Как остановить время
Freeze-time при помощи видеокамер
Freeze-time цифровыми фотоаппаратами
Камера на колесах была изобретением Вебстера, базировавшимся на проекте фотографа Мойбриджа (Мойбридж Эдвард (1830-1904) — знаменитый англо-американский фотограф и изобретатель, впервые разработавший в фотографии иллюзию движения благодаря быстрой, как в калейдоскопе, смене кадров). Пока идея оставалась только на бумаге, так как для осуществления замысла не было места. Предполагалось, что некое количество камер на колесах будут катиться по рельсам одна за другой и в определенной точке снимать, чтобы «поймать» движение находящегося в данной точке объекта. Идея фотографировать движение в то время носилась в воздухе; многие фотографы экспериментировали, используя различную технику, но никому не удалось сделать шаг вперед.
Филипп Пульман. Тень «Полярной звезды» (“The Shadow in the North”)
изуальный эффект «замороженного» или «застывшего» времени, описание которого мы хотим дать в этой статье, известен уже более четверти века и встречается под разными названиям: Freeze-time, Frozen-action, Bullet-time, Time-slice, Temps mort, Dead time, Timetrack, Virtual camera, Multicam, Flow-motion (Flow-mo) и др., причем иногда этот эффект упоминают под разными именами даже в рамках одного и того же проекта. Например, художники Manes Studios, которые делали фильм «Матрица», называли его Flow-mo, а сам супервайзер спецэффектов этого проекта Джон Гаэта (John Gaeta) — Bullet-time. А если вы посмотрите трансляцию суперкубка американского футбола, то там подобный эффект именуют EyeVision…
Суть данного эффекта состоит в том, что некоторые действия в кадре (обычно весьма насыщенные динамикой и драматизмом) внезапно останавливаются, а снимающая все это камера продолжает перемещаться вокруг застывших персонажей. Иногда в том же кадре между застывшими людьми и предметами перемещаются какие-то другие люди или предметы, но это делается уже методами комбинированной съемки. Интересно, что модный ныне спецэффект базируется практически на тех же принципах, что когда-то, более ста лет тому назад, привели неподвижную фотографию к движущемуся изображению. Сначала фотографы-экспериментаторы использовали несколько фотокамер, которые с небольшой задержкой фиксировали движущийся объект, а затем, прокручивая в барабане эти фотоснимки, получали эффект движения. А сегодня те же принципы используют для того, чтобы это движение остановить!
В статье «Магический морфинг» (“Magic Morphing: Setting Freeze Frames into Motion”), опубликованной Скоттом Андерсоном (Scott Anderson) в американском журнале Videomaker в июне 2001 года, сказано, что впервые эффект «остановки времени» был продемонстрирован в 1980 году (то есть еще до применения какой бы то ни было компьютерной графики) студентом Лондонского университета искусств Тимом Макмиллианом (Tim Macmillian). В своей дипломной работе он делал коллажи из фотографий, снятых с нескольких углов зрения одновременно, причем угол зрения обычно выбирался случайно.
Потом юный изобретатель добавлял все больше и больше фотоаппаратов, но когда их уже перестало хватать, а больше он не мог себе позволить, то сделал по бедности следующее устройство: взял длинный пенал с прорезью, заправил туда фотопленку, а в качестве затвора использовал доску с большим количеством круглых отверстий над каждым будущим кадром. При совмещении подобного «затвора» с щелью, за которой находилась пленка, все кадры экспонировались одновременно через эти отверстия — по типу камеры-обскуры. Результат получился следующим: при быстром просмотре этой пленки объект оставался неподвижным, но казалось, что съемка была произведена движущейся кинокамерой, а не посредством множества неподвижных кадров.
Таким образом, спонтанно родившаяся у бедного студента идея привела впоследствии к ультрамодному и супердорогому голливудскому спецэффекту. Трудно сказать, насколько широкую известность получила эта идея, но первым реализовал в кино технологию «замороженного» времени в начале 80-х годов прошлого века знаменитый польский режиссер Збигнев Рыбчинский (Zbig Rybczynski), и уж его-то работы впоследствии, бесспорно, стали широко известными, так что можно сказать, что первооткрывателем этого эффекта в кино является именно он, по крайней мере для специалистов.
