آشنایی با نرم افزار Endorphin بدل‌های مجازی در سینما

بدل‌های مجازی در سینما - با نگاهی به جلوه‌های ویژه فیلم Troy

اشاره :

وقتی صحنه‌های نبرد بین یونانیان و سربازان تروآ را در فیلم ‌Troy مشاهده می‌کنیم، حتی به ذهنمان هم خطور نمی‌کند که بخش بزرگی از این سپاهیان جنگاور، چیزی جز بدل‌های مجازی نیستند که پا به ‌پای سیاهی‌ لشکرهای واقعی فیلم مشغول نبرد هستند. ظاهراً کم‌کم باید آماده شویم تا شاهد جولان هر چه بیشتر این هنرپیشه‌های تازه وارد بر پرده نقره‌ای باشیم. شاید زمانی که استفاده از فناوری در سه‌گانه ارباب‌حلقه‌ها برای تولید سپاهیان بی‌شمار انسان‌ها و اورک‌ها، جایزه اسکار را برای طراحان این موجودات به ارمغان آورد، جای پای این سیاهی لشکرها در عرصه سینما محکم‌تر از قبل شد. به‌طوری‌که بعد از آن و همین‌طور بعد از Troy، شاهد نبرد سپاهان دیجیتالی در سایر فیلم‌های سینمایی نیز بودیم. در این مقاله به‌طور مختصر به نحوه استفاده از سیاهی لشکرهای مجازی در ساخت فیلم می پردازیم. پس از معرفی یکی از جدیدترین فناوری‌های ساخت بدل مجازی (virtual stuntmen) تحت‌عنوان ‌‌ACT، به فیلم‌ ‌Troy به‌عنوان مثالی از به‌کارگیری سیاهی لشکرهای مجازی در یک فیلم خواهیم پرداخت. لازم به‌ذکر است که در این مقاله جلوه‌های ویژه فیلم ‌Troy به‌طور کامل بررسی نخواهد شد و فقط به بخشی از آن که مربوط به استفاده از سیاهی‌لشکرهای مجازی است پرداخته می‌شود.

بدل حقیقی یا مجازی، مسئله این است

استفاده از بدل‌ها و سیاهی لشکرها در فیلم‌های سینمایی چیز جدیدی نیست و همواره در بسیاری از فیلم‌ها شاهد حضور انبوه سیاهی لشکرهایی بوده‌ایم که حتی در برخی موارد به‌یادماندنی‌ترین صحنه‌های تاریخ سینما را هم رقم زده‌اند. ولی مشکلاتی در استفاده از بدل‌ها و سیاهی لشکرها وجود دارد و این مطلب در ساخت فیلم‌های تاریخی و حماسی و به‌ویژه در جایی که فیلمساز باید صحنه‌های پرتحرک و پر زد و خورد و گاهی خشونت‌باری را به‌تصویر بکشد، بیشتر خود را نشان می‌دهد.

در این‌گونه موارد علاوه بر مشکلاتی که در هماهنگ کردن و کنترل سیاهی لشکرها وجود دارد، حفظ سلامت آن‌ها نیز مهم است. مجموعه این مشکلات سبب می‌شود که معمولاً این صحنه‌ها آن‌طوری که سازنده می‌خواهد از آب در نیاید و بیش از حد، مصنوعی جلوه کند. البته مدتی است که کامپیوتر به کمک آمده‌است و در طراحی صحنه‌های پرتحرک و شلوغ فیلمسازان را یاری می‌دهد. اما هنوز هم نبردهایی که به‌طور دیجیتال ساخته می‌شوند رضایت بخش نیستند و تصنعی به‌نظر می‌رسند.

