Сегодня вы можете сгенерировать изображение буквально за какие-то пять-десять секунд. А несколько десятков лет назад для создания всего одного кадра требовались часы рендеринга — и даже тогда предметы на картинке могли выглядеть как дешевые китайские игрушки. Ведь компьютерная графика того времени, увы, имела довольно серьезный порок — предметы напоминали скучный безжизненный пластик. Дерево — пластиковое. Металл — пластиковый. Даже вода — и та пластиковая.
Исправить это недоразумение решила кучка энтузиастов, поверивших в компьютерную графику. Они мечтали о фильме, рожденном целиком и полностью из пикселей, и называли его просто — «Тот самый фильм».
Спустя двадцать лет их мечта обернулась «Историей игрушек» — первым в истории полнометражным фильмом, где каждый кадр, каждый луч света, каждая улыбка на лице ковбоя Вуди были созданы на компьютере. Но до этого им предстояло пройти череду провалов, разочарований и споров.
От Юты до Лонг-Айленда
Все началось в Университете Юты, где в середине 1970-х годов аспирант Эд Катмулл корпел над компьютерной графикой. Под влиянием Айвена Сазерленда, который там преподавал, он загорелся смелой идеей — соединить своё увлечение наукой и анимацией, чтобы однажды создать полностью компьютерный фильм. На самом деле, Катмулл всегда хотел быть аниматором, но его художественных навыков для этого было недостаточно. И он решил зайти в создание фильмов иначе — через технологии.
Еще будучи аспирантом в Юте, он разработал несколько важнейших технологий компьютерной графики, включая наложение текстур — именно Катмулл научил компьютер «обклеивать» 3D-поверхности изображениями, имитирующими дерево, металл, ткань или любую другую фактуру.
В 1972 году Катмулл сделал первый шаг к своей мечте — оцифровал модель собственной левой руки и оживил её в короткометражке под названием «Рука», фрагменты которой позже вошли в фильм «Мир будущего» 1976 года.
В Юте идеей компьютерной графики горел не только Катмулл. Там трудился еще один будущий член команды Pixar — Малкольм Бланшар, разрабатывавший в то время алгоритмы эффективного отображения трёхмерных сцен.
Не менее интересные события разворачивались на другом конце страны, в исследовательском центре Xerox PARC. Именно там Дик Шоуп изобрел SuperPaint — один из первых в мире редакторов растровой графики. Позже к проекту присоединился Элви Рэй Смит, который превратил инженерную разработку в инструмент художника. Однако руководство Xerox, сосредоточенное на офисных системах, не увидело будущего в «игрушках для хиппи».
Лаборатория на Лонг-Айленде
Тем временем на Лонг-Айленде президент Нью-Йоркского технологического института (NYIT) Александр Шур лелеял свою амбициозную мечту — стать «новым Уолтом Диснеем».
Почему вообще ему пришло это в голову?
Основатель NYIT стремился сделать образование доступным для всех. Заметив, что многим студентам сложно дается математика, он нанял художника комиксов для иллюстрации сложных учебных материалов. Эксперимент удался — иллюстрации переросли в анимационный фильм, завоевавший золотую медаль на Нью-Йоркском международном фестивале телевизионных фильмов. Окрыленный успехом, Шур решил написать сценарий, снять и спродюсировать полнометражку «Туба Табби», но быстро столкнулся с суровой реальностью — ручная отрисовка каждого кадра была невероятно трудоемкой.
Автоматизировать процесс он решил с помощью компьютеров. Проблема была лишь в том, что нужных ему технологий еще не существовало — их лишь предстояло создать.
Так в NYIT появилась лаборатория компьютерной графики, директором которой стал Эд Катмулл. Вскоре к нему присоединились Бланшар, Смит и ДиФранческо. Задача перед командой была поставлена крайне серьезная — интегрировать технологии в традиционный процесс покадровой анимации.
За четыре года в NYIT им удалось изобрести такие вещи, без которых невозможно представить не только современную анимацию, но и компьютерную графику в принципе. Например, среди их разработок — программа Tween для автозаполнения промежуточных кадров, альфа-канал и ряд других штук, которые сегодня интегрированы во все, что связано с созданием изображений на компьютере.
К 1979 году усилия увенчались короткометражкой, но до триумфа было далеко. Ее создание все еще требовало ручного вмешательства, да и мечтали все-таки о полном метре. Время «Того самого фильма» все еще не пришло.