Збиг Рыбчинский был к тому же пионером в использовании видео высокого разрешения (High Definition), а также новатором и экспериментатором в области различных телевизионных и кинематографических технологий. Так, работу телевидения высокой четкости (HDTV) Рыбчинский демонстрировал в американском Институте кинематографии в Калифорнии еще в 1986 году. Помимо упомянутых технологий, он имеет множество других разработок и владеет многими патентами, а некоторые его идеи впоследствии вошли в стандартный инструментарий и теперь лежат в основе современной кинематографии и видеоинженерии. Так, до сих пор во всем мире пользуются программным обеспечением, реализованным по его идеям для рирпроекции в кино и на телевидении.
Родился Рыбчинский в Польше в 1949 году, окончил там художественную школу и уже в начале 70-х годов принимал участие в съемках многих польских и европейских фильмов. Однако позже, как участнику движения «Солидарность», ему пришлось эмигрировать, и он работал режиссером во многих киностудиях Европы и США. Его работы получили много престижных кинематографических премий как в США, так и в Европе, и даже в Японии, включая знаменитый «Оскар» в 1983 году за фильм «Танго», премию «Эмми» за спецэффекты к фильму «Оркестр» в 1990 году, Prix Italia и Golden Gate Award в Сан-Франциско, главный приз фестиваля Electronic Cinema Festival в Токио. Кроме того, Збигнев Рыбчинский снимал много клипов для MTV и других телевизионных музыкальных каналов и получил несколько премий за эту деятельность, а также призы на фестивалях видеоработ. Одним из самых известный его фильмов со спецэффектами является «Четвертое измерение».
Рыбчинский также сделал выдающуюся академическую карьеру: он преподавал в Школе кинематографии в Лодзи (Польша), в Колумбийском университете в Нью-Йорке, а также долгое время был профессором экспериментального кино в Академии искусств в Кельне (Германия). Но после многих лет работы над технологиями в кино и на телевидении, а также разработки программного обеспечения для производства фильмов (например, контроля движения — Motion control, оптических эффектов и пр.) Збигнев Рыбчинский принял решение возвратиться к созданию собственных кинофильмов. Для этого он переехал в Лос-Анджелес, где находится всемирно известная «фабрика грез» — Голливуд и теперь оказывает влияние уже на американский кинематограф. Подробнее о Рыбчинском и его компании Zbig Vision можно почитать на сайте http://www.zbigvision.com/.
Однако время шло, а эффект Freeze-time по-прежнему оставался вне внимания широкой публики, пока в 1999 году не был визуально «возрожден» в знаменитом бестселлере «Матрица» братьев Ларри и Энди Вачовски (Larry и Andi Wachowski). А поскольку этот фильм привлек к себе повышенное внимание не только специалистов и кинокритиков, но и рядовых зрителей, то многие сегодня ассоциируют эффект «застывшего» времени именно с ним.
Именно супервайзер спецэффектов «Матрицы» Джон Гаэта вывел Freeze-time на принципиально новый уровень (в приложении к фильму «Матрица» — Making of Matrix, где рассказывают, как делался этот фильм, этот эффект он называет Bullet-Time). В «Матрице» Гаэта впервые использовал компьютерное управление фотокамерами, которые снимали как одновременно, так и с некоторой задержкой относительно друг друга, чтобы имитировать не только эффект полной остановки времени, но и сильно замедленное его течение (в принципе, таким образом можно заснять даже полет пули). В этом фильме широко использовалось программное обеспечение для интерполяции изображений, чтобы добиться плавного перехода от фотографии к фотографии, подобного движению камеры. Кроме того, много планов снималось в так называемой виртуальной студии («зеленой комнате») для дальнейшего рирпроецирования и погружения отснятого изображения в компьютерно-графическую среду. Надо ли напоминать, что в 2000 году фильм «Матрица», помимо прочего, получил «Оскар» за «Лучшие визуальные эффекты»?
После «Матрицы» многие начали «замораживать» время, и сегодня этим эффектом уже никого не удивишь. Более того, сразу нашлись и другие «первооткрыватели» этого незамысловатого эффекта, которые начали претендовать на первенство. Например, оказалось, что в США изобретение подобного эффекта запатентовано Дэйтоном Тэйлором (Dayton Taylor) и числится за его компанией DigitalAir, причем Тэйлор имеет американские патенты не только на оборудование, которое он использовал для этого эффекта, но и на саму идею, и на технологию.