استفاده از فناوری برای به‌تصویر کشیدن صحنه‌های پرازدحام و شلوغ، چیز جدیدی نیست. به‌طور مثال در دهه 1920 فیلمبردارها با استفاده از لنزهای ویژه‌ای این حالت‌ها را ایجاد می‌کردند. رویه استفاده از تکنیک‌های کامپیوتری در ساخت هنرپیشه‌ها و بدل‌ها برای جایگزینی با هنرپیشه‌ها و بدل‌هایی که مجبورند کارهایی خطرناک یا غیرممکن انجام دهند، زمان زیادی است که به‌عنوان بهترین و به‌صرفه‌ترین انتخاب دنبال می‌شود. روش‌هایی مانند ‌‌motion capture، متحرک‌سازی فریم به فریم و حتی استفاده از بانک‌های عظیم اطلاعاتی برای تعریف حرکات و خصوصیات یک کاراکتر از جمله این تکنیک‌ها هستند. ولی در تمامی این روش‌ها ما نیازمند پیش‌بینی کلیه حرکاتی هستیم که یک کاراکتر در یک صحنه ممکن است انجام دهد و این علاوه‌بر پیچیده کردن روند تولید، غالباً نتیجه مناسبی به‌دنبال نخواهد داشت.

به‌علاوه، در این‌گونه تکنیک‌ها محدودیت‌های دیگری هم وجود دارد. به‌طور مثال در روش ‌‌motion capture، ما نمی‌توانیم به بدل‌ها ضربه‌های خیلی محکم وارد کنیم؛ یعنی چیزی که در صحنه‌های اکشن بسیار اتفاق می‌افتد و موردنیاز است. در صحنه‌های اکشن لازم است که بدل واکنش مناسبی به ضربات نشان دهد و این واکنش باید به اندازه کافی باورپذیر باشد. چیزی که با استفاده از نیروی انسانی نمی‌توان به آن دست یافت. کافی است نبردهایی در ابعاد نبردهای افسانه‌ای تروآ را مجسم کنید تا پیچیدگی کار را درک کنید؛ نبردهایی که نه می‌توان آن‌ها را با تکیه کامل بر بدل‌های انسانی ساخت و نه استفاده از تلفیق حرکات انسانی و تکنیک‌های کامپیوتری مثل ‌‌motioncapture و استفاده از بانک‌های اطلاعاتی یا انیمیشن‌سازی فریم به فریم می تواند به‌خوبی جوابگو باشد.

اما شرکت ‌‌Natural motion راهی برای ساخت این‌گونه صحنه‌ها و کاهش پروسه تولید یافته‌است که به سازندگان اجازه می‌دهد از آن برای ساخت بدلکار و سیاهی لشکر برای صحنه‌هایی که انجام آن‌ها برای انسان غیرممکن یا به‌طور بالقوه دارای خطر بالایی است استفاده کنند. این روش در چند مورد استفاده شده که بهترین نمونه آن فیلم سینمایی ‌Tory است. در این روش صحنه‌های نبرد با استفاده از بدل‌های مجازی پیاده‌سازی می‌شوند. البته بدل‌های مجازی پیش از این هم در ساخت فیلم استفاده شده‌اند که معروف‌ترین نمونه آن سه‌گانه ارباب حلقه‌هاست. ولی بدل‌های مجازی استفاده شده در ‌Troy با نوع به‌کار رفته در ارباب حلقه‌ها تفاوتی اساسی دارند؛ زیرا این بدل‌ها دارای هوش مصنوعی هستند.‌

این فناوری، پروسه ساخت فیلم را به‌طور چشمگیری کوتاه می کند و بر واقعی‌تر جلوه کردن آن کمک شایانی‌می‌نماید. نرم‌افزاری که این شرکت برای این منظور ارائه داده‌است، ‌Endorphin نام دارد که در بخش جانورشناسی دانشگاه آکسفورد ساخته و پرداخته شده است. این برنامه هوشمند با استفاده از فناوری ‌‌ACTکاراکترهایی مجازی‌ای را پدید می‌آورد که کاملاً مشابه انسان‌های واقعی به محیط واکنش نشان می‌دهند. برخلاف بیشتر کاراکترهای کامپیوتری که وابسته به یک پایگاه داده ثابت می‌باشند (برای نمونه بدل‌های استفاده شده در ارباب حلقه‌ها)، کاراکترهایی که ‌‌Endorphin پدید می‌آورد، به‌طور مستقل حرکت می‌کنند، محیط اطراف خود را حس می کنند و به آن واکنش نشان می‌دهند؛ همان‌طور که یک انسان این‌کار را می‌کند.‌

