[FX] Pixar và kỹ thuật tạo mái tóc xù ‘kỳ công’ trong Brave (P.1)

Đối với Brave, nhóm nghiên cứu tại Pixar đã đề cập đến một anh hùng – hay cụ thể hơn là một nữ anh hùng – người xuất hiện trên màn hình trong hầu như toàn bộ mọi phân cảnh, đồng thời cũng là người cần phải có mái tóc thật hoang dã mà vẫn tuyệt đẹp. Phòng mô phỏng phải phát triển kỹ thuật và phương pháp tiếp cận không chỉ thực hiện được trên một phân cảnh trailer thủ công, mà còn là thứ có thể sử dụng cho hầu hết các phân cảnh “phi thường, hùng vĩ” khác, hay nói cách khác, bộ phim chỉ đơn giản là không bao giờ tạo ra thời hạn cho chính nó. Và hôm nay, RGB.vn sẽ cùng các bạn khám phá cách mà những nghệ sĩ của Pixar tạo nên những hình ảnh tuyệt đẹp trong Brave, xem ngay nào!


Mái tóc của công chúa Merida thực sự rất rất dài

Nếu những lọn tóc xoăn được đem duỗi thẳng ra, thì mái tóc của Merida sẽ dài tới 129,92 cm, trong khi công chúa lại chỉ cao khoảng 163 cm.

Mái tóc của công chúa Merida gần như là một quá trình kéo dài đến ba năm mới đạt đến mức độ phù hợp. Trước đó, tóc tai của các nhân vật trong bom tấn The Incredibles – Gia Đình Siêu Nhân đều rất chau chuốt, mượt mà, nhưng việc mô phỏng tóc hay lông mao cho nhân vật lần này lại cần thực hiện sao cho vừa đem tới vẻ ngoài thật lộn xộn, dữ dội và không thể đoán trước, đồng thời vừa thu hút, mềm rũ đẹp mắt cùng thể loại animation.

Hệ thống mô phỏng tóc trước đây được Pixar sử dụng đã trải qua một cuộc ‘đại tu’ lớn bởi:
– Mái tóc của Merida đòi hỏi nhiều va chạm giữa các sợi tóc (rất mềm mượt) với nhau so với bất kỳ thứ gì Pixar từng thực hiện trước đây.
– Chính bản thân những lọn tóc xoăn cũng là một vấn đề đối với điểm nhìn mô phỏng.

Khối lượng và trọng lượng là hai thuật ngữ phổ biến nhưng thường bị hiểu nhầm. Mối quan hệ cơ bản giữa khối lượng và trọng lượng được xác định bằng Định Luật thứ hai của Newton như sau:
F = m . a
Trong đó: F = lực (N), m = khối lượng (kg), a = gia tốc (m/s2).
Khối lượng là thước đo tổng số lượng vật chất trong một đối tượng nào đó. Khối lượng không thay đổi theo vị trí hoặc chuyển động của đối tượng. Khối lượng là thuộc tính cơ bản của tổng lượng vật chất trong đối tượng. Trọng lượng là lực hấp dẫn tác động lên khối lượng của đối tượng.
Lực này tương tác qua lại với độ cứng của ‘lò xo’ trong mái tóc kĩ thuật số.

Mái tóc được mô hình hóa bằng cách sử dụng một loạt khối lượng và lò xo (lò xo liên kết với khối lượng điểm). Nhưng mái tóc xoăn lại hoạt động theo cách rất mâu thuẫn: những lọn tóc xoăn thường khá cứng, do đó lò xo cũng phải cứng theo, trong khi sự chuyển động của tóc lại đòi hỏi khả năng mềm rũ vô cùng đã xung đột với thuộc tính cứng nhắc nêu trên. Nếu ‘lò xo’ quá mềm, mái tóc sẽ bị duỗi hết ra, còn nếu lò xo tóc quá cứng, mái tóc của công chúa sẽ không thể chuyển động một cách chân thực được. Điều này kết hợp với vấn đề va chạm cắt nhau của tóc – đồng thời vẫn phải theo kịp lộ trình sản xuất – đã khiến việc mô phỏng mái tóc trong bom tấn Brave trở nên cực kỳ phức tạp.

