想知道科幻大片是怎么拍的吗？一起看看CG幕后的技术
转自公众号：CG世界，ID：world_cg
《复仇者联盟4：终局之战》（下文简称复联4）自4月24日上映以来，已经突破了...诶票房成绩神马的都不说了，反正大家都知道，给后面省点篇幅。反正就是用一种独有的“漫威风格”带我们回顾了MCU电影“无限传奇（The Infinity Saga）”系列的整个故事。
《复仇者联盟3：无限战争》（下文简称复联3）和复联4一共拍摄了5119个镜头，其中复联4有2496个VFX镜头，两部影片故事情节相互联系，单从VFX制作方面来说就省了不少事。漫威可以利用现有基础尽快搭建顶级水准的艺术家制作团队，创建动态制作系统。
还记得我们之前提过的复联4VFX制作团队吗？
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
其中很多团队参与了复联3的制作，因此在制作复联4时候会有一些复联3制作的资产。漫威官方根据复联3的制作内容和每个制作团队各自的优势进行分工，相对来说分工过程不是特别复杂。那么接下来就跟大家分享下我们用时三天三夜整理的复联4幕后CG技术。叮…叮…叮…叮…
掠夺者灭霸
美国演员乔什·布洛林在复仇者联盟系列中扮演灭霸一角色。在时长为两个半小时的复联3中，灭霸出现的那40min真是赚足了影迷们的眼泪和心碎。这次回归复联4，他不是一个人，是4年前的灭霸、想要打败复仇者的灭霸，也是我们文章一开头提到的农民老父亲灭霸。
Digital Domain（之后简称DD）和Weta Digital共同完成了复联4中和灭霸相关的制作，共享一套现场拍摄数据和面部捕捉资料。灭霸的拍摄与复联3相关联，因此在现场数据采集方面没有任何变化。
Digital Domain
DD凭借复联3中的灭霸获得了VES“最佳电影角色视觉效果奖”，其中最大的创新就是开发了机器学习技术，可以在每次拍摄水平上生成非常精细的高分辨率面部数据。这个过程是DD内部称为Masquerade软件工具的一部分。
Masquerade可以根据150个稀疏的面部训练点预测新高分辨率3D面部及其动捕数据的大约70000个点。
鉴于Masquerade的成功，团队决定采用类似机器学习的方法来捕捉灭霸演员脸上的跟踪点。这次在复联4项目上他们更新了自动化流程，为软件起名为Bull Eye，之前需要1-2个星期才能完成的任务，现在只需要大概1个小时。
Masquerade软件还可以像复联3那样在灭霸演员面部重建低网格模型。Bullseye用来处理HMC脚本数据，在三个空间维度跟踪标记并解算数据。而且软件每天都会训练新的数据，作为校准过程的一个部分。
DD团队放弃了传统的FACS架构，转而使用DirectDrive scenario（数据直接驱动模型）的流程，浅显地理解就是用捕捉到的数据直接驱动最终需要匹配动作的角色，存在的缺点就是动画师会失去控制权，因此他们正在尝试在直接驱动性能底层搭建FACS绑定系统，与UI界面相关联，动画师就可以控制更为复杂的数据驱动。
影片中灭霸摧毁无限原石自己也受到了很大的损伤，制作团队通过灭霸脸上不同层次的细节来展示他受伤程度，比如脸部左侧面部瘫痪的效果，眼部周围的肌肉损坏的效果，用这些细节来证明灭霸脸部的末梢神经已经受损。
同样团队内部还有很多其他的工具来改进直接驱动系统生成的内容，他们管这些工具叫做WPSD（Pose Shape Deformation），通过这些工具，可以在制作过程中更快速地处理和转换镜头，并在最终动画制作时保留更多控制力。
除此之外，DD团队还研究了如何提高流程效率和增加灭霸嘴唇的真实效果。
Weta Digital
相比之下，Weta艺术家们更忙碌一些，因为他们在制作复联4的同时也在制作《阿丽塔：战斗天使》。
与DD不同，Weta的制作流程还是基于FACS(面部行为编码系统)，仍然在制作《指环王》Gollum的原始流程上进行增量开发，还是能够适用于现在的制作要求。