فناوری ACT

‌فرایندی که بدل‌های مصنوعی را قادر به حرکت و فکر کردن می کند،‌‌ Active Character Technology) ACT) نام دارد. این فناوری بر پایه شبیه‌سازی هوش‌انسان، بدن و سیستم عصبی استوار است. پارامترهای مورد استفاده در فناوری ‌‌ACT مثل وزن، ابعاد ‌اندام‌ها و محدوده اتصالات، بر پایه داده‌ها و مشخصات واقعی آناتومی و فیزیک بدن انسان استوار است که از راه‌های گوناگونی جمع‌آوری شده است. در این فناوری به بدل‌های مجازی می‌آموزند که چگونه با استفاده از تکامل مصنوعی (‌artificial evoution) حرکت کنند، واکنش نشان دهند و ذخیره دانش خود را افزایش دهند.

مدل ماهیچه‌های هر کاراکتر خصوصیاتی مشابه ماهیچه‌های واقعی انسان دارند و اطلاعات برنامه‌ریزی شده در سیستم عصبی هوش مصنوعی پالس‌های کوتاهی به ماهیچه‌های بدن می‌فرستد و بدین ترتیب انجام‌دادن حرکاتی مثل حفظ تعادل یا پرش را میسر می سازد.

واکنش‌های هر یک از کاراکترها، مجموعه‌ای از واکنش‌های واقع‌گرایانه را سبب می‌شود، برای مثال، شبکه‌های عصبی ‌Self preservation، سربازان شبیه‌سازی شده فیلم‌ Troy ‌را قادر می‌سازند به ضرباتی که از طرف حریفشان وارد می شود پاسخ مناسب نشان دهند؛ مثلاً با سپر از خود دفاع کنند یا تعادل خود را حفظ نمایند.

‌Endorphin دقیقاً چه‌کار می کند؟

نرم‌افزار ‌Endorphin با استفاده از فناوری ‌ACT، با در هم آمیختن اصول و هوش مصنوعی به طراحی کاراکترهای‌‌ سه بعدی می‌پردازد که به معنای واقعی کلمه با هوشند و قادرند حرکات بشری را شبیه‌سازی کنند. آن‌ها یاد می‌گیرند راه بروند، لگد بزنند، تکل بروند و احیاناً به زمین بخورند ... . کاراکترهایی که به این روش ساخته می شوند، می‌توانند یاد بگیرند، خود را با محیط تطبیق‌دهند و تکامل پیدا کنند.

مراحل ساخت بدل‌های مجازی به‌صورت یک سیر تکامل مصنوعی آغاز می‌شود. در ابتدا به کاراکترها آموزش داده می‌شود که رفتارهای ویژه‌ای مثل راه رفتن یا مانند آن را انجام دهند. کار با انتخاب تصادفی چند کاراکتر آغاز می شود و مثلاً آن‌ها شروع به راه رفتن می‌کنند.

هر چند در این مرحله هیچ‌کدام به‌درستی راه نمی روند، اما آن‌هایی که کم‌ترین خطا را حین راه‌رفتن داشته‌اند انتخاب می‌شوند و به آن‌ها اجازه تکثیر ‌(‌offspring) داده‌می‌شود. این عمل انتخاب بارها روی جمعیت موردنظر تکرارمی‌شود تا در آخر به کاراکترهای شبه انسانی برسیم که با کمترین اشتباه راه می‌روند.

کاربران این نرم‌افزار، مجبور نیستند سیستم هوش مصنوعی آن را برنامه ریزی کنند. تنها کاری که آن‌ها باید انجام دهند، دادن دستورات به برنامه است؛ درست مثل دستوراتی که یک کارگردان به بازیگر می دهد. کاربر باید پارامترهایی نظیر جهت و اندازه نیرو و آن قسمت از بدن که این نیرو باید بر آن اعمال شود را مشخص نماید و برنامه بر اساس این ورودی‌ها، شبیه سازی را انجام می دهد.

