想知道科幻大片是怎麼拍的嗎？一起看看CG幕後的技術
轉自公眾號：CG世界，ID：world_cg
《復仇者聯盟4：終局之戰》（下文簡稱復聯4）自4月24日上映以來，已經突破了...誒票房成績神馬的都不說了，反正大家都知道，給後面省點篇幅。反正就是用一種獨有的「漫威風格」帶我們回顧了MCU電影「無限傳奇（The Infinity Saga）」系列的整個故事。
《復仇者聯盟3：無限戰爭》（下文簡稱復聯3）和復聯4一共拍攝了5119個鏡頭，其中復聯4有2496個VFX鏡頭，兩部影片故事情節相互聯繫，單從VFX製作方面來說就省了不少事。漫威可以利用現有基礎儘快搭建頂級水準的藝術家製作團隊，創建動態製作系統。
還記得我們之前提過的復聯4VFX製作團隊嗎？
Industrial Light & Magic、Weta Digital、Double Negtive、Framestore、Cinesite、Digital Domain、RISE、Lola VFX、Cantina Creative、Capital T、Technicolor VFX、Territory Studio、The Third Floor
其中很多團隊參與了復聯3的製作，因此在製作復聯4時候會有一些復聯3製作的資產。漫威官方根據復聯3的製作內容和每個製作團隊各自的優勢進行分工，相對來說分工過程不是特別複雜。那麼接下來就跟大家分享下我們用時三天三夜整理的復聯4幕後CG技術。叮…叮…叮…叮…
掠奪者滅霸
美國演員喬什·布洛林在復仇者聯盟系列中扮演滅霸一角色。在時長為兩個半小時的復聯3中，滅霸出現的那40min真是賺足了影迷們的眼淚和心碎。這次回歸復聯4，他不是一個人，是4年前的滅霸、想要打敗復仇者的滅霸，也是我們文章一開頭提到的農民老父親滅霸。
Digital Domain（之後簡稱DD）和Weta Digital共同完成了復聯4中和滅霸相關的製作，共享一套現場拍攝數據和面部捕捉資料。滅霸的拍攝與復聯3相關聯，因此在現場數據採集方面沒有任何變化。
Digital Domain
DD憑藉復聯3中的滅霸獲得了VES「最佳電影角色視覺效果獎」，其中最大的創新就是開發了機器學習技術，可以在每次拍攝水平上生成非常精細的高解析度面部數據。這個過程是DD內部稱為Masquerade軟體工具的一部分。
Masquerade可以根據150個稀疏的面部訓練點預測新高解析度3D面部及其動捕數據的大約70000個點。
鑒於Masquerade的成功，團隊決定採用類似機器學習的方法來捕捉滅霸演員臉上的跟蹤點。這次在復聯4項目上他們更新了自動化流程，為軟體起名為Bull Eye，之前需要1-2個星期才能完成的任務，現在只需要大概1個小時。
Masquerade軟體還可以像復聯3那樣在滅霸演員面部重建低網格模型。Bullseye用來處理HMC腳本數據，在三個空間維度跟蹤標記並解算數據。而且軟體每天都會訓練新的數據，作為校準過程的一個部分。
DD團隊放棄了傳統的FACS架構，轉而使用DirectDrive scenario（數據直接驅動模型）的流程，淺顯地理解就是用捕捉到的數據直接驅動最終需要匹配動作的角色，存在的缺點就是動畫師會失去控制權，因此他們正在嘗試在直接驅動性能底層搭建FACS綁定系統，與UI界面相關聯，動畫師就可以控制更為複雜的數據驅動。
影片中滅霸摧毀無限原石自己也受到了很大的損傷，製作團隊通過滅霸臉上不同層次的細節來展示他受傷程度，比如臉部左側面部癱瘓的效果，眼部周圍的肌肉損壞的效果，用這些細節來證明滅霸臉部的末梢神經已經受損。
同樣團隊內部還有很多其他的工具來改進直接驅動系統生成的內容，他們管這些工具叫做WPSD（Pose Shape Deformation），通過這些工具，可以在製作過程中更快速地處理和轉換鏡頭，並在最終動畫製作時保留更多控制力。
除此之外，DD團隊還研究了如何提高流程效率和增加滅霸嘴唇的真實效果。
Weta Digital