团队拥有一些可以将跟踪数据应用到数字模型和角色绑定身上的解算器，其中有一个是基于机器学习的。可以直接把基于面部跟踪点的稀疏数据集匹配到三维扫描的数字模型上。说白了就是用面部动捕数据匹配三维扫描的初级模型上。在扫描灭霸演员初级模型时用到了Lightstage来扫描外观和细节、 Medusa 4D数据创建的模型，并进行了大量的ROM（运动范围）测试，保证初级模型拥有准确而且细致的面部特征。
解决了这个问题之后，再重新定位到灭霸身上。因为他们已经搭建好了匹配装置，在校准无误之后，再从初级模型重新定位到灭霸，这个过程就简单多了。
灭霸之所以能够深入人心，不仅仅因为他是大反派，还在于Weta超厉害的制作技术。但是团队对于复联3中灭霸嘴角的动画有些不满意，当时因为时间的问题没来得及对嘴角进行基础绑定，也就没有实现大下巴打开嘴角的正确方式。大家注意到了吗？反正我是看不到这么细节的部分。幸好，可以用复联4来弥补这个遗憾。
那，怎么解决的呢？Weta采用了一种叫做Deep Shapes的新技术，它可以改进多种关键混合形状之间动画和外观的分析性方法，产生关键级别的高精度动画。用普通话来说就是从一种表情变到另一种表情时，可以用程序化的方式来获得更为精细和复杂的面部效果。
利用这种技术灭霸从一个表情变到另一个表情时，两个表情不仅不会改变，而且在过程中会产生更为精细的表情过渡，这些过渡小动作在没有任何肌肉模拟的情况下，会增加惯性感和面部组织行为。最重要的是制作人员可以从0-100%进行调节、控制。
此外还有个制作难点，就是在如此众多的数字角色中该如何正确把握灭霸的色调。Weta团队为最后终局之战部分的每个镜头都设置了一种基础照明（通常是基于拍摄现场的HDRs），对每个有灭霸出现的镜头进行色调和饱和度的调整，而不是灯光调整。
班纳+绿巨人=Smart Hulk
在漫威宇宙电影系列中我们见过太多次的绿巨人了，但是像复联4里的智慧浩克还是第一次出现，以全CG方式来制作带有强烈浩克风格的班纳博士，先是对演员马克·鲁法洛进行动作捕捉，然后让表演去接近真实的人类演员。
与智慧浩克相关的镜头大部分是由ILM制作的。ILM团队首先在漫威艺术部门的设计上创建了智慧浩克的雕刻造型，融入了非常明显的马克·鲁法洛的特征。为了增强片方的信心，他们还做了一些测试。
在拍摄现场，演员鲁法洛会穿戴动捕套装和头盔相机系统。表演的时候要尽可能让其他演员也在，这样才能增强交互表演时的稳定性。
在绑定和动作环节，团队采用了苏黎世迪士尼研究小组创建的两个系统Medusa和Anyma。
Medusa可以捕捉到演员马克·鲁法洛表演时的各种细节，精准的转化为CG智慧浩克的表演。ILM制作智慧浩克的第一步就是重建面部动画系统，将扫描解算得到的鲁法洛表演据匹配到CG班纳博士上，其中包括他脸上每一个细微差别。
在数据解算部分，用到了同样来自于迪士尼研究公司的新解算器Anyma。它是用3个相机和1个演员的ADR 设备捕捉和存储图像和数据，然后把头戴式摄像机获取的脚本数据导入到Anyma解算器中，每帧生成一个网格，根据头戴式摄像机的数据进行光度解算。
最终ILM和Framestore共同担负起智慧浩克的镜头制作。从ILM方面来说，拿着浩克的动捕数据、参考、详细建模、绑定和材质纹理可以完全控制浩克的动画表演。
Framestore在制作智慧浩克动画的工作上，创建了机器学习系统，以训练它能识别演员表演。比如从头戴式摄像机获取镜头素材，通过关键镜头和关键动画选择一些与鲁法洛表演相匹配的关键帧，将这些关键帧输入机器学习系统，解算得到第一版动画，但这只是一个很快速的版本，可能会不太完美，还需要动画师手K动画获取角色更为精细的表演，之后在机器学习中提取一些微表情微动作，来补充手K动画。在这个过程中还需要不断寻找拟人化浩克和演员鲁法洛之间的平衡。
再来回顾一下Smark Hulk的相关片段
剧中角色改变年龄和胖瘦
影片结尾部分老年美队给大家的留下了深刻印象，从《美国队长1：复仇者先锋》中由Lola VFX制作的瘦小斯蒂夫开始，大家意识到“嗷？CG制作原来可以这么厉害！”。在复联4中，Lola同样担负起了老年美国队长、老年Peggy、憔悴的托尼、年轻的皮姆博士和托尼爸霍华德·斯塔克的制作。