همان‌طور که گفته شد، کاراکترها در فناوری ‌ACT، برخلاف روش‌های معمول، از پیش متحرک‌سازی نمی‌شوند. ‌‌torsten reil، مدیر اجرایی شرکت ‌Natural motion دراین باره می گوید: آن‌ها به محیط اطرافشان به‌طور باورپذیری واکنش نشان می دهند؛ بدون نیاز به این‌که یک متحرک ساز مجبور باشد تمام آنچه ممکن است اتفاق بیفتد را پیش بینی و شبیه سازی نماید.

او می‌افزاید: استفاده از فناوری ‌‌ACT باعث صرفه‌جویی در زمان و بودجه ساخت و توسعه بازی‌های کامپیوتری خواهد شد و اجازه انجام‌دادن یک بازی تعاملی (interactive) را به بهترین نحو ممکن به کاربر می‌دهد.‌

تروی دیجیتالی، یک مثال

در افسانه تروآ با یک حماسه عظیم روبه‌رو هستیم که برای به‌تصویر درآوردن آن دشواری‌هایی وجود دارد. غیر از مشکلاتی که برای به‌تصویر کشیدن اجزای بصری داستان مانند قصرها، شهرها، انسان‌ها، لباس‌ها و ... بر سر راه ساخت آن وجود داشت، بزرگ‌ترین چالش پیش روی سازندگان فیلم، مطمئناً ساخت صحنه‌های عظیم نبرد بوده است.

قبلاً هم در سه‌گانه ارباب حلقه‌ها، شاهد نبردهای مجازی بوده‌ایم؛ صحنه‌هایی که در آن با استفاده از تکنیک‌های دیجیتالی، لشکریان پرتعداد انسان‌ها و ارک (‌orc)ها در مقابل هم صف آرایی کرده بودند. اما در فیلم ‌Troy ما صرفاً نیازمند صحنه‌های شلوغ و پرازدحام نیستیم، بلکه تک‌تک افراد در این صحنه‌ها باید باورپذیر باشند و حرکات و رفتارشان بیننده را متقاعد کند که در حال دیدن نبرد تروآ است و نه مثلاً یک بازی دیجیتالی.

در فیلم ‌Troy از بدل های مجازی به وفور استفاده شده است که همپای هنرپیشه‌های واقعی به نقش آفرینی می پردازند و در کنار سیاهی لشکرهای واقعی فیلم مبارزه می کنند، می‌کشند و کشته می شوند.‌وظیفه ساخت جلوه های ویژه فیلم بر عهده دو شرکت ‌‌‌The movie picture company و ‌‌Framestore CFC بوده است. ساخت صحنه‌هایی مانند هجوم کشتی‌هایی یونانی به ساحل تروآ ، ورود سربازان به خشکی و اردو زدن آن‌ها و همین‌طور بازگشت آن‌ها به دریا بر عهده شرکت ‌Framestore CFC بوده است.



لازم به‌ذکر است که، از کل کشتی‌هایی که به ساحل تروآ حمله می‌کنند، فقط دو عدد از آن‌ها حقیقی و کامل هستند و بقیه به‌طور دیجیتالی طراحی شده‌اند. شرکت ‌the Movie Picture Company)‌‌ ‌MPC) هم ساخت صحنه های نبرد را بر عهده داشته است. در فیلم ‌Troy بین دویست تا هزار سیاهی لشکر و بدل استفاده شده و حدود صدو پنجاه هزار سرباز دیجیتالی با نرم‌افزار اختصاصی شرکت ‌‌MPC با نام ‌ALICE که برای شبیه‌سازی صحنه‌های پر ازدحام از آن استفاده می‌شود به شات‌ها اضافه شده‌اند.‌‌

‌MPC برای ساخت سپاهیان دیجیتالی دقیقاً از نرم افزار ‌‌Endorphin شرکت ‌‌Natural motion استفاده نکرده است، بلکه از فناوری به‌کار رفته در آن ‌(‌ACT) برای تقویت سیستم هوش مصنوعی نرم‌افزار اختصاصی خود،‌ ‌ALICE بهره برده است.