Pixar đã phát triển và phát hành nội bộ một thiết bị mô phỏng mới được lập trình đa tuyến. Code mới thực hiện tính toán trước khi đưa mái tóc tới thiết bị mô phỏng nhằm xác định xem những sợi tóc khác sẽ liên quan như thế nào. Điều này có nghĩa, một búi tóc sẽ được xử lý toàn bộ như một nhóm chung, và việc mô phỏng Mái Tóc có thể được lập trình đa tuyến. Trong một cảnh phim, Merida hất nhẹ mái tóc của mình từ bên này sang bên kia gương mặt, nhưng ngay cả những thay đổi khá lớn về không gian với cấp độ cao như vậy cũng vẫn được điều chỉnh hoàn toàn tự động.

Để xử lý các lọn tóc xoăn, Pixar sử dụng một sợi hoặc một đường cong lõi chạy xuyên qua trung tâm lọn tóc xoăn chính. Những sợi tóc cơ bản gọi là trục B sau đó được dùng để thêm dáng cho phần tóc còn lại. Vì thế Merida có đến 1.500 sợi tóc cong được định vị bằng tay giúp thêm vào 111.000 sợi tóc cong khác. Mái tóc của Merida được mô phỏng khoảng 20 đến 30 giây mỗi ảnh.


Mái tóc giống như của Merida – nếu có thật – thì sẽ có khối lượng và trọng lượng thực tế rất lớn. ‘Trong quá trình hoàn tác mái tóc cho cô bé,’ Claudia Chung – chuyên viên giám sát mô phỏng của Pixar phát biểu, ‘có một điều mà chúng tôi chú ý là ý tưởng về trọng lượng của tóc xoăn không hề tuân theo quy tắc logic. Nếu bạn lấy một sợi tóc xoăn và thêm vật nặng vào nó, rồi sau đó bạn lại lấy một sợi tóc thẳng và cũng thêm vật nặng vào, với cùng một mức trọng lượng nhưng các mỗi sợi tóc phản ứng lại lực hấp dẫn hoàn toàn khác nhau.’ Mái tóc của Merida đòi hỏi phải duỗi thẳng ra do trọng lượng của chính nó, do đó nhóm mô phỏng cố gắng làm khối lượng tóc nhẹ bớt đi, nhưng lúc đó mái tóc lại trở nên bồng bềnh ‘gần giống như khi tóc đang ở dưới nước. Do đó, không phải khối lượng cần phải thay đổi, mà chính là lực hấp dẫn.’ Từ đây, nhóm quyết định sử dụng một hệ số lực hấp dẫn gần giống như giữa mặt trăng với trái đất.


Trên thực tế, mái tóc xoăn có một cấu trúc hỗ trợ mà trong đó lọn tóc xoăn này tự mình hỗ trợ cho lọn tóc xoăn kia. Một sợi tóc không chỉ cần tương tác với những sợi tóc khác, mà nó phải cộng hưởng với cả trang phục của nhân vật – chẳng hạn như mũ trùm đầu, gió, nước/mưa, gương mặt và đầu nhân vật khác – khi trong một số cảnh có tóc hoặc lông của nhiều người va chạm với nhau, như trường hợp lông Angus(chú ngựa của Merida) chạm nhẹ vào tóc công chúa.

Để tăng thêm tính phức tạp cho mặt hình thể nhân vật trong Brave, mái tóc của Merida và nhiều nhân vật khác như Angus, phải trông thật tự nhiên ngay cả khi nhân vật di chuyển nhanh hoặc phi thực. Một số nhân vật có cách chuyển động cực kỳ cường điệu cho hiệu ứng hoạt hình và sáng tạo, nhưng sản phẩm mô phỏng sẽ trông chẳng thực tế chút nào nếu chúng thừa hưởng trọn vẹn lối di chuyển này. Do đó nhóm phải lồng ghép hình thể nhân vật giữa những chuyển động trên màn hình với sự mô phỏng.