相比之下，Weta藝術家們更忙碌一些，因為他們在製作復聯4的同時也在製作《阿麗塔：戰鬥天使》。
與DD不同，Weta的製作流程還是基於FACS(面部行為編碼系統)，仍然在製作《指環王》Gollum的原始流程上進行增量開發，還是能夠適用於現在的製作要求。
團隊擁有一些可以將跟蹤數據應用到數字模型和角色綁定身上的解算器，其中有一個是基於機器學習的。可以直接把基於面部跟蹤點的稀疏數據集匹配到三維掃描的數字模型上。說白了就是用面部動捕數據匹配三維掃描的初級模型上。在掃描滅霸演員初級模型時用到了Lightstage來掃描外觀和細節、 Medusa 4D數據創建的模型，並進行了大量的ROM（運動範圍）測試，保證初級模型擁有準確而且細緻的面部特徵。
解決了這個問題之後，再重新定位到滅霸身上。因為他們已經搭建好了匹配裝置，在校準無誤之後，再從初級模型重新定位到滅霸，這個過程就簡單多了。
滅霸之所以能夠深入人心，不僅僅因為他是大反派，還在於Weta超厲害的製作技術。但是團隊對於復聯3中滅霸嘴角的動畫有些不滿意，當時因為時間的問題沒來得及對嘴角進行基礎綁定，也就沒有實現大下巴打開嘴角的正確方式。大家注意到了嗎？反正我是看不到這麼細節的部分。幸好，可以用復聯4來彌補這個遺憾。
那，怎麼解決的呢？Weta採用了一種叫做Deep Shapes的新技術，它可以改進多種關鍵混合形狀之間動畫和外觀的分析性方法，產生關鍵級別的高精度動畫。用普通話來說就是從一種表情變到另一種表情時，可以用程序化的方式來獲得更為精細和複雜的面部效果。
利用這種技術滅霸從一個表情變到另一個表情時，兩個表情不僅不會改變，而且在過程中會產生更為精細的表情過渡，這些過渡小動作在沒有任何肌肉模擬的情況下，會增加慣性感和面部組織行為。最重要的是製作人員可以從0-100%進行調節、控制。
此外還有個製作難點，就是在如此眾多的數字角色中該如何正確把握滅霸的色調。Weta團隊為最後終局之戰部分的每個鏡頭都設置了一種基礎照明（通常是基於拍攝現場的HDRs），對每個有滅霸出現的鏡頭進行色調和飽和度的調整，而不是燈光調整。
班納+綠巨人=Smart Hulk
在漫威宇宙電影系列中我們見過太多次的綠巨人了，但是像復聯4里的智慧浩克還是第一次出現，以全CG方式來製作帶有強烈浩克風格的班納博士，先是對演員馬克·魯法洛進行動作捕捉，然後讓表演去接近真實的人類演員。
與智慧浩克相關的鏡頭大部分是由ILM製作的。ILM團隊首先在漫威藝術部門的設計上創建了智慧浩克的雕刻造型，融入了非常明顯的馬克·魯法洛的特徵。為了增強片方的信心，他們還做了一些測試。
在拍攝現場，演員魯法洛會穿戴動捕套裝和頭盔相機系統。表演的時候要儘可能讓其他演員也在，這樣才能增強交互表演時的穩定性。
在綁定和動作環節，團隊採用了蘇黎世迪士尼研究小組創建的兩個系統Medusa和Anyma。
Medusa可以捕捉到演員馬克·魯法洛表演時的各種細節，精準的轉化為CG智慧浩克的表演。ILM製作智慧浩克的第一步就是重建面部動畫系統，將掃描解算得到的魯法洛表演據匹配到CG班納博士上，其中包括他臉上每一個細微差別。
在數據解算部分，用到了同樣來自於迪士尼研究公司的新解算器Anyma。它是用3個相機和1個演員的ADR 設備捕捉和存儲圖像和數據，然後把頭戴式攝像機獲取的腳本數據導入到Anyma解算器中，每幀生成一個網格，根據頭戴式攝像機的數據進行光度解算。
最終ILM和Framestore共同擔負起智慧浩克的鏡頭製作。從ILM方面來說，拿著浩克的動捕數據、參考、詳細建模、綁定和材質紋理可以完全控制浩克的動畫表演。
Framestore在製作智慧浩克動畫的工作上，創建了機器學習系統，以訓練它能識別演員表演。比如從頭戴式攝像機獲取鏡頭素材，通過關鍵鏡頭和關鍵動畫選擇一些與魯法洛表演相匹配的關鍵幀，將這些關鍵幀輸入機器學習系統，解算得到第一版動畫，但這只是一個很快速的版本，可能會不太完美，還需要動畫師手K動畫獲取角色更為精細的表演，之後在機器學習中提取一些微表情微動作，來補充手K動畫。在這個過程中還需要不斷尋找擬人化浩克和演員魯法洛之間的平衡。
