揭秘《阿凡达》诞生之谜

Cameron说：“我认为表情表演是这部电影最大的成就，绑定在这里起了至关重要的作用。最终效果可能只有10%是关键帧K出的，咕噜（指环王中的全CG角色）的制作中60%-80%都是关键帧动画，所以说我们在绑定上是有很大的进步的，但这并不是说动画师的作用就小了，通过K帧不仅给表情添加了细微的变化，还设置了耳朵和尾巴的动作，这为角色表演增色不少。Neytiri愤怒的时候，我们不仅能看到Zoe的表演，还能看到她嘴唇向后拉、牙齿咬紧，我们还能看到她耳朵展开，尾巴像狮子一样来回摆动，这些都是动画师完成的，他们百分之百的采用Zoe的表演，然后又像涡轮增压一样对表演进行了升华。

Jon Landau说：“我们一直想完全保留演员的表演，才华横溢的Andy Jones、Richie Baneham和Weta的全体动画师让我们实现了这了设想。如果没有他们这一切都是不可能的。”

拍摄温馨的面部特写和宏大的史诗般的战斗场面是完全不同的，在影片的高潮：纳美部落和财团军队的战斗中，Cameron的设想是“所有战争之母”。即使在那样的大场面—天空和地面冲突不断，Cameron仍然加入了以角色为中心的时刻。Cameron：“当你在乎这些角色的时候，才会关心他们在大战中的死活。即使大战中，也必须有主要角色的亲密接触在里面，要有“飓风眼”一样的时刻。人们需要知道主要角色是谁，他们在干什么，他们为什么要这么作，坏人想要干什么，好人想要干什么？这场战斗第一次剪出来是37分钟，但是根据上面的理论，我留下了更多的动作，剪掉了其他的东西。”

即使剪完之后，最后的战斗还有20多分钟，其中有上千个数字元素—角色、环境、飞机、交通工具、武器等等。战斗中最主要的武器有蝎子攻击机和大力士（萨姆森）直升机。Weta动画师们早就测试了蝎子和大力士起飞和飞行的动画，以及Quaritch的飞龙战舰的动作。Andy Jones说：“使用了四台旋翼系统，才能让飞机垂直升起来，而且飞行的速度也很合适。就像一个带武器的城堡起飞一样。我们还给运送乘客和设配到地狱之门的货运航母设置了动画。”

战斗中的另一个重要组成部分就是生物，在Andy Jones到Weta之前，在Paul Kavanagh研究的基础上，Dave Clayton和一个动画小组就已经进行了六足生物的动画研究。Cameron回忆说：“在那些运动测试中，我们发现，给六足生物创建跑或者飞驰最好的方法就是，把前面的四条腿当作两条前腿一样处理，就和狗和马跑一样，不同之处就是前面的两条腿，和中间的腿之间有10-15度的角度，比中间两条腿先落地。当慢走的时候，动作就和蚂蚁差不多，我们叫这个动作“蚂蚁行走”，每两条相邻的腿的方向都是相反的，也就是说，前两条腿和中间两条腿方向相反，中间两腿和两个后腿方向又是相反的。”

前面的两条腿在跑的时候，和其他的腿一样弯曲，当生物站立的时候才能够很明显的看到。Jones：“对动画师来说，最有趣的就是一个生物站在某个点的时候，它会站在那里调整重心，或者跺脚，这时候我们就可以给前面的四条腿加上一些变化，给这个生物添加上自己的独特动作。

为了完成主要生物的动画，动画师们参考了很多大自然的素材。比如说，为了创建毒狼，他们参考了一些狐狸的素材，Cameron对毒狼的描述是 “半猴半狗”。Jones说：“除了狐狸以外，我们还参考了猎豹和狼的动作，因为毒狼的身体非常细长，我们还参考了灵提（又称格力犬格雷伊犬）的步伐。在最终动画里，我们综合了这些元素，还测试了它们觅食的动作，看起来和猫很像，只是没在电影中找到合适的地方使用这些测试。

闪雷兽的动作很像一只巨大的猫，在闪雷兽追击Jake的那个场景中，为了给动画师们更好的参考，替身演员表演了Jake跑过障碍物的动作，制作部门动作捕捉了这个过程，然后提供给了动画师。Jones说：“Jake到底要做哪些动作，Cameron已经全想好了，他对这些动作都做了动作捕捉，但是闪雷兽的动作就都交给我们了，我们制作了闪雷兽的全部动作，比如说那些跳起来还有攻击Jake 的动作。在那些交互追逐的场景中，我们没有完全按照演员表演进行时间设置，Cameron剪出了很多动作，我们根据需要来调整动作的时间。”然后Cameron再回去使用虚拟摄影机完成Weta的最终动画。