Làm Tóc

Để tạo kiểu cho mái tóc của Merida – một mái tóc khá lớn cả về kích thước những lọn tóc xoăn lẫn tính tương quan giữa trọng lượng và khối lượng, một dụng cụ tạo kiểu đã được tạo ra cho việc mô phỏng tóc. ‘Điều mà người nghệ sĩ phát hiện ra là cô không thể theo kịp với chỉ đạo nghệ thuật,’ Chung nói. ‘Lena Petrovic thường làm việc bên cạnh các giám đốc chỉ đạo nghệ thuật, nhưng cô không thể theo kịp, vì thế cô nghĩ mình cần phải có một cách nào đó nhanh chóng hơn nhằm làm xoăn các đường cong, cô ấy nghĩ về điều đó rồi nhận ra rằng, ‘Mình làm việc này ở nhà như thế nào nhỉ? Mình dùng máy uốn tóc!’ Thế là cô tiến hành thực hiện một cái máy uốn tóc trên máy tính, điều cực kỳ thú vị là chế cái máy ấy khá đơn giản, đơn giản đến mức tầm thường. Bạn chỉ cần giao cho nó thông số về đường kính và chiều dài, máy tính sẽ lập tức tạo ra một lọn tóc xoăn, có được lọn tóc xoăn đó rồi, cô ấy có thể tinh chỉnh để làm nó mang tính cách của nhân vật hơn – đó là Merida.’

Tại sao tóc lại xoăn?

Tóc xoăn chính là do cách thức nó mọc ra. Tóc xoăn thường giống như một dải dài, trong khi tóc thẳng  lại dạng ống.
Số lọn tóc xoăn tùy thuộc vào số lượng liên kết disulfide giữa protein tóc được tìm thấy trong sợi tóc. Số lượng liên kết càng lớn, sợi tóc càng xoăn.
Tóc chủ yếu gồm các thành phần là chất sừng (keratin), protein phát triển từ nang tóc. Các tế bào trong nang tóc tạo ra chất sừng và nhiều loại protein khác. Những protein này chứa nguyên tử lưu huỳnh, khi hai trong số các nguyên tử lưu huỳnh này ‘kết đôi’, một liên kết disulfide được hình thành. Nếu hai nguyên tử lưu huỳnh xuất phát từ cùng một protein, đồng thời giữ nguyên khoảng cách khi chúng liên kết lại với nhau (nhằm tạo thành cầu nối dissulfide), protein này sẽ bị cong đi.
Nước và nhiệt độ ảnh hưởng đến tóc bằng cách tác động lên các cầu nối disulfide này.

Một trong những vấn đề của tóc xoăn chính là khối lượng. Nhóm mô phỏng không thể ‘chải’ tóc theo cách người xem vẫn thấy trên phim, vì thế giải pháp đưa ra là thực hiện ‘theo cách rời rạc, giống như Merida đưa ngón tay vào đui đèn vậy,’ Chung nói thêm. ‘Theo cách này, mỗi lọn tóc xoăn sẽ tự đứng được.’ Sau đó, các nghệ sĩ chỉ cần áp dụng kỹ thuật mô phỏng vào mà thôi.

Trên thực tế, Pixar đã đạt mục tiêu sản xuất về tiến độ làm việc đã gần như ‘vượt qua giới hạn’, với khoảng 20% các phân cảnh trong bộ phim thực sự phải nói rằng: ‘điều chúng tôi vượt khỏi kỹ thuật mô phỏng hóa chính là mái tóc Merida mà bạn thấy, rất nhiều phân cảnh trong đó công việc duy nhất chúng tôi phải làm là sửa những sợi tóc lạc lối (như bị bay đi), điều đó lại rất đơn giản, chẳng cần phải chạm tới động lực học,’ Chung giải thích.

Pixar sắp phát hành RPS 17, nhưng trong bộ phim này nhóm nghiên cứu của Pixar đã sử dụng RPS 16 để thực hiện render. Có một ‘yếu tố che lấp mới giúp nó trở nên sâu và phức tạp hơn,’ Chung nói, nhưng mái tóc được thực hiện thông qua việc sử dụng Deep shadows. Một phương pháp tiếp cận tiên phong cách đây mười năm, Deep shadows (Lokovic, Veach) rất quan trọng vì nó cung cấp những bóng mờ trên mái tóc rất trọng yếu đối với quan điểm hiện thực, thậm chí ngày nay nếu không có Deep shadows, những bóng mờ thực sự trên tóc xuất hiện rất thô ráp và không thực tế chút nào trên các đối tượng vai phụ. Deep shadow maps cũng đồng thời đem lại dáng vẻ chính xác cho những bóng mờ khi các lọn tóc xoăn chuyển động nhanh.