再來回顧一下Smark Hulk的相關片段
劇中角色改變年齡和胖瘦
影片結尾部分老年美隊給大家的留下了深刻印象，從《美國隊長1：復仇者先鋒》中由Lola VFX製作的瘦小斯蒂夫開始，大家意識到「嗷？CG製作原來可以這麼厲害！」。在復聯4中，Lola同樣擔負起了老年美國隊長、老年Peggy、憔悴的托尼、年輕的皮姆博士和托尼爸霍華德·斯塔克的製作。
老年美國隊長&Peggy
在ageing（老年化）過程中涉及到了大量的lookdev工作，老年化與逆生長有所不同，逆生長可以有很多參考，但是沒有人知道老年化之後會是什麼樣子，因此對於影片製作來說人的主觀性會更強一些。每個人對老年化的看法都不盡相同，所以在這個過程中還會出現很多不準確或者是測試性質的lookdev工作。最終製作團隊決定美隊在119歲這個時間點上出現，而從血清的角度來說是在85-95歲之間，因為美隊比同齡的正常人看上去更為年輕一些。
一開始他們在設計老年美隊形象的時候，演員Chris Evans頭頂假光頭，眼眶周圍也是假的，從下巴到衣領也就是脖子的部分也是假的特效化妝，Chris在自己的twitter主頁也po出了這張效果圖，雖然效果還是可以的，但在影片最終拍攝時並沒有採用這種特效化妝的方式。
現場拍攝是在亞特蘭大郊外的一個農場，正如之前製作de-aged（逆生長）效果一樣， Chris年輕的臉上帶著跟蹤點，以及衰老的眼睛和褶皺的脖子皮膚，完成所有的表演拍攝。之後團隊找到了一位扮演老年美隊的替身演員，在現場儘可能地還原Chris此前的表演，還原角度和姿勢，為後期製作提供現場燈光和材質方面的參考。在一些情況下還需要在棚里繼續拍攝老年替身演員，獲取高解析度的材質紋理，捕捉到現場拍攝時極有可能錯過的任何角度。
老年Peggy也是一樣的，都先是處理演員的主要拍攝素材然後通過繪製、深度的合成工作以及使用老年替身的紋理替換，來實現這些角色老年裝的形象，而不是完全使用純CG製作。而針對於老年Peggy這個角色，在進行了多種嘗試之後，演員現場拍攝時只佩戴了一頂假髮而已。
憔悴病態托尼哥
記得復聯4第一支預告出來的時候，我們最先了解到的電影內容就是托尼哥在宇宙中飄了很久很久，他那種憔悴病態的感覺也是後期製作出來的，與美國隊長1斯蒂夫差不多，只不過這回不是瘦小，而是病態。「減重」是唯一原則，不僅是臉上，而且脖子上身體上各個地方都要「清（理）減（少）」素材，那麼導致了一系列大量全Roto工作，因為不是所有鏡頭都在綠幕前拍攝的。
減重這個事，不僅僅是說減體重，還要減肌肉，但是又不能變成二頭肌小瘦子。製作團隊用不同的肌肉定義取而代之，製作出了觀眾肉眼可見的肌肉群之間的身體骨骼結構。
與此同時，憔悴和病態就意味著必須要減少托尼臉上的脂肪，讓顴骨更加明顯，眼窩深陷，添加黑眼袋和黑眼圈，膚色顯得更為蒼白；在脖子上添加靜脈、肌腱，特別是在合成的時候需要製作很多動畫，讓這些效果是在皮膚表皮下面，而不是「貼」上去的。在燈光的作用下，皮膚會產生鏡面反射，這些效果也都必須保持完整和真實。
其實在這個過程中包括很多Lookdev工作，製作團隊希望托尼能呈現出一種很消瘦的狀態，還可以四處走走，而不是那種快要不行了的感覺。
年輕的皮姆博士和霍華德·斯塔克
還有就是年輕的皮姆博士和托尼爸爸霍華德·斯塔克的相關製作，因為篇幅的關係咱們就不細聊了，大概說兩句。
關於皮姆博士不是簡單的去皺處理，需要在他臉上增加質感和脂肪等等。其次就是他的頭髮，在實際製作過程中發現他的頭髮有點長，於是採用數字化修剪的方式剪短了4英寸（大概10厘米），然後減少了腦頂假髮發量，我們看到的發梢是CG合成的。
關於霍華德·斯塔克的製作，製作團隊並沒有公布太多的相關技術，只是表示在處理燈光方面比較困難，畢竟在劇中所處的環境比較昏暗。但他們還是很厲害的實現了這一讓漫威粉們無限感慨的片段。
更多幕後製作小故事
美國隊長VS美國隊長
影片中一個非常經典的片段就是美國隊長vs美國隊長的打鬥場景。其實這部分就是在綠幕前拍兩個特技演員。