А теперь давайте посмотрим, как делается эффект Freeze-time, и покажем, где его можно применить.
Freeze-time при помощи видеокамер
Существует немало способов создания эффекта «остановки» времени — с помощью скоростных кинокамер, видеокамер и даже обычных фотоаппаратов. Проще всего, наверное, сделать это посредством цифровых видеокамер, пусть даже бытового формата miniDV. Здесь исчезает масса проблем, связанных с настройкой и синхронизацией аппаратов и в конечном счете облегчается выбор оптимальной последовательности кадров для создания этого эффекта. Цена бытовых miniDV-камер сегодня сильно упала, так что вполне приличную цифровую видеокамеру можно купить примерно за 300 долл., что сравнимо со стоимостью цифровых фотоаппаратов (а цифровые фотоаппараты с возможностью дистанционного управления и точной синхронизации стоят значительно дороже).
Вот, например, как реализовал подобный эффект Ник Жущишин (Nick Jushchyshyn) в своем коротеньком учебном фильме (этот фильм, а также другие ролики с применением эффекта Freeze-time вы можете посмотреть на нашем CD). Он взял шесть видеокамер DV-формата и расположил их по дуге, заняв сектор в 90°. В начале и в конце этой дуги, которая должна была стать траекторией движения будущей виртуальной камеры, он расположил две профессиональные видеокамеры DVCPRO (для того, чтобы первый и последний кадры последовательности были максимально высокого качества). Остальные четыре камеры, расположенные по дуге на равном расстоянии друг от друга между двумя крайними, были обычными бытовыми видеокамерами формата miniDV.
Сцена находилась в фокусе этой дуги, то есть в центре окружности, у которой эта дуга образовывала сектор в 90°. Поначалу он укреплял все камеры на штативах и тщательно выравнивал уровень пузырьковыми нивелирами (на многих штативах есть такие колбочки с пузырьками, специально предназначенные для выравнивания), подбирал одинаковую высоту и унифицировал оптические параметры, то есть фокусировку, экспозицию и баланс белого он выводил на всех камерах одинаково, а их автоматическое изменение запретил. Однако потом Ник понял, что правильно выставлять видеокамеры можно и проще, если подключать к ним монитор со специально наклеенными на экран липкой лентой маркерами и выравнивать угол зрения с учетом опорных маркеров, расположенных на съемочной площадке. Таким образом, поочередно подключая видеомонитор к каждой камере, можно точно откалибровать и перспективу, и кадрирование (Zoom), и наклон каждой камеры, совмещая опорные маркеры на сцене и соответственно маркеры, нанесенные на мониторе.
По монитору можно откалибровать и баланс белого, и экспозицию, и фокусировку камер, поставив, например, в центре сцены рабочую модель и выставив ту же самую освещенность, которая будет использоваться в данной точке съемки.
Для синхронизации всех камер Ник Жущишин использовал обычную вспышку от фотоаппарата. Включив все камеры, необходимо было просто «моргнуть» любой короткой вспышкой, и тогда, после того как отснятый материал будет введен в компьютер, видеодорожки со всех камер можно выровнять по «засвеченному» этой вспышкой кадру, то есть расположить дорожки на шкале времени одну над другой в точности по этому кадру, как по маркеру на пленке. Профессионалы для этой цели используют электронную хлопушку с отсчетом кадров для точной синхронизации нескольких камер или попросту часы, в которых используется отсчет сотых долей секунды. После выравнивания дорожек на шкале времени в любом видеоредакторе (в данном случае по числу видеокамер таких дорожек будет ровно шесть) можно брать любые шесть вертикальных кадров и использовать для изготовления искомой «замороженной» последовательности. Естественно, такую шестерку можно будет брать в наиболее эффектных и выразительных моментах.
