С 18 по 20 октября в гостинице «Редисон-Славянская» проходил фестиваль «Фантазия», организованный компанией «БС-Графика» и российским представительством SGI.

По замыслу устроителей, фестиваль был посвящен компьютерному искусству и помимо демонстрации новейших технологий включал конкурсную программу. Некоторые технологические новинки были в России представлены впервые. На фестивале «Фантазия» была развернута виртуальная студия, которую компания «БС-Графика» планирует установить в одном из павильонов «Мосфильма». Благодаря этой студии режиссеры будут обходиться без декораций, российские певцы получат автоматический генератор клипов, а конкурсная программа следующего фестиваля грозит превратиться в настоящее бедствие для жюри. Что же представляет собой виртуальная студия и чем она отличается от традиционной?

От реальных студий – к виртуальным

Традиционная студия – это весьма дорогое удовольствие. Во-первых, для каждой программы требуется индивидуальный комплект декораций; во-вторых, необходимо специальное помещение значительных размеров для размещения камер, режиссерского пульта, многочисленных световых приборов, энергопитания большой мощности и прочего; в-третьих, смена декораций, настройка света и прочей аппаратуры требует дополнительных средств и времени; в-четвертых... в-пятых... и так далее.

Все выше перечисленное побуждает мировые телекомпании задуматься о применении новейших цифровых технологий, альтернативных традиционным.

Оборудование для виртуальных студий фирмы ElSet, представленное на фестивале, базируется на мощнейших компьютерах Опух компании Silicon Graphics и предлагает новые, «безленточные» технологии съемки. Натуральные предметы и люди совмещаются с виртуальными интерьерами в реальном времени и взаимодействуют с несуществующими объектами. Как это происходит? Вспомните показ прогноза погоды на телевидении (рис. 3). Ведущий, снимаемый на синем фоне, оказывается на экране телевизора рядом с картой. А мощь компьютеров SGI и соответствующее программное обеспечение способны поместить диктора в любое мыслимое и немыслимое трехмерное окружение, причем вести себя он будет, как часть этого мира (рис. 1). Используя виртуальные декорации, вы можете снимать любую программу с ее уникальным оформлением в одной студии. Разумеется, такой огромный объем расчетов в реальном масштабе времени может выполнять далеко не каждый компьютер.

Виртуальная студия состоит из следующих основных элементов. Во-первых, это «синяя комната» (Blue Box), в которой стены, пол и потолок однородного синего цвета. Все съемки происходят только в ней. Для освещения используется специальный «холодный» свет, дающий ровный тон постоянного спектра. Для съемки и монтажа в комплект виртуальной студии входит так называемая «цифровая студия» (Digital Studio), которая включает в себя несколько камер и монтажную. Название «цифровая» подчеркивает использование цифрового формата записи видеоизображения. Наконец, основой виртуальной студии являются компьютерные технологии SGI.

Суперкомпьютер Onix контролирует процесс съемки с помощью системы координатных датчиков 6DOF (Six Degree Of Freedom). Термин «шесть степеней свободы» описывает возможности датчика измерять три координаты положения в пространстве и три угла ориентации, однозначно определяя положение объекта в пространстве. Датчики расположены на специальных головках камер, и информация с них тут же поступает в компьютер. Учитывая координаты и параметры реальных видеокамер, Onix просчитывает изображение виртуальных декораций в реальном времени. Этот процесс является самым сложным во всей технологии. Ведь для того чтобы сделать будущую сцену реалистичной, необходимо полностью синхронизировать параметры виртуальных и реальных видеокамер.

Ну, а чтобы компьютер выстраивал декорации в реальном времени, в него закладывают полный набор данных о виртуальной сцене (SET). В этот набор входят все компьютерные декорации, возможная анимация, данные о виртуальных видеокамерах и т. д. Виртуальные множества объектов и их возможное поведение создаются заранее с помощью специализированного программного обеспечения или непосредственным вводом параметров движения системой Motion Capture (датчики на реальном человеке «оживляют» компьютерный персонаж).