И тогда на горизонте появился человек, который хотел превращать будущее в настоящее.
Эпоха Lucasfilm и рождение Reyes
Джорджа Лукаса не просто привлекали спецэффекты. У него тоже была мечта — полностью оцифровать кинопроизводство, включая создание графики, звуковое оформление и монтаж. Для этого в Lucasfilm он даже открыл специализированное подразделение, которое должно было заниматься компьютерной графикой.
Главой нового подразделения становится Эд Катмулл. Вслед за ним в Lucasfilm переходят еще несколько сотрудников NYIT, в том числе Смит, Бланшар и ДиФранческо.
Смит видел, что Лукас, несмотря на весь энтузиазм, не до конца понимает, на что способна компьютерная графика. Для него она была лишь инструментом — помощником в уже существующих процессах.
И тогда команда решила вместо бесконечных (и, возможно, бесплодных) объяснений — показать. Разработать программу рендеринга, способную создавать сложные, фотореалистичные изображения, практически неотличимые от снятых на пленку кадров. Так зародился проект под кодовым названием Reyes — Render Everything You Ever Saw. Для его реализации к команде присоединилось еще два человека — Лорен Карпентер из Boeing и Роберт Кук, недавний выпускник Корнелла, попавший в команду благодаря своей статье о компьютерной графике, которая впечатлила Катмулла и Смита.
Разработчики поставили перед Reyes сразу несколько довольно амбициозных задач:
создавать сложные сцены с множеством разнородных компьютерных объектов;
наделять материалы правдоподобной фактурой, чтобы дерево выглядело как дерево, металл — как металл, жидкость — как жидкость;
убирать «лесенки» на изгибах и диагоналях, включая их проявления в отражениях и преломлениях света в стекле или воде;
имитировать размытие в движении (motion blur) — эффект «размывания» быстро движущихся объектов, характерный для настоящей кинокамеры;
воспроизводить глубину резкости — четкое изображение объектов в заданном диапазоне расстояний и мягкое размытие всего, что ближе или дальше;
генерировать тени строго в направлении источника света;
создавать физически корректные отражения и преломления на блестящих поверхностях;
контролировать глубину проникновения света в материал.
Но перед тем как достичь этих целей, команде предстояло решить две фундаментальные проблемы. Как объяснял сам Кук, компьютеры оптимизированы для обработки однотипных объектов, а если быть точнее — однотипных данных. В то время как отрисовка реалистичных сцен требует разнородности — дерево рядом с металлом, вода рядом со стеклом, ткань рядом с пластиком.
Вторая проблема заключалась в конфликте подходов. С одной стороны, каждую точку поверхности необходимо раскрасить с учетом ее материала и освещения. С другой, необходимо еще и определить видимость каждого отдельного пикселя и спрятать то, что скрыто другими объектами.
Решение пришло от Карпентера. Он предложил разбивать любую поверхность на крошечные микрополигоны — меньше половины пикселя каждый. На тысячу исходных полигонов приходилось около 80 миллионов микрополигонов. Рендеринг при этом разбивался на два этапа — сначала вычислялся цвет микрополигонов, и лишь затем на их основе определялся итоговый цвет пикселей.
Чтобы избавиться от эффекта ступенек, Кук применил метод Монте-Карло, который позволял случайным образом выбирать точки. Это устраняло «лесенки» и световые интерференции, но взамен появлялся шум. Кук предложил модифицировать алгоритм выбора с помощью распределения Пуассона — следующая выбранная точка отбрасывалась, если оказывалась слишком близко к предыдущей. Такой подход имитировал расположение фоторецепторов в сетчатке глаза — хаотичное на первый взгляд, но оптимальное для восприятия плавных форм.
Однако на этом сложности не закончились. Команде предстояло решить, пожалуй, наиболее сложную из всех поставленных перед Reyes задач — motion blur. Решение предложил Том Портер — вместо фиксированного момента времени для каждого пикселя система должна случайным образом выбирать момент в интервале между открытием и закрытием затвора виртуальной камеры. Усреднение цветов по этим временным выборкам и создавало естественное размытие движущихся объектов.
Тот же принцип случайной выборки позволил реализовать эффект глубины резкости. Для этого каждой точке дополнительно присваивалась случайная позиция на воображаемой линзе камеры, что имитировало оптическое размытие объектов вне фокуса.