Собственно сборку и послесъемочный монтаж Жущишин производил в Ulead Media Studio Pro 7, причем он чередовал обычное видео и «замороженные» фрагменты в тех местах, которые показались ему наиболее эффектными (впрочем, для этих целей можно было воспользоваться любым многодорожечным видеоредактором). Для захвата и редактирования вертикальных шестерок кадров Ник использовал графический редактор Video Paint той же компании Ulead, но окончательную цветокоррекцию, тайминг и выравнивание он производил в Media Studio Pro. Чтобы немного «затянуть» эффект «остановки» времени, каждый кадр из шестерки Ник дублировал, чтобы получить 12 кадров облета объекта съемки виртуальной камерой, так что у него получалось приблизительно полсекунды на эффект. А для того, чтобы сделать облет еще длиннее, можно было бы воспользоваться какой-нибудь программой морфинга или межкадровой интерполяции (сглаживания по фазам движения). Вообще, при помощи различных инструментов интерполяции фрагмент с «остановкой» времени можно сильно продлить, однако на деле это может заметно ухудшить качество картинки. Поэтому единственным полноценным решением по удлинению эпизода «заморозки» может стать только радикальное увеличение числа используемых камер — чем таких камер будет больше, тем плавнее и качественнее получится эффект Freeze-time.
Таким образом, использование цифровых видеокамер имеет следующие преимущества:
- простота синхронизации (вспышка, электронная хлопушка или просто электронные часы с сотыми долями секунды);
- возможность выбора последовательности для эффекта на этапе монтажа;
- возможность часа непрерывной работы.
Но в любом случае видеокамеры можно рекомендовать только для максимально простого бюджетного варианта. Безусловно, что для съемок кино этот вариант не подойдет.
 |
|
Freeze-time цифровыми фотоаппаратами
Полицейский: Freeze, Police (Замрите, полиция)! Руки на голову! Выполняйте! Выполняйте немедленно!
Тринити: (Медленно кладет руки на голову.)
Фрагмент режиссерского сценария фильма «Матрица»
Использование фотоаппаратов, как пленочных, так и цифровых, является универсальным вариантом получения эффекта Freeze-time, причем этот вариант можно применять для любых приложений, в том числе и для высококачественной киносъемки. С целью создания данного эффекта можно использовать даже максимально дешевые механические пленочные мыльницы, но такой вариант сопряжен с некоторыми трудностями в плане точной синхронизации и управления фотоаппаратами. Конечно, ничто не помешает умельцам соорудить какую-нибудь механическую систему управления и синхронизации спуска (скажем, с использованием электрозамков от автомобилей), но практика показывает, что у бюджетного фотоаппарата очень некачественная юстировка, то есть даже совершенно одинаковые фотоаппараты из одной серии открывают затвор с разной задержкой и имеют существенные различия по экспозиции. И если экспозицию можно потом выправить на этапе постобработки цветокоррекцией, то разницы в открытии затворов фотоаппаратов бывает достаточно, чтобы собранное движение не склеилось достаточно ровно. Поэтому в дальнейшем подробно рассматривать схему использования пленочных фотоаппаратов мы не будем и сосредоточимся на цифровых фотокамерах.
Электронный спуск фотоаппарата, конечно, проще отъюстировать (хотя, возможно, придется делать это в сервисной мастерской), а кроме того, при покупке можно попробовать выровнять экспозицию, так как погрешности каждого отдельного экземпляра, как правило, значительно меньше предусмотренных регулировок в 1/3 ступени. Впрочем, погрешности экспозамера не столь существенны, как задержка спуска, и легко исправляются на этапах последующего редактирования и окончательного монтажа фильма.
Но поскольку фотоаппарат, пусть даже цифровой, — это штука все-таки в значительной мере непредсказуемая, то, наверное, стоит с самого начала заложить в систему управления спуском механизм регулировки индивидуальной задержки для каждой камеры, а также разработать систему юстировки и синхронизации всей системы прямо на месте применения. Каждый такой эффект предварительно следует хорошо подготовить: тщательно выставить камеры, сделать пробную фотографию быстро движущегося объекта и отследить задержки у каждой камеры. А затем по фазе сдвижки объекта нужно ввести поправку на спуск у каждой камеры индивидуально. Можно, в частности, протащить объект-указатель по шкале с равной скоростью или использовать электронные часы с отсчетом сотых долей секунды.
