CGI - Rozwój efektów komputerowych w filmach na przestrzeni lat

CGI, czyli Computer Generated Images, można po polsku przetłumaczyć - dosłownie - jako “obrazy generowane komputerowo”. Dziś kojarzą nam się one głównie z efektami specjalnymi w filmach - zarówno, gdy mowa o tworzeniu trójwymiarowych modeli pojawiających się na ekranie, jak i kreowaniu świata, którym graficy zastępują niebieskie lub zielone ekrany, często obecne wokół aktorów na planie.

Trzeba jednak pamiętać, że same efekty specjalne sięgają znacznie dalej, niż ich komputerowe wersje. Sama technika green/bluescreen została na dużą skalę wykorzystana już roku 1940, gdy do kin trafił “Złodziej z Bagdadu”. 

Bez komputerów udało się wszak zrealizować tak bardzo złożone produkcje, jak “2001: Odyseja kosmiczna” (1968 r.), a nawet w "Gwiezdnych Wojnach" efekty stworzone na komputerach stanowiły jedynie margines, a większość opierała się o miniatury, wkomponowywane w sceny za pomocą całkowicie analogowej rotoskopii. Nawet sam kultowy już napis z wprowadzeniem do fabuły został przygotowany analogowo i nagrany pod odpowiednim kątem.

Początek animacji komputerowych w filmach

Nie zmienia to jednak faktu, że komputery zaczęły odgrywać coraz większą rolę w latach 60. W większości przypadków mówimy jednak bardziej o zaawansowanych komputerach, niż narzędziach do jakiejkolwiek pracy graficznej. Część komputerów z tamtego okresu wciąż komunikowała się z użytkownikiem za pomocą drukarki i papieru. Uzyskanie jakiegokolwiek obrazu nie było kwestią prostą. Szybko pojawiły się co prawda interfejsy tekstowe, mogące wyświetlać ograniczoną, zapisaną w pamięci komputera liczbę znaków, ale do ukazywania ruchów, czy kształtów, jeszcze w latach 50. korzystano z różnych sztuczek.
Mowa m.in. o wykorzystywaniu radarów lotniczych, które rozwinęły się mocno w czasie II wojny światowej. W 1958 r. do stworzenia jednej z pierwszych gier elektronicznych - Tennis for Two - posłużył wyświetlacz oscyloskopu, symulujący ruch piłki tenisowej widzianej z boku. Proste, ale skuteczne.

Prawdopodobnie pierwszy film wygenerowany komputerowo.

Jest rok 1961 r., w Królewskim Instytucie Technicznym w Sztokholmie pracuje komputer BESK (Binär Elektronisk SekvensKalkylator, co można przetłumaczyć na “binarny elektroniczny kalkulator sekwencyjny). Komputer ten służył m.in. do obliczeń krzywizn skrzydeł samolotów Saab, a także do profilowania nowopowstałych autostrad.

Co w tym wszystkim najważniejsze - BESK mógł wyświetlać wyniki obliczeń w postaci linii rysowanych na oscyloskopie. I to pod dowolnym kątem. Wprowadzając odpowiednie parametry, pracownicy Instytutu mogli nawet obejrzeć profil autostrady z poziomu wzroku jadącego nią kierowcy. Wpadli więc na pomysł, by sfotografować kolejne obrazy wyświetlane przez oscyloskop. Naukowcy postawili kamerę na nieruchomym statywie i, po przeliczaniu kolejnych współrzędnych, robili zdjęcie projektowanego odcinka autostrady z koordynatami przesuniętymi o kilka metrów. W kolejnych latach naukowcy z całego świata, głównie USA i ZSRR, również eksperymentowali z tworzeniem i wyświetlaniem grafiki na komputerze, ale jeszcze przez wiele lat nie widziano dla niej sensownego zastosowania poza instytutami badawczymi i światem nauki.

Kowboje i Marsjanie

W 1957 roku na świecie wciąż nie było matrycy światłoczułej, która pozwalałaby przetworzyć światło w ciąg zer i jedynek w taki sposób, w jaki obraz zapisuje klisza aparatu. Aż do 1969 roku, kiedy dwóch fizyków i późniejszych laureatów Nagrody Nobla - Willard S. Boyle i George E. Smith - wynaleźli matrycę światłoczułą CCD w trakcie poszukiwań nowych metod rejestracji obrazu na potrzeby swojego wideofonu. NASA w 1964 r. wysyłała w kierunku Marsa sondę Mariner 4, na jej pokładzie znalazł się komputer do przetwarzania i przesyłania obrazów wykonanych aparatem analogowym. W ten sposób amerykanie przesłali na Ziemię pierwsze zdjęcie Czerwonej Planety, które de facto nawet zdjęciem nie było. Komputer wydrukował nie obraz, a ciąg dziesiątek metrów papieru zapisanego zerami i jedynkami. Papieru, który trzeba było pociąć, odpowiednio ułożyć, a następnie każdej porcji informacji przypisać odpowiednią barwę. W ten sposób, całkowicie ręcznie, naukowcy NASA i JPL odtwarzali - piksel po pikselu - fotografię z Marsa tak, jak uzupełnia się kolorowankę po numerach. Z tym, że tu numery występowały w postaci ciągów binarnych. Wszystko to, zanim inne komputery były w stanie to przetworzyć.
Gdy udało się przetworzyć zdjęcia, oczom naukowców ukazały się zdjęcia powierzchni Marsa z charakterystycznym rozpikselowaniem:

Historia z marsjańską sondą nie jest bez znaczenia. Prowadzi bowiem bezpośrednio do pierwszego użycia CGI w pełnometrażowym filmie aktorskim. Gdy na początku lat 70. reżyser Michael Crichton zabierał się do ekranizacji futurystycznego “Westworld” (polski tytuł to "Świat Dzikiego Zachodu"), w którym główny bohater jest cowboyem-robotem, chciał stworzyć efekt patrzenia przez jego mechaniczne oczy. Fotografia cyfrowa była w powijakach. Stworzona w 1969 r. matryca CCD miała zaledwie osiem pikseli (sic), a pierwsze matryce tworzące obrazy 100 na 100 pikseli pojawiły się dopiero w 1973 r., w momencie, gdy “Westworld” miało już swoją premierę.

    

Ręka boga twórcą maszyn.

Myśląc o wykorzystaniu animacji komputerowych w filmach, zwykle mamy na myśli jakieś efekty specjalne. Początki były jednak zupełnie inne i animacja trójwymiarowa była raczej pewnym urozmaiceniem, niż praktycznym efektem. Tak wygląda na przykład pierwsza w historii scena filmowa, w której pojawia się grafika 3D. 

Animacje te zostały stworzone w 1972 r. przez Eda Catmulla i Freda Parke’a z Uniwersytetu Utah. Nie jest to żaden efekt specjalny, a jedynie swoista pochwała futurystycznych na tamte czasy możliwości komputerów. Od tego momentu, w wielu kolejnych filmach, pojawiają się proste grafiki i animacje wektorowe, obserwowane właśnie na ekranach komputerów, jak miało to miejsce np. w “Gwiezdnych Wojnach” (1977 r.), czy “Obcym” (1979 r.).

Prawdziwy przełom przyszedł jednak w roku 1985 za sprawą mało znanego dziś filmu “Młody Sherlock Holmes”, który jednak zapisał się w historii animacji i efektów specjalnych, zdobywając nawet Oskara w tej kategorii. Nic dziwnego, bowiem ogladjąc film mamy okazję obejrzeć pierwszą w historii w pełni animowaną, komputerowo wygenerowaną i fotorealistyczną postać na prawdziwym tle - stworzonego ze szklanych elementów rycerza. 

Jedną z osób, która miała niebagatelny wpływ na rozwój grafiki komputerowej, był w tamtym czasie James Cameron, który zyskał dużą popularność po premierze pierwszego “Terminatora” z 1984 r. i mocno współpracował z firmami z Doliny Krzemowej nad rozwojem realistycznej grafiki, by wykorzystywać ją w filmach.

"Niema rzeczy niemożliwych"

Stąd już krok do kolejnego wielkiego dzieła, tym razem mowa o “Parku Jurajskim” (1993 r.), gdzie po raz pierwszy realistyczne zwierzęta zostały wkomponowane w rzeczywiste tło i pracę aktorów. Co prawda wiele spośród zaprezentowanych w filmie modeli było wykonane za pomocą animatroniki - były to rzeczywiste roboty sterowane zdalnie, tak po raz pierwszy mieliśmy do czynienia z filmem, w którym CGI pojawiło się na tak dużą skalę, mającą symulować fotorealistyczne zachowania żywych istot.

Wspomniany już Toy Story, który udowodnił, że da się już stworzyć wszystko. Jakkolwiek dziś grafika w tym filmie z 1995 r. nie robi już na nas wrażenia, Pixar pokazał, że można tworzyć produkcje wyłącznie za pomocą komputerów. Na pierwszy “fotorealistyczny” film animowany, który miał w założeniach w pełni naśladować rzeczywistość, czekaliśmy jeszcze 6 kolejnych lat. Dopiero w 2001 r. wyszedł bowiem pełnometrażowy “Final Fantasy: The Spirits Within”.

Dalszy rozwój, to już nowe technologie, z których najważniejsza to chyba motion capture i przenoszenie skanu ludzkiej twarzy do filmu, jak miało to miejsce w przypadku Golluma/Smeagola z “Władcy Pierścieni”, za rolę którą Andy Serkis został pierwszym aktorem nagrodzonym za wcielenie się w pełni wirtualną postać .W 2003 r. odebrał statuetkę Saturna.

Co ciekawe, dzięki komputerom, część efektów specjalnych zatacza koło i jest wykorzystywana na nowo, ale z użyciem zupełnie nowych technik. Wiecie na przykład, że duża część serialu “Mandalorian” została nagrana w studio, ale bez użycia green/bluescreenów? To co widzimy za plecami bohaterów to najczęściej obraz wyświetlony na ekranie o wysokiej rozdzielczości, a ruchy kamery są połączone z silnikiem graficznym w ten sposób, by stale oddawać właściwą perspektywę.