@張心欣 ：《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》是一部相當(dāng)「炫技」的電影。帶著詹姆斯·卡梅隆「光環(huán)」，導(dǎo)演羅德里茲格聯(lián)手維塔工作室，給觀眾們展現(xiàn)出電影視覺幻術(shù)的最高技藝。
我看到幾個(gè)在電影特效技術(shù)上很「顯功力」的場景，想給大家一一拆解，讓你們也感受到我的震撼（有點(diǎn)「魔術(shù)揭秘」的意思）。帶著這些背景知識再看《阿麗塔》，你肯定會有不同的感觸。
CGI 眼睛的渲染和制作非常困難，因?yàn)閺难矍虮诘窖苣さ揭暰W(wǎng)膜，每一層結(jié)構(gòu)都要制作和渲染。
人類的眼珠不是一個(gè)單純的球體，為了復(fù)現(xiàn)它復(fù)雜的光學(xué)表現(xiàn)，需要計(jì)算光線在其中復(fù)雜的光路運(yùn)動。
另外，眼珠內(nèi)部的幾何結(jié)構(gòu)也十分復(fù)雜，此次阿麗塔的眼珠特寫鏡頭運(yùn)用到了830萬多邊形數(shù)量的幾何建模，并使用自主研發(fā)的算法進(jìn)行了復(fù)雜的光路追蹤。
「眼睛」是傳達(dá)情感、感染觀眾最重要的窗口。很多人看完電影都覺得，阿麗塔的「大眼睛」深深印在自己的腦海里，揮之不去，她從純真到成熟的變化都映射到眼神的變化上。看來這些努力沒白費(fèi)。
CGI 衣服里面最難制作的就是毛衣，因?yàn)槊碌奈锢硇巫兩婕暗胶軓?fù)雜的微觀物理交互，除非仿真程序的模擬細(xì)致到了每一根線頭，否則無法仿真出真實(shí)的毛衣布料形態(tài)。
而阿麗塔恰恰就選擇在登場的時(shí)候穿了一件毛衣。
這樣的 CG 毛衣市面上沒有現(xiàn)成軟件可以完成，應(yīng)該是維塔自己開發(fā)軟件制作的，筆者以為，這大約是維塔在炫耀他們領(lǐng)先的仿真程序~
△ 這個(gè)算法是魔鬼嗎？真的連每一根毛線都模擬*
長期以來，「毛發(fā)模擬」和「液體模擬」在電影特效真實(shí)感的營造中起著至關(guān)重要的作用。電影中有一處場景，阿麗塔縱身跳入水中，找到水底戰(zhàn)艦上的「狂戰(zhàn)士鎧甲」。
畫面中她的頭發(fā)因?yàn)榻菰谒校l(fā)絲被打濕耷拉下來，呈現(xiàn)出從頭到腳濕漉漉的觀感。
這短短幾分鐘，逼真的模擬出了「頭發(fā)」和「液體」之間的相互作用，是相當(dāng)有技術(shù)含量的。
毛發(fā)和液體之間的作用是一種跨越多個(gè)空間尺度的物理現(xiàn)象。當(dāng)毛發(fā)完全浸沒在液體中時(shí)，它呈現(xiàn)為一種多孔介質(zhì)，而且可以對周圍液體流動產(chǎn)生拖曳效應(yīng)。
當(dāng)把毛發(fā)從液體中提出來后，毛發(fā)上會粘連一定量的液體，這些液體會沿發(fā)束流動，并最終滴落。
同時(shí)，潮濕的毛發(fā)相互之間不僅會發(fā)生碰撞，而且表面液體也會產(chǎn)生液體橋，表面張力效應(yīng)會導(dǎo)致毛發(fā)凝聚成團(tuán)塊。
對于這樣復(fù)雜的物理現(xiàn)象，設(shè)計(jì)出最合適的模型是關(guān)鍵。
通常來說，大塊液體可以用仿射粒子胞元法（Affine Particle-in-Cell）來模擬，而毛發(fā)可以用離散彈性棒（Discrete Elastic Rods）來建模。
為模擬毛發(fā)表面較薄的液體，我們在毛發(fā)表面再增加一個(gè)液體的高度場，同時(shí)用淺水方程來計(jì)算表面液體流動。
△ 展示毛發(fā)內(nèi)液體僅為作對比，形態(tài)是不模擬的
在為頭發(fā)、大塊液體和薄層液體都建立了物理模型之后，通過引入碰撞和黏連模型，就可以模擬出濕毛發(fā)之間的內(nèi)聚現(xiàn)象。
同時(shí)通過計(jì)算水下毛發(fā)與它周圍流體之間的拖曳力，就可以生成毛發(fā)和液體互相拖曳的效果。
最后，再建立一組算法來模擬大塊液體被頭發(fā)捕獲成為薄層液體，以及薄層液體匯流、滴落成為大塊液體的過程。
△ 此處貢獻(xiàn)者費(fèi)云（Raymond）
這樣，才能實(shí)現(xiàn)出最終《阿麗塔》電影里那種「濕頭發(fā)」的自然視效。
有沒有被阿麗塔和男主角接吻的畫面感動到？我也是，但理由可能不大一樣：因?yàn)?CG 人物和真人接吻，在電影特效上真的很難搞。