Trong khi mỗi sợi tóc có thể được render khá dễ dàng, đồng thời thuộc tính của nó cũng rất dễ render chính xác, những hiệu ứng hỗn hợp cho khối tóc lại có thể trở nên cực kỳ phức tạp, chẳng hạn như thuộc tính quang học bị ảnh hưởng bởi hàng triệu tỉ lệ cực nhỏ, mà phần lớn sự chiếu sáng của mái tóc lại xuất phát từ sự tán xạ và phản chiếu ánh sáng của sợi tóc bên cạnh.

Danielle Feinberg chính là giám đốc hình ảnh mảng ánh sáng cho Brave. Suốt 13 năm qua, cô cực kỳ say mê việc buộc các quy tắc ánh sáng phải tuân thủ theo những ý tưởng chợt lóe lên trong phút chốc của mình. Cô tham gia vào sản xuất phim cách đây khoảng ba năm rưỡi.

Feinberg thực sự thích soft lighting, nhờ đó mái tóc của Merida có khả năng phản ứng lại và trông ‘cực kỳ đáng yêu cùng soft lighting’, cô nói với đối tác truyền thông The Daily của chúng tôi khi họ ghé thăm Pixar.

‘Tôi vẫn còn rất sửng sốt trước mái tóc của cô bé – bởi chúng ta thậm chí có thể nhổ tóc Merida ra. Chúng tôi đạt được điều tuyệt vời này từ phòng mô phỏng và tạo hình nhân vật,’ Feinberg hồi tưởng lại khi mô tả quá trình bố trí ánh sáng cho nhânvật có ‘mái tóc đỏ gợi cảm. Chúng tôi chơi đùa với nó và bổ sung thêm một vài tán xạ bề mặt phụ trợ nhằm làm cho ánh sáng phản chiếu ra xung quanh, đồng thời mô phỏng lại điều đó, rồi chúng tôi tiếp tục thêm một chi tiết nhỏ vào những mảng tóc cao nhất để có được các cạnh tóc xoăn, làm cho mềm mại hơn – mà không cần phải đi quá xa khỏi việc khiến nó vẫn có cảm giác thực tế. Cũng có đôi lần thử nghiệm và vài lỗi nhỏ, nhưng việc mô phỏng vẫn đem lại cho chúng tôi một mô hình tuyệt vời khi mọi thứ dễ dàng đến kinh ngạc trong việc bố trí ánh sáng – điều đó thật vượt sức tưởng tương.’

Danielle Feinberg đã thực hiện thử nghiệm ánh sáng trước khi sản xuất, trong đó một thử nghiệm đã thất bại tại bối cảnh Scottland. Phân cảnh có sương mù được đưa ra nhưng ánh sáng cần thiết lại không đáp ứng vì nhiều lý do. Kết quả là một phân cảnh khá kịch tính với những luồng sương mù xung quanh những ngọn núi và cây cối in bóng xuất hiện. ‘Tai nạn tuyệt vời’ này đã hấp dẫn ‘cựu binh’ Pixar, nói cho cô biết về toàn bộ cách tiếp cận ‘ly kỳ’ trong bộ phim. Nó trở thành cơ sở cho ánh sáng của rừng, và ‘cảm giác huyền bí đại loại như: ‘Thật chẳng thể biết thứ gì đang tồn tại trong khu rừng ma thuật kia’’, cô nói.

Vào thời điểm Merida đang được tạo hình, ‘có đến hơn 4,000 sự điều chỉnh đối với cô bé’, chuyên gia hoạt họa và chỉ đạo công cụ hoạt họa Bret Parker cho biết. Parker tham gia rất sớm vào quá trình sản xuất Brave, khi các nhân vật vẫn còn đang được xây dựng. ‘Để khiến cô bé cười, phải cần đến khoảng 30 điều khiển,’ điều này khá bình thường đối vợi một nhân vật hoạt họa mang tầm Pixar, nhưng thứ mà các chuyên gia hoạt họa như Parker phải xử lý cũng chính là việc hoạt họa cho mái tóc của Merida. Khi mọi thứ trở nên bình thường trong một số tác phẩm mà chẳng có bất kỳ sợi tóc sợi lông nào trên một nhân vật ở giai đoạn hoạt họa, và chỉ có một ‘bộ tóc giả’ cố định thay thế giúp biểu thị số lượng vật lý của tóc sẽ xuất hiện trên màn hình.