老年美国队长&Peggy
在ageing（老年化）过程中涉及到了大量的lookdev工作，老年化与逆生长有所不同，逆生长可以有很多参考，但是没有人知道老年化之后会是什么样子，因此对于影片制作来说人的主观性会更强一些。每个人对老年化的看法都不尽相同，所以在这个过程中还会出现很多不准确或者是测试性质的lookdev工作。最终制作团队决定美队在119岁这个时间点上出现，而从血清的角度来说是在85-95岁之间，因为美队比同龄的正常人看上去更为年轻一些。
一开始他们在设计老年美队形象的时候，演员Chris Evans头顶假光头，眼眶周围也是假的，从下巴到衣领也就是脖子的部分也是假的特效化妆，Chris在自己的twitter主页也po出了这张效果图，虽然效果还是可以的，但在影片最终拍摄时并没有采用这种特效化妆的方式。
现场拍摄是在亚特兰大郊外的一个农场，正如之前制作de-aged（逆生长）效果一样， Chris年轻的脸上带着跟踪点，以及衰老的眼睛和褶皱的脖子皮肤，完成所有的表演拍摄。之后团队找到了一位扮演老年美队的替身演员，在现场尽可能地还原Chris此前的表演，还原角度和姿势，为后期制作提供现场灯光和材质方面的参考。在一些情况下还需要在棚里继续拍摄老年替身演员，获取高分辨率的材质纹理，捕捉到现场拍摄时极有可能错过的任何角度。
老年Peggy也是一样的，都先是处理演员的主要拍摄素材然后通过绘制、深度的合成工作以及使用老年替身的纹理替换，来实现这些角色老年装的形象，而不是完全使用纯CG制作。而针对于老年Peggy这个角色，在进行了多种尝试之后，演员现场拍摄时只佩戴了一顶假发而已。
憔悴病态托尼哥
记得复联4第一支预告出来的时候，我们最先了解到的电影内容就是托尼哥在宇宙中飘了很久很久，他那种憔悴病态的感觉也是后期制作出来的，与美国队长1斯蒂夫差不多，只不过这回不是瘦小，而是病态。“减重”是唯一原则，不仅是脸上，而且脖子上身体上各个地方都要“清（理）减（少）”素材，那么导致了一系列大量全Roto工作，因为不是所有镜头都在绿幕前拍摄的。
减重这个事，不仅仅是说减体重，还要减肌肉，但是又不能变成二头肌小瘦子。制作团队用不同的肌肉定义取而代之，制作出了观众肉眼可见的肌肉群之间的身体骨骼结构。
与此同时，憔悴和病态就意味着必须要减少托尼脸上的脂肪，让颧骨更加明显，眼窝深陷，添加黑眼袋和黑眼圈，肤色显得更为苍白；在脖子上添加静脉、肌腱，特别是在合成的时候需要制作很多动画，让这些效果是在皮肤表皮下面，而不是“贴”上去的。在灯光的作用下，皮肤会产生镜面反射，这些效果也都必须保持完整和真实。
其实在这个过程中包括很多Lookdev工作，制作团队希望托尼能呈现出一种很消瘦的状态，还可以四处走走，而不是那种快要不行了的感觉。
年轻的皮姆博士和霍华德·斯塔克
还有就是年轻的皮姆博士和托尼爸爸霍华德·斯塔克的相关制作，因为篇幅的关系咱们就不细聊了，大概说两句。
关于皮姆博士不是简单的去皱处理，需要在他脸上增加质感和脂肪等等。其次就是他的头发，在实际制作过程中发现他的头发有点长，于是采用数字化修剪的方式剪短了4英寸（大概10厘米），然后减少了脑顶假发发量，我们看到的发梢是CG合成的。
关于霍华德·斯塔克的制作，制作团队并没有公布太多的相关技术，只是表示在处理灯光方面比较困难，毕竟在剧中所处的环境比较昏暗。但他们还是很厉害的实现了这一让漫威粉们无限感慨的片段。
更多幕后制作小故事
美国队长VS美国队长
影片中一个非常经典的片段就是美国队长vs美国队长的打斗场景。其实这部分就是在绿幕前拍两个特技演员。
具体是怎么拍摄的呢？得分三种情况。第一就是嗖嗖嗖的打斗过程，动作特别快也分不清谁是谁的时候，是现场特技演员在打；第二当特写镜头拉近，而且只有一个美队时，就是克里斯·埃文斯的表演和说话；第三当镜头出现两个美队时，克里斯会和另一位特技演员进行表演。拍摄完成后，由Lola团队负责完成面部替换的工作，制作出有两个美队的画面效果。
最开始拍摄时两个美队都是没有带头盔的，但是看上去似乎很容易让人蒙圈，这两个人到底谁是谁？DNEG为这部分镜头添加了CG背景以及美队的头盔，凭借他们超厉害的制作水准完成了精彩的美队vs美队打斗片段。