Для работы в виртуальной студии требуется заранее подготовить общий дизайн виртуальных декораций, задать анимацию отдельным элементам виртуальной среды, согласовать освещение, материалы и пр. Декорации можно сделать похожими на реальные или совершенно фантастическими.

После формирования декораций компонуется виртуальный SET -аналог трехмерной сцены в пакетах компьютерной графики. Он содержит информацию обо всех виртуальных декорациях, их анимации и преобразовании во времени, о количестве и параметрах виртуальных камер, о наборе текстур, источников света и возможных «живых» героях.

Съемка производится несколькими камерами, которые, попеременно становясь активными, меняют точку съемки. Для того чтобы актер мог координировать свои действия, на специальном экране отображается картинка активной в данный момент камеры. Можно разметить пол и расставить вспомогательные предметы синего цвета: кубы, стойки и прочее, которые не будут видны в итоговом материале. Подобные приемы помогают действующему лицу контролировать геометрию виртуального пространства. На сцене могут также присутствовать и реальные предметы, которые войдут в финальное изображение вместе с актером.

Во время съемки датчики, установленные на видеокамерах, непрерывно передают информацию о ее положении в пространстве, направлении и фокусном расстоянии объектива. Эти данные поступают на компьютер Опух, и по ним просчитывается изображение виртуальных декораций. Изображение актера отделяется от однородного синего фона и внедряется (именно внедряется, а не накладывается) в виртуальную сцену. Все перемещения виртуальных камер компьютерной сцены в точности соответствуют перемещениям их реальных аналогов. Фиксация изменения координат носит название Motion Control и широко применяется не только в виртуальной студии.

Благодаря тому, что совмещение происходит в реальном времени, виртуальную студию можно использовать как для съемок с дальнейшей обработкой, так и в прямом эфире.

Казалось бы, простая идея, почему ее не реализовали раньше? Причина в том, что только в последнее время мощности компьютеров стало достаточно для построения компьютерных изображений в реальном времени с приемлемым качеством.

Конечно, существует предел насыщенности трехмерной сцены, которую Опух может просчитать в реальном времени, но этот предел постоянно отодвигается по мере разработки новых аппаратных средств и развития программного обеспечения.

Новым шагом на этом пути являются компьютеры SGI следующего поколения, впервые представленные в России на фестивале «Фантазия».

Благодаря объединению с фирмой Cray Research компания SGI пробивается в мировые лидеры по производству суперкомпьютеров. Новая архитектура ее рабочих станций позволяет сегодня захватить лидерство и на этом рынке. О младшей модели 0₂ мы уже писали в «Компьютерре» #40, а на фестивале ее удалось и потрогать. Сегодня стоит упомянуть и о старших – 0₂₀₀/0₂₀₀₀ (Orygin) и Опух2. Концепция общей, разделяемой памяти (UMA/NUMA -Unified Memory Access), масштабируемая многопроцессорная архитектура (причем не кластерная – до 128 процессоров с общей памятью!) со скоростью обмена данными до 82 Гбайт/с. Масштабируемость реализуется в двух направлениях: снизу – один процессорный модуль может содержать до четырех процессоров, и сверху – все имеющиеся компьютеры можно объединить в одну многопроцессорную систему. И все это при общем падении цены.

Конечно, виртуальные студии SGI еще слишком дороги, но преимущества «безленточных» технологий можно получить и на недорогом оборудовании (при сопоставимом качестве). На прошедшем фестивале фирма «Эра» демонстрировала такое решение на дешевом оборудовании по технологии хромакея (так называют съемки на синем фоне с последующим наложением задника), вводя в заблуждение журналистов: «А что, здесь две виртуальные студии? А почему одна стоит несколько тысяч долларов, а другая – несколько миллионов?». Что ж, техника развивается, и, возможно, в недалеком будущем мы сможем купить виртуальную студию как приложение к бытовой видеокамере...