Cả hai nhóm hoạt họa và nhóm mô phỏng đều nhận ra khá sớm rằng các chuyên gia hoạt họa chắc chắn cần đến một vài ý tưởng về những gì mái tóc của Merida sẽ thể hiện, và đồng thời cho phép họ thêm vào các thứ như tay cô bé chạm nhẹ lên tóc, hoặc hất hất đầu mình – hay nói cách khác là việc đưa ra và tác động vào  quá trình mô phỏng.

Để đưa cho các chuyên gia hoạt họa thứ gì đó có thể dùng được mà không làm họ chậm lại, một kỳ thuật mô phỏng thời gian thực nhanh chóng hơn và sắc sảo hơn đã được mở rộng, lần đầu tiên trong một tác phẩm của Pixar. Chính kỹ thuật mô phỏng nhanh khủng khiếp này sẽ thể hiện một cách đại khái điều gì sẽ xảy ra khi mái tóc cuối cùng được mô phỏng và bổ sung hoàn toàn, nhưng cũng đồng thời cho phép đạt được đủ khả năng tương tác giúp quá trình không bị chậm lại. Một cảnh quay bình thường có lẽ chỉ kéo dài một vài giây, nhưng thường lại mất đến một tuần mới hoàn tất hoạt họa. ‘Hình ảnh hoạt họa cuối cùng… Tôi có đến 4 cảnh quay trong một cảnh phim, mỗi cảnh lại mất một tuần, kết quả là chỉ có 10 giây hoạt họa trong một tháng,’ Parker cười lớn khi nói về quá trình hoạt họa của mình.

Hệ thống mô hình mô phỏng nhanh làm việc cực kỳ tốt, cho phép tính toán thời gian trong việc tạo dáng và hoạt họa đã yêu cầu cho thời gian thử nghiệm và đưa mái tóc hoang dã của Merida vào mũ theo yêu cầu. ‘Chúng tôi biết dáng đi đã trở thành một vấn đề khổng lồ trong quá trình hoàn tất các nhân vật của The Incredibles và Violet,’ Chung chỉ ra. ‘Các chuyên gia hoạt họa cần phải xem mái tóc cô bé, đồng thời họ cũng phải xem luôn bộ váy, bởi nếu bạn di chuyển với mỗi bộ váy khác nhau, bạn sẽ di chuyển theo cách cực kỳ khác nhau. Do đó chúng tôi tạo ra công nghệ mới cho phép hoạt họa diễn ra. Chúng tôi triển khai một phiên bản một phần mười cho cả mái tóc lẫn bộ váy của cô bé, rồi cho cả hoàng hậu nữa.’

Các chuyên gia hoạt họa sau đó lựa chọn vận hành kỹ thuật hoạt họa mô phỏng một phần mười chạy ở mức 24 fps, hoặc họ có thể tạo dáng mái tóc bằng một bộ tóc giả, như vậy những tư thế tạo dáng này sẽ được đưa vào quá trình mô phỏng ‘hệt như một người hướng dẫn thực sự’, Chung nói. ‘theo một cách cực kỳ dễ dàng. Vì thế khi họ bắt đầu làm việc cho một phân cảnh, họ sẽ có được mái tóc đại diện giúp biểu thị độ lớn của bộ tóc, rồi sau đó khi đến giai đoạn làm bóng, họ chỉ cần vận hành những mô phỏng nhanh cho một tình huống phức tạp hơn khi lúc Merida tương tác với tóc mình. Phòng hoạt họa và mô phỏng đã có được quy trình chuẩn – chúng tôi sẽ bố trí các nghệ sĩ của mình ngay khi quá trình hoạt họa thực hiện – vì thế đã phần nào có được một hệ thống tuyệt vời để cặp kè.’


Đón xem phần 2: Không chỉ là mái tóc xù

Trong nỗ lực mang đến nhiều hơn nữa những bài viết chất lượng dành cho độc giả, RGB.vn mong muốn sẽ giới thiệu đến các bạn những bài dịch nội dung hay được biên tập kỹ lưỡng và nghiêm túc. Hy vọng các bạn sẽ tiếp tục ủng hộ chúng tôi. Khi trích dẫn lại bài viết xin vui lòng ghi rõ nguồn, link RGB.vn và người biên dịch.


Thanh Quý biên dịch theo FXguide | RGB.vn