім ці технології набувають більш широкого поширення.
У Disney микомбінуємо комерційні продукти та свої розробки. Наприклад, існують хороші готові рішення для створення одягу та волосся. І іноді їх цілком достатньо, і не обов'язково розробляти щось своє. Тим більше, що це досить накладно. Свої інструменти ми використовуємо тільки якщо вони перевершують доступні на ринку.
Де проходить кордон між реалізмом та казковістю
З погляду індустрії, реалізм в анімації — це завжди добре. Особливо якщо ми беремо фільми, де акторів знімають на зеленому тлі, а ззаду треба підставити щось природне. Зазвичай у таких фільмах вимоги до реалізму набагато вищі. Але в студії Disney фокус зміщений до іншої сфери. Для нас немає завдання створити реальний світ. Ми маємо свої традиції, свої способи анімувати персонажів. Наприклад, є диснеївська принцеса, яка і не виглядає справжньою людиною. І якщо такого анімованого персонажа помістити у реальний світ, виникає дисонанс. Хочеться не реалізму, а так званого белівабіліті — щоб глядач вірив, що відбувається.
Усі спецефекти мають бути стилізовані під анімацію персонажів. Наприклад, Рапунцель бігає не як людина, у неї рухи трохи різкіші. Тому коли на неї одягли сукню, змодельовану за всіма фізичними законами, під час бігу спідниця перелітала через голову. Відповідно, треба було створити довкола неї силові поля, які цю спідницю утримували. Або, скажімо, взяти епізод у «Моані», де дельфіни стрибають перед човном. Човен плив нормально і був більш-менш фізичний. А ось дельфіни за задумом рухалися зі швидкістю 100 миль на годину, і коли вони врізалися у воду, виходив сплеск, як від гарматного ядра. Тому стояло завдання додати воді в'язкості. Тобто вони практично пірнали на кшталт гліцерину. Або там є момент, колиперед Моаною розходиться океан. Звичайна вода такого зробити не може, і доводилося експериментувати з гравітаційним полем.
Але все одно багато доводиться доробляти, скажімо так, від руки. Усі комп'ютеру довірити не можна. Буде чудово, якщо з'явиться якась автоматична програма, яка зможе анімувати персонажа чи, наприклад, старити його. Зараз розвивається сприяння аніматорам за допомогою якихось нових технологій, у тому числі за допомогою машинного навчання. Але це вже не з моєї спеціальності.