接吻時(shí)需要調(diào)用面部的146塊肌肉（群），為真實(shí)再現(xiàn)接吻的動作，就有可能需要真實(shí)地再現(xiàn)這些肌群的運(yùn)動。嘴唇肌肉是軟的，而里面的骨骼和肌肉卻較為硬，所以在仿真程序需要能夠處理這些不同的材質(zhì)的碰撞和形變。
接下來我要在技術(shù)上物理拆解「接吻」這件事。下面是人類接吻的X光拍攝，注意其中所展現(xiàn)的該行為的復(fù)雜度：面部肌肉驅(qū)動剛體的骨骼和牙齒運(yùn)動，而柔軟地皮膚相互碰撞擠壓產(chǎn)生復(fù)雜的形變。
維塔的獨(dú)門絕技之一，從骨骼到肌肉到脂肪層，再到皮膚和毛發(fā)的有限元仿真程序，以制作出逼真的數(shù)字角色。
維塔的肌肉仿真工具從人猿星球的早期就開始研發(fā)，經(jīng)歷了多個(gè)制作的錘煉。
《阿麗塔》中的親吻鏡頭完成度之高，以致于它甩開了被認(rèn)為是同級別制作水平的作品幾條街。
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在技術(shù)上同樣被認(rèn)為是世界頂級的皮克斯（迪士尼），接吻鏡頭也不敢做特寫，《阿麗塔》的接吻鏡頭，居然就敢做成特寫。
表演捕捉本身是常規(guī)操作，CG 數(shù)字角色與實(shí)拍結(jié)合也是常規(guī)操作。
然而能把這件事做到爐火純青之境界的，特別的是能熟練地進(jìn)行數(shù)字角色和真人高難度動作戲拍攝而絲毫看不出破綻的，有很多常規(guī)中的不常規(guī)。
表演捕捉方面，維塔工作室歷經(jīng)了《指環(huán)王》系列、《猩球崛起》系列和《阿凡達(dá)》等多個(gè)項(xiàng)目的洗禮，積累下豐富的制作經(jīng)驗(yàn)。
△ 《猩球崛起3》動捕演員安迪·瑟克斯
在阿麗塔中，充滿了這樣的表演捕捉，其中數(shù)字角色單獨(dú)出現(xiàn)的表演捕捉制作難度并不是特別大，更具有挑戰(zhàn)的是數(shù)字角色和真人會產(chǎn)生互動的表演捕捉。
在表演捕捉與真人結(jié)合的拍攝中，同一場戲，即使一條過，也至少得拍兩遍。
第一遍：表演捕捉。實(shí)拍演員與捕捉演員一起表演一遍，目的是為了捕捉下捕捉演員與實(shí)拍角色互動的真實(shí)感。
△ 阿麗塔動捕演員羅莎·薩拉查
第二遍：實(shí)拍演員獨(dú)自表演。此次拍攝又稱為「clean plate」，目的是為了得到?jīng)]有任何遮擋情況下實(shí)拍演員的畫面。
然后才能是合成。將表演捕捉得到的數(shù)字動作賦予數(shù)字角色后，再往 clean plate 上去合成，才得到了我們最終看到的畫面。
整個(gè)操作的原理不難，然而能使最后的畫面看起來毫無破綻，就有大量的制作經(jīng)驗(yàn)與手段的千錘百煉，就好像魔術(shù)一般，即使知道了原理，也并不是每個(gè)人都能變的。
最后想說，《阿麗塔：戰(zhàn)斗天使》是一部完成度高超的科幻電影，而用于制作以及完成它的畫面表現(xiàn)的科學(xué)技術(shù)和藝術(shù)家的技藝，其中物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)的研發(fā)與制作緊密結(jié)合的思路，對當(dāng)前的中國影視制作能力來說，也可謂是很「科幻」了。
慶幸我們從《流浪地球》走出了第一步，更希望我們能從《阿麗塔》中看到我們前進(jìn)的方向。
我不敢妄稱專家，我是一個(gè)極客，也是一個(gè)影視熱愛者，也是數(shù)字化影視制作的萬千研發(fā)和實(shí)踐者之一，以上僅從個(gè)人所熟悉之專業(yè)來提供一份觀點(diǎn)，希望能成為諸位極客影迷們看阿麗塔時(shí)的佐餐良菜。
△ 張心欣—本文作者
簡介：加拿大 UBC 大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)博士，前皮克斯工程師，曾在維塔工作室參與《霍比特人3》等影片的特效算法研發(fā)，還曾任 Lytro 高級算法工程師；在北京電影學(xué)院高精尖未來影像創(chuàng)新中心，開發(fā)針對影視應(yīng)用的大規(guī)模并發(fā)式物理仿真程序。
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