Lola团队现场拍摄用的灯光装置（他们管那个叫“蛋”）是一个布满LED和小灯泡的球形灯架，在拍摄打架细节时可以用到，而且这种装置会产生非常复杂的灯光效果，即使是美队每隔几帧在地上打个滚，这几次所呈现出来的灯光效果也完全不一样。
无论是脸部替换、CG头盔，这部分面临的最大挑战就是灯光要与拍摄现场的实际情况相匹配。如果CG光源方向不对，或者是灯光静止不动、强度过大，再或者是没有和实拍现场光源变化相一致，观众看得时候一眼就能感觉很不真实。
老片新用
在影片中我们看到了之前一些漫威电影的序列资产，采用的是原素材新拍摄（original and new photography）的方式进行重现。制作团队以复联4新的色彩空间替代原版VFX镜头设置，新旧镜头一起在DI环节进行颜色匹配，以创建同一场景中新视角的感觉。
比如用到了《银河护卫队》影片莫拉格(Morag)星球的原始LIDAR数据（找不到配图了，大家自己回想一下哈），在制作过程中重新构建现场拍摄集，并整合到新的拍摄方法中。再比如纽约之战的场景，ILM取消了旧的镜头和参数设置，来完成新镜头的制作。
Previz制作
影片的Previz是由The Third Floor团队制作的，之前他们参与了《雷神1》的制作。团队总监和漫威VFX总监会在一起探讨剧本，如果剧本还没有确定就会探讨概念设计，确定影片故事发展的基本节奏。
制作团队为各个序列制作动画预览，不断删减调整，保留最好的部分。比如美队拿起雷神的锤子，传送门打开、托尼牺牲这些片段，一旦确定了主要镜头的Layout，他们就会给两位导演看。原则只有一个，Previz的制作场面要大，而不是繁。
影片最后的终局之战
影片重中之重就是影片最后全员集结的终局之战了，让所有影迷激动人心饱含热泪啥啥啥啥（sorry又不会形容了）。
全CG镜头制作的主要挑战是数字角色、特效和真人实拍的契合度。而且舞台拍摄没办法预估到实际的场景规模和范围，这个重任只能交到VFX制作环节。制作团队在处理这部分Previs的时候就在尝试尽可能大的去接近最终版镜头场景，The Third Floor团队完成了终局之战路线图的制作。
现场拍摄花絮
其中特定的一些需要特技团队真刀真枪地比划进行实景拍摄，把这段素材剪到Previs中，用于拍摄和制作这一序列的镜头。CG镜头的制作不用等真人实拍结束，只要各方面准备完成，就可以开始正式制作。
终局之战看上去是一个宏大的场面，其实将近90%的镜头都是全CG制作，大大减少了实际拍摄会出现的各种复杂情况。拍摄现场相当简易，就是一小块布满灰尘战斗残骸的舞台，可以用升降机移动，空地前面放置拍摄相机。在一些情况下这块地方什么东西都不能有，乱七八糟的置景越多，就越会妨碍特技演员的表演和活动。特效团队会为后期的交互式灯光制造一些火焰效果，增加拍摄场景的复杂性。
现场拍摄花絮
Weta在The Third Floor提供的模型基础上创建了火山口的形状和Layout，Weta和ILM共享一套火山口粗模资产，分别创建了极高精度的虚拟场景。
正因为有了这样各式各样的CG技术，才使得我们能够在影院中享受一场科幻华丽的视觉盛宴！
原文略有删改
原文标题：《复仇者联盟4》超全CG幕后技术
来源：CG世界
编辑：Shiny
近期热门文章Top10
↓ 点击标题即可查看 ↓
1. 首届黑洞PS大赛来袭！为了这张「高糊」的图，中国科学家做出了啥贡献？
2. 物理学四大神兽，除了“薛定谔的猫”还有谁？
3. 地下多大的金矿才能影响到单摆实验？| No.149
4. 为什么用木棍打衣服就可以洗干净衣服？| No.150
5. 为了替你出气，我们给讨厌的杨柳絮来个「以暴制暴」
6. 玩扫雷还有什么技巧？科学家的玩游戏方法你绝对想不到
7. 在我国，没有任何一张地图能告诉你你的真实位置
8. 在客户鱼嘴里提供服务的小清洁虾、清洁鱼，是怎么知道自己不会被吃掉的呢？
9. 你以为土拨鼠只会尖叫？其实它可能正在骂你
10. 你知道为了测博尔特的速度，我们有多努力嘛？