3D, modellazione, proiezione: tutte le tecnologie di Avatar

3D, modellazione, proiezione: tutte le tecnologie di Avatar

Avatar è il film che ha incassato di più nella storia del cinema e l'Academy l'ha candidato a 9 premi Oscar. In questo speciale, facciamo un viaggio tra tutte le tecnologie che sono state necessarie per creare questo film fuori dagli schemi. Abbiamo intervistato Marco Di Lucca, uno dei modellatori di Weta Digital che hanno lavorato su Avatar.

di pubblicato il nel canale Multimedia
 

Effetti speciali: illuminazione

La stessa attenzione riposta nel mondo si riscontra anche nella modellazione dei personaggi. Le loro emozioni sono rese nel mondo virtuale grazie al Performance Capture di cui abbiamo parlato nella parte dell'articolo che si riferisce alle riprese. "Abbiamo fatto in modo che ogni elemento dell'abbigliamento e gli stessi modelli dei personaggi fossero come nella realtà. Il problema che abbiamo incontrato si è verificato quando abbiamo messo i personaggi ultra-dettagliati all'interno della giungla perché quest'ultima sembrava troppo semplice in confronto ai primi, così abbiamo dovuto iniziare ad aggiungere poligoni e texture map dettagliate alla giungla", ha detto Guy Williams della divisione effetti speciali.

Un'altra sfida ha riguardato le illuminazioni e i colori. La pelle blu dei Na'Vi e l'elevata saturazione cromatica delle piante e delle altre crature che popolano Pandora avevano reso le immagini di Avatar surreali. Pandora era troppo semplicistico rispetto a ciò che aveva in mente Cameron. Allora è stato usato il software Paint Effects per ridefinire le regole di illuminazione e avere colori più realistici. Per equilibrare i colori di Pandora, Cameron si è ispirato al principio della bioluminescenza, ovvero del fenomeno per cui alcuni organismi viventi emettono luce attraverso particolari reazioni chimiche, nel corso delle quali l'energia chimica viene convertita in energia luminosa.

Come è noto, Cameron è appassionato di fotografia subacquea e quindi ha impiegato molte delle sue conoscenze in questo campo per ridefinire gli equilibri cromatici del mondo di Avatar. Il team artistico di Weta ha quindi provato diversi tipi di combinazioni di colori e di illuminazioni in modo da trovare il miglior compromesso generale.

Capitolo illuminazioni. Due le alternative per gli artisti di Weta: le shadow map o un sistema interamente dinamico che aggirasse i limiti delle shadow map. Con la tecnica delle shadow map le ombre vengono create verificando se un frammento sia o meno visibile dalla sorgente di luce; proiettando questa informazione nello spazio di vista della camera (utilizzando una apposita texture) e confrontando le "profondità" si può verificare se un punto sia o meno illuminato e colorarlo di conseguenza. È una tecnica statica che funziona bene solo se la superficie della luce è un punto e non è sferica o complessa e che può generare artefatti.

Cameron e il team tecnico hanno quindi preparato un sistema di illuminazione dinamico che potesse garantire anche le self-shadows (le ombre proiettate dagli oggetti e dai personaggi su sé stessi), che calcolasse le occlusioni e che fosse efficiente in termini di quantità di calcoli. Weta ha svolto tutta una fase di preparazione in modo da avere delle immagini illuminate, high dynamic range images (HDRI), su cui basarsi. Per questa operazione è state realizzata una serie di riprese in Nuova Zelanda.

Il sistema calcola tutte le ombre e tutte le occlusioni per larghi ambienti, e poi usa le HDRI per gestire correttamente le illuminazioni. Il passo successivo è il rendering e soprattutto assicurarsi che il sistema computazionale possa eseguire i calcoli in maniera efficiente, senza perdere tempo in operazioni che poi non si traducono in un miglioramento della resa visiva. Sono state preparate delle armoniche sferiche per la gestone dell'illuminazione su tutti gli elementi che compongono Pandora e questo ha consentito di individuare la direzione dei raggi luminosi e di calcolare le occlusioni e la direzione delle illuminazioni in maniera efficiente e veloce.

È stato poi utilizzato un modello stocastico di ottimizzazione per diminuire la complessità poligonale degli oggetti distanti dall'inquadratura. Mentre gli alberi e gli altri oggetti in primo piano mantengono la qualità originale, quelli più distanti mantengono la sagoma originale ma sono composti da un numero di triangoli inferiore. Con questo metodo, un albero che normalmente sarebbe composto da un milione di poligoni viene ridotto a 20 o 30 poligoni.

Altra fase determinante per avere le splendide immagini della versione finale del film ha riguardato la risoluzione dei bug, e quindi il correggere le imperfezioni di ogni singolo frame. Una volta giunti alla fase conclusiva della preparazione del mondo di Avatar Cameron ha chiesto al team tecnico: "Quanti bug ci sono? Io ne vedo circa 20". Il team tecnico ha risposto che in quel momento ce n'erano circa 20 mila. La controrisposta di Cameron è stata: "Ce ne sono 20 mila ma sembra ce ne siano 20". Si tratta di imperfezioni quasi invisibili all'occhio, magari riguardanti una singola mosca, e spesso si verificano a grandi distanze rispetto all'occhio della telecamera. Ma tutte queste imperfezioni sono state vagliate singolarmente e corrette (magari sovrapponendo altri elementi della vegetazione nei punti su cui si erano riscontrati errori di rendering).

Genericamente quindi la creazione della scena si compone di tre componenti. Nella prima si applica il Performance Capture sui volti degli attori, nella seconda si renderizza quanto ottenenuto nella prima fase attraverso il sistema che abbiamo descritto in queste due pagine. Infine, nell'ultima fase si aggiungono gli effetti in post-processing, si migliora il dettaglio dell'immagine applicando un nuovo filtro e si sistemano i bug. Tutti gli elementi del mondo di Avatar sono in tre dimensioni, così anche il fumo, l'acqua e le esplosioni sono volumetrici.

Per tradurre le informazioni matematiche in immagini occorre fare il rendering, procedura che richiede un'enorme potenza di calcolo. Il rendering delle immagini virtuali di Avatar è stato fatto nella render farm di Weta. È un edificio di 10 mila metri quadrati che si trova a Wellington, in Nuova Zelanda, e che è stato aggiornato per l'ultima volta nel 2008. Contiene più di 4 mila sistemi HP BL2×220c di tipo blade collegati da una rete Ethernet a 10 GB e che usano soluzioni di storage fornite da BluArc e NetApp. Nella classifica dei 500 supercomputer più potenti al mondo occupa le posizioni che vanno dalla numero 193 alla numero 197.

"In questo film non abbiamo usato quasi nessuna soluzione statica, abbiamo ricreato un mondo tridimensionale e lo abbiamo renderizzato", aggiunge Saindon. "Abbiamo spinto in avanti gli effetti dinamici rispetto agli altri film. Non abbiamo usato immagini reali e non abbiamo mai usato dei particolari accorgimenti".

 
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