У дорогих профессиональных камер обычно есть надежно работающий механизм дистанционного спуска Remote Control, который обычно осуществляется по проводу (вроде электронного тросика) или существует в беспроводной реализации по радио или инфракрасному сигналу (см. статью «Пульты ДУ для цифровых фотоаппаратов» в этом же номере). У солидных камер все в порядке и с синхронизацией (в крайнем случае можно наладить спуск от синхроконтакта внешней вспышки или через так называемый горячий башмак). А поскольку управляемая по синхроконтакту вспышка при срабатывании посылает сигнал затвору, то этим можно воспользоваться для синхронизации. При этом разница по времени задержки от башмака или от синхроконтакта у тех камер, у которых он есть, практически отсутствует — механизм один и тот же. Можно купить и переходник для башмака на стандартный разъем синхроконтакта.
А вот дешевые цифровые мыльницы с электронным затвором обычно не имеют ни возможности дистанционного спуска, ни синхроконтакта для внешней вспышки, ни даже постоянной скорости реакции на спусковую кнопку. Даже самая качественная по картинке бытовая мыльница имеет задержку около 45-50 мс, а это слишком много для того, чтобы поймать нужный момент при быстром движении. Съемка сериями по нескольку кадров (например, для того, чтобы выбрать потом нужный миг движения) на профессиональной камере тоже делается быстрее и стабильнее по промежуткам срабатывания (обычно это 5-8 кадров в секунду в зависимости от модели камеры).
Поэтому тут надо будет выбирать золотую середину и ориентироваться все-таки на более или менее продвинутые цифровые зеркалки (SLR), причем наличие сменной (дискретной) оптики, визуального контроля резкости и малого времени задержки при спуске позволит избежать очень многих проблем.
Впрочем, все будет зависеть от того, насколько сложен ваш проект. Возможно, что многое из вышеописанного вами вообще не будет востребовано или вы решите, что заниматься этим нецелесообразно. Например, при съемках малобюджетных сериалов для телевидения достаточно будет дешевых камер и простой синхронизации, а вот для голливудского блокбастера все же придется изрядно попотеть — и чтобы разработать такую систему, и чтобы тщательно подготовить ее к съемке. В принципе, что касается бюджета, то такую систему, наверное, грамотнее делать исходя из общих целей использования, а не только для одного конкретного проекта. Поэтому это должна быть некая универсальная система (комплекс), которую можно будет потом модифицировать для различных применений.
Кстати, для установки и выравнивания точки обзора пленочных камер профессионалы пользуются теми же пузырьковыми нивелирами и лазерными указками, которые жестко монтируются на каждом фотоаппарате и выравниваются строго параллельно его оптической оси. Так, в частности, делалось в том же фильме «Матрица», где лазерная разметка применялась для точного размещения фотоаппаратов по нужной траектории.
В других случаях лазерная указка крепилась на башмак вспышки, а фотоаппараты наводились по ее лучу на объект (мишень), который до этого был размечен роботом (например, головкой крана Motion Control, запоминавшей траекторию движения реальной съемочной камеры). В «Матрице» большинство эффектов «замороженного» времени было снято в продолжение движения обычной камеры, то есть сначала оператор проводил весь облет сцены роботом, затем по лазерной указке делали засечки на объекте, после этого на стенке сверлили дырки под объективы, а за стеной крепились фотокамеры. Ось визира тоже должна отслеживаться, так как на цель может наводиться под разными углами, и тогда ничего хорошего не склеится из-за перспективных искажений.
При работе с цифровыми фотоаппаратами выравнивание кадров можно также осуществить по видеомонитору и опорным маркерам, как это делал вышеупомянутый Ник Жущишин. Как и видеокамеры, цифровые фотоаппараты можно последовательно подключать к монитору или постоянно подсоединять к какому-то видеокоммутатору-мультиплексору, чтобы иметь возможность в любой момент контролировать установки. Проблему с юстировкой по экспозиции, как мы уже говорили, решить гораздо проще. Достаточно снять один опорный (референсный) кадр и посмотреть на индивидуальные отличия по каждой камере. Снять можно, например, специальную серую сетку (есть такие стандарты для калибровки от компании «Кодак», которые используют 18% градации от абсолютно черного цвета). Отличия экспозиции контрольного кадра необходимо будет запомнить и вводить их в качестве поправки в программное обеспечение для конвертации последовательности кадров в единый фильм (такой контроль можно осуществлять и по балансу белого, и по экспозиции).