Тестировать все это приходилось на компьютере VAX 11/780, который работал со скоростью 1 миллион инструкций в секунду. Команда понимала, что без своего «железа» не обойтись. Так родился Pixar Image Computer — машина, заточенная исключительно под пиксели, работавшая в 200 раз быстрее VAX.
Тучи сгущаются
Пока команда творила революцию в компьютерной графике, над головами энтузиастов сгущались тучи. В 1983 году Джордж и Марсия Лукас развелись. В соответствии с законами Калифорнии Джордж мгновенно потерял половину состояния. Активы Lucasfilm распродавались как горячие пирожки. К 1984 году от грандиозного плана «оцифровать кино» осталась лишь команда компьютерной графики — 40 человек, которые все еще верили в «Тот самый фильм».
Именно в этих условиях — на фоне неопределенности и грядущего увольнения — родились первые настоящие победы Reyes.
Первым фильмом на Reyes стал короткометражный «Приключения Андре и Пчелки Уолли» (1984). Режиссером выступил молодой аниматор Джон Лассетер — тот самый, который позже создаст «Историю игрушек». Это был первый в истории человечества мультфильм, где персонажи, их движения и тени сделаны целиком на компьютере.
А в 1985 году случился прорыв в большом кино. Студия Industrial Light & Magic заказала команде персонажа для фильма «Молодой Шерлок Холмс» — оживающего витражного рыцаря. Это был первый в истории CGI-персонаж в полнометражном игровом фильме.
Смит, понимая, что Лукас вполне может распустить команду, предложил Катмуллу создать свою компанию. Так два энтузиаста, никогда не державших в руках никаких бизнес-планов, начали путь, который привел их к Стиву Джобсу — и самому неожиданному повороту в истории анимации.
Тридцать пять отказов
У них уже был козырь в рукаве — прототип специализированного «суперкомпьютера» Pixar Image Computer. На его основе они и выстроили стратегию — продавать аппаратное обеспечение, а вырученные деньги направлять на поддержку небольшой творческой ячейки внутри компании. Пять лет — столько, по их расчетам, требовалось, чтобы вычислительная мощность стала доступной для полнометражного цифрового кино.
Но прежде чем идти к инвесторам, нужно было убедить остальных 38 членов команды. Для этого они сформулировали главный принцип новой компании: каждый, независимо от должности — программист, художник или инженер — получал долю в бизнесе.
Первым делом Катмулл и Смит обратились к венчурным фондам. Тридцать пять встреч и тридцать пять отказов. Инвесторы не видели в них стартап — слишком много людей, слишком мало прибыли, слишком странная идея. Тогда они сменили тактику и начали искать стратегического партнера среди корпораций. Из десяти переговоров восемь закончились отказом. Но пара из них прошла успешно: General Motors заинтересовалась разработкой цифровых 3D-прототипов автомобилей, Philips — технологией визуализации, позволяющей получать трехмерные изображения человеческого тела на основе компьютерной томографии. К сожалению, сделке так и не суждено было состояться.
Уже отчаявшиеся Катмулл и Смит решили обратиться к Джобсу. Незадолго до этого он уже предлагал выкупить их у Лукаса и управлять компанией собственноручно. Однако его предложение в $7-14 млн Лукас попросту проигнорировал — GM и Филипс сулили вдвое больше.
После срыва сделки с GM и Philips Катмулл и Смит попросили Джобса повторить свое предложение — и Лукас согласился. Именно так 3 февраля 1986 года официально родилась компания Pixar.
Жемчужины Pixar
Изначально Джобс планировал, что Pixar будет заниматься выпуском компьютеров и программного обеспечения для анимации, а мультфильмы рассматривал исключительно как побочный продукт для демонстрации возможностей техники. В то же время сама команда Pixar, балансируя на грани выживания, через эти короткометражки поддерживала веру в «Тот самый фильм».
Каждая из этих работ представляла собой постоянное совершенствование базовых внутренних технологий. Например, в «Люксо-младший» впервые использованы подвижные объекты, которые создавали собственные тени от нескольких источников света. Веломагазин в «Звезде цирка» — самая слож��ая 3D-сцена, когда-либо отрендеренная на тот момент. «Оловянная игрушка» впервые показала органику — младенца с морщинками на коже, дрожанием губ, непредсказуемыми движениями.