具體是怎麼拍攝的呢？得分三種情況。第一就是嗖嗖嗖的打鬥過程，動作特別快也分不清誰是誰的時候，是現場特技演員在打；第二當特寫鏡頭拉近，而且只有一個美隊時，就是克里斯·埃文斯的表演和說話；第三當鏡頭出現兩個美隊時，克里斯會和另一位特技演員進行表演。拍攝完成後，由Lola團隊負責完成面部替換的工作，製作出有兩個美隊的畫面效果。
最開始拍攝時兩個美隊都是沒有帶頭盔的，但是看上去似乎很容易讓人蒙圈，這兩個人到底誰是誰？DNEG為這部分鏡頭添加了CG背景以及美隊的頭盔，憑藉他們超厲害的製作水準完成了精彩的美隊vs美隊打鬥片段。
Lola團隊現場拍攝用的燈光裝置（他們管那個叫「蛋」）是一個布滿LED和小燈泡的球形燈架，在拍攝打架細節時可以用到，而且這種裝置會產生非常複雜的燈光效果，即使是美隊每隔幾幀在地上打個滾，這幾次所呈現出來的燈光效果也完全不一樣。
無論是臉部替換、CG頭盔，這部分面臨的最大挑戰就是燈光要與拍攝現場的實際情況相匹配。如果CG光源方向不對，或者是燈光靜止不動、強度過大，再或者是沒有和實拍現場光源變化相一致，觀眾看得時候一眼就能感覺很不真實。
老片新用
在影片中我們看到了之前一些漫威電影的序列資產，採用的是原素材新拍攝（original and new photography）的方式進行重現。製作團隊以復聯4新的色彩空間替代原版VFX鏡頭設置，新舊鏡頭一起在DI環節進行顏色匹配，以創建同一場景中新視角的感覺。
比如用到了《銀河護衛隊》影片莫拉格(Morag)星球的原始LIDAR數據（找不到配圖了，大家自己回想一下哈），在製作過程中重新構建現場拍攝集，並整合到新的拍攝方法中。再比如紐約之戰的場景，ILM取消了舊的鏡頭和參數設置，來完成新鏡頭的製作。
Previz製作
影片的Previz是由The Third Floor團隊製作的，之前他們參與了《雷神1》的製作。團隊總監和漫威VFX總監會在一起探討劇本，如果劇本還沒有確定就會探討概念設計，確定影片故事發展的基本節奏。
製作團隊為各個序列製作動畫預覽，不斷刪減調整，保留最好的部分。比如美隊拿起雷神的鎚子，傳送門打開、托尼犧牲這些片段，一旦確定了主要鏡頭的Layout，他們就會給兩位導演看。原則只有一個，Previz的製作場面要大，而不是繁。
影片最後的終局之戰
影片重中之重就是影片最後全員集結的終局之戰了，讓所有影迷激動人心飽含熱淚啥啥啥啥（sorry又不會形容了）。
全CG鏡頭製作的主要挑戰是數字角色、特效和真人實拍的契合度。而且舞台拍攝沒辦法預估到實際的場景規模和範圍，這個重任只能交到VFX製作環節。製作團隊在處理這部分Previs的時候就在嘗試儘可能大的去接近最終版鏡頭場景，The Third Floor團隊完成了終局之戰路線圖的製作。
現場拍攝花絮
其中特定的一些需要特技團隊真刀真槍地比划進行實景拍攝，把這段素材剪到Previs中，用於拍攝和製作這一序列的鏡頭。CG鏡頭的製作不用等真人實拍結束，只要各方面準備完成，就可以開始正式製作。
終局之戰看上去是一個宏大的場面，其實將近90%的鏡頭都是全CG製作，大大減少了實際拍攝會出現的各種複雜情況。拍攝現場相當簡易，就是一小塊布滿灰塵戰鬥殘骸的舞台，可以用升降機移動，空地前面放置拍攝相機。在一些情況下這塊地方什麼東西都不能有，亂七八糟的置景越多，就越會妨礙特技演員的表演和活動。特效團隊會為後期的互動式燈光製造一些火焰效果，增加拍攝場景的複雜性。
現場拍攝花絮
Weta在The Third Floor提供的模型基礎上創建了火山口的形狀和Layout，Weta和ILM共享一套火山口粗模資產，分別創建了極高精度的虛擬場景。
正因為有了這樣各式各樣的CG技術，才使得我們能夠在影院中享受一場科幻華麗的視覺盛宴！
原文略有刪改
原文標題：《復仇者聯盟4》超全CG幕後技術
來源：CG世界
編輯：Shiny
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