“魔戒”首部曲《护戒圣兵》制作技术精粹I

“魔戒”首部曲《护戒圣兵》制作技术精粹I
总述
影片"魔戒"是根据英国著名幻想作家J.R.R.托尔金的神话巨著《魔戒三部曲》改编制作的。它的首部曲"护戒圣兵"自从2001年12月全球公映以来获得了空前的成功。第二部"双塔奇兵"已于2002年12月上映，第三部也已于2004年3月12日公映。
影片中，哈比人佛罗多·巴金斯（Frodo Baggins）要把魔戒带回Cracks of Doom（末日之山）销毁，于是艰难的长途跋涉开始了。一起随同的还有八个护戒联盟的成员：两个人类代表，徘徊者阿拉贡（Aragon）和波罗莫（Boromir）；小精灵莱格拉斯（Legolas）；小矮人金雳（Gimli）；男巫甘道夫（Gandalf）和其他三个哈比人，山姆（Sam）、皮聘（Pippin）与梅里（Merry）。另外还有精灵公主亚纹（Arwen）和精灵王后Galadriel。
影片中的实物特效主要是由Weta Digital公司（负责数码特技）与Weta Limited公司合作在新西兰制作的。影片中的480个视觉效果镜头于2001年10月完成。视觉效果总监Jim Rygiel说："我们混合了缩小的场景、烟火制造术、蓝图、真实成分和CG成分。护戒联盟的成员有时是数码合成的，有时是真实的，有时按比例两者都有。"同样，影片中的取景地也在新西兰，有些是取之于实景。另外一些场景是用58个缩影创建的，其中混合有蓝图和数码合成的角色。影片中一些声势浩大的片段（特别是在魔瑞亚（Moria）矿山和魔都（Mordor）战场的场面）主要是用计算机图形来制作的。另外，由野马状的波涛形成的洪流为Frodo和Arwen抵挡魔戒幽灵那个短片段也是Digital Domain公司用计算机图形制作的，只有少数几个片段不是Weta Digital公司制作的，这个就是其中之一。CG技术也可以用来创建创意（previsualizations）并能在缩小的场景上制造摄像机运动（sweeping camera moves）。

上图中，扮演护戒联盟的成员和甘道夫的演员是在一个蓝图背景中拍摄的， 然后把他们置入一个缩小的场景里。
他们逃脱CG炎魔Balrog的火脚， 如顶上左图。在顶上右图的场景中，佛罗多和阿拉贡是数字特技替身演员。
角色创新
在影片中的矮人国里，我们看到了三个较大的CG动物：章鱼状的守门人，保护魔瑞亚（Moria）矿山里的妖精—高达10英尺的山怪，火光闪闪的巨大无比的炎魔。另外还有咕鲁（Gollum）--一个身心都已扭曲变形的哈比人。
所有这些大的CG动物刚开始是黏质的雏形。"这些雏形非常细致，"数字建模总监Matt Aitken说，"Gollum雏形的皮肤上有毛孔。"为捕捉这个细节，建模人员用了一个手提式扫描仪（例如目前市场上出售的Polhemus公司出品的FastScan实时三维手持激光扫描仪），制作出了一片稠密的用来描绘外表面的顶点。然后，建模人员用Alias|Wavefront公司的PowerAnimator软件在顶点阵上建造了NURBS模型。由于保留有雏形的细节的最终模型太重不便使用，建模小组开发出了一种基于由Venkat Krishnamurthy博士和Marc Levoy博士创作的"把平滑外表面装到稠密的多边形网格上（Fitting Smooth Surfaces to Dense Polygon Meshes）"的Siggraph‘96论文的技术，用低精度的模型复制扫描过的细节。接下来，他们创建了一个低精度外表面，它与稠密高精度外表面的基本形状相同，然后把两个外表面排成一行，并穿过它们计算两者之间的距离，他们再用计算结果为一个移置贴图制定了高度值。一旦高精度的外表面被包裹在移置贴图里，那个模型就再也不需要了。低精度的模型用来设置动画、制作蒙皮和加亮。移置贴图是一个图像文件，渲染的时候才用到。
再来看山怪，为即将成为移置贴图的外表面创建的NURBS模型有3,700,000个控制结点（CVs）在250块NURBS斑块上；低精度的表面有28,000个控制结点。在外表面之下，建模人员设置了一个骨架--骨头和关节被用来设置动画。为了使角色运动时显得更真实，Weta Digital公司的图形软件开发小组编写了Maya插件（即C++程序），用它来制作随着运动而膨胀和压缩的肌肉，并能使皮肤自然的滑动。