سپاهیان دیجیتالی

‌MPC برای ساخت فیلم ‌Troy، نرم‌افزار ویژه هوش مصنوعی ‌‌ALICE را که برای شبیه‌سازی مغز هر سرباز از آن استفاده می‌شد، توسعه داد. این سیستم یک شبکه از گره (‌node)ها است که هر گره در واقع یک حسگر و یا یک قانون (‌rule) محسوب می‌شود. حسگرها به یک عامل ‌(‌Agent) اجازه می‌دهند اطلاعات محیط اطراف خود را دریافت کند. به‌عنوان‌مثال یک سرباز می‌تواند سربازهای دیگر را تشخیص دهد یا وضعیت زمینی که روی آن ایستاده است را درک کند.

حسگرها می‌توانند بصری، شنیداری یا از هر نوع دیگری باشند. وقتی از حسگری استفاده می‌کنیم، قوانینی را برای آن در نظر می‌گیریم، برای مثال اگر نمی‌خواهیم سربازان خیلی نزدیک به‌هم بایستند، قانونی به‌منظور حرکت، از هم فاصله‌گرفتن و جاگیری مناسب آن‌ها وضع می کنیم. با استفاده از این قوانین می‌توانیم به‌دقت جزئیات را شرح دهیم. ولی برای یک شبیه‌سازی متقاعدکننده به‌شمار بسیار زیادی از قواعد و حسگرها نیازمندیم که نهایتاً روند شبیه‌سازی را کند خواهد کرد.

سازندگان فیلم دریافتند که در بسیاری از صحنه‌های فیلم نیازی به این پیچیدگی نیست. در حقیقت بسیاری از صحنه‌ها، مربوط به یورش سربازان بود و احتیاج به قوانینی بود که از برخورد سربازان با هم جلوگیری به‌عمل آید.‌

در واقع روند کلی کار بدین‌ترتیب است: در ابتدا حرکات کلی کاراکتر تعریف می‌شود. مرحله بعد استفاده از داده‌های ‌ ‌Motion capture است و در نهایت کاراکترهایی کامل خواهیم داشت. این بخش کاملاً مجزا از سیستم شبیه‌سازی جمعیت بود که ‌Motion Library Editore‌) MLE) نامیده می شود و سازندگان فیلم به آن ‌‌EMILY می گویند.

ایده اصلی ‌EMILY منحصر به‌فرد است و پیش از این در شبیه‌سازی صحنه‌های پرازدحام از آن استفاده نشده بود. البته ایده اصلی این روش متعلق به ‌MPC نیست. اما این شرکت از روش‌هایی برای تکمیل آن استفاده کرده‌است. در حقیقت کسی که این راهکار را ابداع کرده معتقد بوده‌است که این روش در یک محیط شبیه‌سازی شده شلوغ هرگز عمل نخواهد کرد. ولی در ‌‌Troy مشخص شد که این عقیده درست نبوده است.

اساس این ایده بدین صورت است که مقادیر دلخواهی از داده‌های ‌‌Motion capture را که شامل تعداد زیادی از حرکات و اعمال است جمع‌آوری می‌کنیم. سپس ‌‌EMILY این داده‌ها را به کلیپ‌های کوتاهی به‌طول هشت تا دوازده فریم تقسیم و طبقه‌بندی می کند. با در اختیار داشتن هزاران کلیپ از این نوع ، نرم افزار با توجه به کلیت یک کلیپ خاص و یک حرکت ویژه، به مقایسه آن با دیگر کلیپ‌ها می‌پردازد و در نهایت تصمیم می‌گیرد که کدام کلیپ‌ها می‌توانند با یکدیگر ترکیب شوند. زمانی‌که کلیپ‌های موردنظر تعیین شدند، سیستم به‌طور خودکار عمل ترکیب کردن کلیپ‌ها را انجام می‌دهد و نتیجه را ذخیره می کند.

سیستم هوش مصنوعی ‌ALICE، مسیری که هر کاراکتر خواهد پیمود را تعریف می‌کند. برای مثال مسیر A ،‌B و‌ ‌C. نرم افزار ‌‌‌ALICE با استفاده از ‌EMILY، به‌طور خودکار تصمیم می‌گیرد که کدام‌یک از کلیپ‌ها برای ساخت حرکات سربازان مناسب است و بدین طریق از کتابخانه ‌‌EMILY استفاده می نماید.