Другим вариантом выравнивания параметров камер, а также настройки синхронизации и управления может быть реализованное в некоторых фотоаппаратах полное управление по USB- или Firewire-интерфейсу. С его помощью прямо с управляющего компьютера можно будет настроить и фокус, и экспозицию, и трансфокатор (Zoom) и пр. При этом полное управление и визуальный контроль всех камер можно будет постоянно вести на компьютере, мультиплексировав все камеры в одном интерфейсе подходящего ПО. Для этого, правда, придется написать специализированную программу, так как существующие могут управлять только одной камерой.
Впрочем, для настройки позиции и визуального контроля можно воспользоваться готовым софтом для многокамерных охранных систем или многочисленными программами для Web-камер. К тому же по компьютерному интерфейсу можно будет сразу получать отснятые кадры в монтажную программу и оперативно просматривать полученный эффект, то есть посмотреть, насколько согласованно все работает, не выпадают ли отдельные кадры (по той же резкости, экспозиции и пр.), а затем сделать несколько дублей, из которых позже можно будет выбрать самые удачные.
Если возможности управления по USB- или Firewire-интерфейсу у выбранных цифровых фотоаппаратов не имеется, то придется приобрести или сделать самостоятельно устройство для дистанционного управления группой камер (грубо говоря, это будет коробочка с кнопкой, из которой идут провода к каждой камере) по типу того, что продают, например, на немецком сайте http://www.jg-ic.com/accessories.html.
Однако необходимо учитывать, что чем длиннее провод для дистанционного спуска, тем больше его сопротивление, а потому «сухого контакта» может не хватить для срабатывания затвора. Это значит, что на длинные расстояния необходимо подавать дополнительное напряжение, причем импульсное и стабилизированное. И здесь очень важна величина этого напряжения: если переборщить, то можно загубить камеру, поэтому бездумно усиливать управляющий сигнал нельзя. А вот с компьютерным интерфейсом таких электрических проблем как раз не будет, ибо увеличение длины USB-проводов решается посредством использования USB-хабов и имеющихся в продаже усилителей.
Некоторые цифровые фотоаппараты можно запускать удаленно и через ИК-интерфейс, и через фотоловушку внешней вспышки. Существуют и решения для управления дистанционным спуском по радио или по интерфейсу Wi-Fi. Но имейте в виду, что все готовые решения исключают возможность индивидуальной юстировки спуска.
Итак, использование цифровых фотоаппаратов имеет следующие преимущества:
- формат и разрешение кадра могут быть любыми;
- качество фотографий сравнимо с качеством кадров кинокамеры.
Однако и недостатки использования фотоаппаратов вместо видеокамер тоже наличествуют, а именно:
- необходимы фотоаппараты с возможностью дистанционного управления (и желательно по проводу), а таких моделей сегодня, к сожалению, немного (и почему-то становится все меньше);
- чтобы иметь возможность выбора последовательности для эффекта, понадобится серийная съемка, которая реализована далеко не у всех моделей;
- необходимо сделать единый пульт управления дистанционным спуском и проложить коммуникации или реализовать управление с компьютера, а эта возможность имеется далеко не у всех цифровых аппаратов;
- наконец, всю систему нужно долго настраивать и отлаживать (одновременный спуск, точность установок экспозиции и пр.).
Но если вы способны преодолеть все эти трудности, то с помощью цифровых фотоаппаратов сможете реализовать проект любой сложности и хорошего качества.
|
|
Немного о софте
Для изготовления эффекта «замороженного» времени годится любая программа для монтажа и редактирования видео, однако использование универсальной программы предполагает много ручной работы. В принципе, самым удобным для этих целей может оказаться специализированный софт для так называемых line-тестов в мультипликации, редакторы для Flash-анимации или программы для изготовления Gif-анимации в Web-приложениях (типа Adobe ImageReady), ведь именно там для каждой фазы движения настраивается тайминг — выставляется количество кадров на каждую фазу-снимок.
В данном случае нам понадобится именно такая программа, где можно будет удобно расставлять кадры с таймингом (то есть каждому кадру присваивать длительность), делать между кадрами промежуточную интерполяцию (тем же морфингом, например, причем с возможностью выбора кадра из промежуточной фазы) и т.д.
А чтобы облегчить задачу монтажа (вплоть до полного исключения необходимости тайминга и промежуточных интерполяций), необходимо будет увеличивать количество камер. Впрочем, это зависит только от вашего бюджета.