Технологиями Pixar сильно заинтересовались в Disney. Стремясь найти более эффективные способы создания анимации, компания заключила с Pixar контракт на покупку специализированных компьютеров и ПО, разработанное еще в эпоху NYIT в рамках проекта CAPS (Computer Animation Production System). Это позволило перевести наиболее трудоемкие этапы традиционной 2D-анимации — обводку и раскрашивание — на автоматизированный метод.
Впоследствии на базе CAPS было создано 18 полнометражных фильмов Disney — от «Русалочки», где с ее помощью сделали всего одну сцену, до «Спасателей в Австралии», полностью нарисованном с помощью этого решения.
Но главным прорывом Pixar стал RenderMan.
К 1988 году система рендеринга под кодовым названием Reyes уже давно вышла за рамки эксперимента и успела успешно продемонстрировать себя в десятках проектов от короткометражек до большого кино.
С приходом в Pixar пионера компьютерной графики Патрика Ханрахана команда решилась на пивот и заменила закрытый интерфейс Reyes на универсальный стандарт, независимый от «железа» и совместимый с любым программным обеспечением, способным описать сцену.
Именно тогда Reyes смог не только выйти за рамки Pixar, но и обрести новое имя. В разговоре о будущем рендеринга Ханрахан заметил, что мечтает о программе, «настолько маленькой, что поместится в кармане — как Sony Walkman». Кто-то в комнате парировал: «Тогда назовем ее RenderMan».
Конец эпохи
RenderMan мгновенно стал промышленным стандартом. Но сама Pixar в тот момент продолжала упрямо цепляться за идею «железа». И как производитель аппаратного обеспечения она, мягко говоря, успехов достичь не смогла.
Пять лет подряд — с 1986 по 1991-й — студия находилась в жестком финансовом кризисе. Любой другой инвестор давно бы свернул проект. Но Стив, только что покинувший Apple, не мог допустить второго позора подряд и продолжал финансировать Pixar. Вот только с каждым актом финансирования доля сотрудников в компании уменьшалась, а 6 марта 1991 года Pixar стала его личной собственностью на все 100%.
Но даже это не решило проблему. Pixar продолжала терять деньги. Попытки заработать проваливались одна за другой. Стив даже рассматривал идею влить студию в NeXT, но его партнеры согласия на это не дали.
И тогда на помощь пришел… закон Мура. Вычислительная мощность, наконец, стала достаточно дешевой, чтобы полнометражный цифровой фильм перестал быть фантастикой. Так родилась «История игрушек». Это был «Тот самый фильм».
Пока Катмулл закрывал сделку с Диснеем, в компании происходило нечто иное. Элви Рэй Смит — сооснователь, один из четырех из команды NYIT, человек, который в 1985 году сказал Катмуллу «давай создадим компанию» — принял решение уйти. Поводом стал эпизод, вошедший в историю как «инцидент с доской».
Во время особенно жаркой встречи Джобс, как обычно, перешел в режим босса. Смит, уставший быть словесной боксерской грушей, потянулся к маркеру и попытался написать что-то на доске Стива. Но на доске Стива Джобса не мог писать никто, кроме самого Стива Джобса.
— Ты не можешь этого сделать! — взревел Джобс.
— Разве я не могу писать на твоей доске? Чушь! — ответил ему Смит.
Для свидетелей это было похоже на столкновение Годзиллы и Кинг-Конга — только с меньшим количеством разрушенных зданий и куда большим числом ушибленных эго.
Для Смита это стало последней каплей. «Я должен был уйти. Я должен был убрать Стива Джобса из своей жизни», — вспоминал он.
В течение следующих нескольких лет Pixar усердно работала над «Историей игрушек», и, наконец, в 1995 году «Тот самый фильм» смог выйти на большой экран, став для компании концом эпохи. Эпохи провалов «аппаратного бизнеса» Pixar и выживания на чеках Джобса.
К 2001 году студия выпустила еще три хита — «Приключения Флика», «История игрушек 2», «Корпорация монстров». А RenderMan, вышедший в 1988 году как открытый стандарт, а к 2022 году успел поучаствовать в создании 500+ фильмов.
В декабре 2023 на территории кампуса Pixar была установлена мемориальная доска, увековечивающая RenderMan как ПО, совершившее настоящую революцию в мире компьютерной графики, 3D-анимации и визуальных эффектов.