山怪雏形的扫描数据转变成了一个带有3,700,000个控制结点的高精度NURBS模型，如上第一张图；接下来创建了一个带
有28,000个控制结点的低精度外表面，如上第二图；为了修复外表面的细节，（工作人员）在计算了低精度和高精度
模型之间的差异的移置贴图上添加了低精度模型，如上第三张图；最后用彩色贴图来渲染，如上第四张图。
为了制作肌肉，技术指导首先要指定始末附属顶点和肌肉运动时能确定形状的顶点。肌肉可以缚在其它的肌肉上，骨头上或别的NURBS外表面上。一旦指定了顶点，肌肉插件会自动创建一个可调整的形状或NURBS外表面来与之相符。当附属顶点移动时，肌肉就会根据需要来改变它的形状。"肌肉要保持它的体积，"图形软件开发总监Richard Addison-Wood解释道。另外，肌肉有一个可选择的动力学行为。"你可以控制它的弹性，以致当它快要停下来时能快速颤动，或者能松散的摆动，"Richard Addison-Wood说。
为了把外表面上的NURBS斑块变成完整的蒙皮（就是说，要使斑块运动起来好像它们是一块单个的几何体），开发队伍编写出了第二个插件。Richard Addison-Wood用"修补"这个词来形容它。
开发队伍编写的第三个插件用来控制覆盖在肌肉和骨骼上的蒙皮的运动。"插件基本上能观察到蒙皮表面与蒙皮下邻近的肌肉和骨头之间的空间体积，" Addison-Wood说，"你可以把蒙皮与邻近的肌肉和骨骼之间的间隙看作是一层用不成型的小立方体制作的脂肪。"插件估计了蒙皮与肌肉和骨骼的距离，并竭力保持空间体积。如果动画师弯曲角色的腰部，肌肉和胃部的脂肪将会把蒙皮挤出来，并且蒙皮会适当地滑动。参数贴图（看上去好像是涂有灰色阴影的纹理贴图）是用来为身体各个部位的蒙皮指定弹性的。
高达25英尺的炎魔Balrog看上去完全是由波涛般滚滚燃烧的火焰、皮肤上黑色的裂缝和环绕四周的烟雾组成的。为了制作这个火光闪闪的魔王，环境部门的领导人Gray Horsfield用了sprite，它们是一些2D卡片，工作人员在上面设置了100到150个涂有火焰的结构夹和火焰电影胶片。这些卡片是贴在用来制作生动且真实的火焰形状的粒子上的纹理贴图。"我们大致获得了5000个火焰的图像，根据它的运动方式进行了分类，"Horsfield说，"我们希望火焰从Balrog身体的各个部位以不同的形式喷射出来。"
当粒子驱动时，为了能让所有sprite卡片上的火焰喷射方向正确，工作小组用Maya为sprite设定了方向，然后通过Mel脚本程序，利用粒子的屏幕速度和关键帧动画来控制火焰的流动。工作小组也用同样的技术为Balrog创建烟雾，用烟雾胶片代替卡片上的火焰。最后，他们合成了火焰和烟雾的若干层（有时可达到33层），用Nothing Real公司的Shake软件制作出了最终的画面。