Weta制作了很多斑溪兽的动作，尤其是Jake的那些镜头，在纳美人狩猎训练中，Jake爬到了山顶，找到了斑溪兽的栖息地。Jones说：“在这个场景中，Cameron让我们自己想象一下，斑溪兽可能做出哪些动作。我们的一个动画师Jalil Sadool创建了一段动作，斑溪兽垂直起飞，然后向峡谷俯冲下去。Cameron非常喜欢这段动画，最后把它加入到了影片中。”斑溪兽翅膀带有羽毛和膜，也和一个肋间结构相连接，很像蝙蝠，翅膀的动画也是根据这个形态确定的，当然还是用了拍摄的素材，他们对拍打翅膀和飞行轨迹都做了动作捕捉。

过去Weta的灯光工作流程都是基于AO建立的，通过AO来确定阴影的位置，并通过AO来计算灯光。制作阿凡达需要更有效率的灯光方案。CG主管Wayne Stables说：“过去我们都把文件导入到Maya场景中，设置好灯光然后就可以进行渲染了。这种方法适用与中只有少数元素的场景。但是阿凡达中，场景中有成千上万的CG元素，使用我们原有的方案完全不行，Maya场景太大了，场景中根本不可能进行任何导航操作。

新的技术叫做 “球面调和”（spherical harmonics），使用它可以确定物体是否在阴影中，还能确定光的发射方向。数字特效主管Dan Lemmon说：“在物体表面任意选一点，它都能够告诉你这一点上的光是从那个方向发出的，同时计算出这一点应有的光照效果。

这种基于真实物理的灯光系统需要更多的计算机前段计算，一旦这些计算完成以后，就会大大的提高灯光流程的效率。Weta对高模编写了调和函数程序，把高模分成便于处理的小块。视觉特效总监Eric Saindon说：“在所有的灯光场景中，只有树木模型的边界框和地被植物等简单的物体，这些物体又都分成了小块，这样把场景导入Render Man里以后，就非常好处理了。

即使在那些史诗般的镜头中，灯光设置依然很简单。比如说最终的战斗里有上百个角色和生物，还有各种的飞行器、设备和特效。Weta 视觉特效总监Guy Williams说：“这些场景中的破坏场面非常宏大，但是整个场景只用了3盏灯。在简单的镜头中，我们只要使用一盏灯就能得到非常逼真的效果。这样大大的减轻了灯光师的负担。同时我们还能够提高场景的真实度，因为灯光的照明更准确了。

这种高级的灯光技术的另一个作用就是能使纳美人和阿凡达角色效果更真实。CG角色要经常和实拍进行交互，还要和真人演员共同表演，不仅是这个项目，在任何影片中这都是个难题。尤其在这部影片中，这样的镜头在开头就出现了。Jake的阿凡达身体第一次醒来的时候，因为又一次能站起来能走路了，他有些兴奋过度，他挣脱了限制，冲出地狱之门控制中心的大门。Williams说：“这个镜头第一次向观众展示了阿凡达，对我们来说简直就是火之审判，因为场景中的阿凡达角色要和真人进行交互，而且真人和阿凡达的距离非常近。所以阿凡达角色必须是超级真实的。后来我们发现，一开始就处理这样的场面是有好处的。这会逼迫我们大幅度地提高CG角色的真实度。

为了提高角色的真实度，灯光师和材质贴图组的成员必须加倍努力应对困难，因为想要让蓝色皮肤看起来温暖、鲜活、生动本身就很难。这是角色固有的限制，Williams：“蓝皮肤看起来永远都不会自然，即使按照人体百分之百精确的创建一个蓝色的角色，在镜头中看，还是不自然。”

Cameron补充道：“如果你把人类角色放到火中，看起来会很自然。但是你把一个蓝人放进火里，火的橙色遇到皮肤的蓝色看起来就会灰灰的。我们试着用橙色的火焰点燃了角色，效果太难看了！就像纳美人僵尸一样。为此Weta开发了一项技术叫做“光谱补偿”（spectral compensation），使用这项技术以后，蓝色皮肤对火焰的反射和周围环境对火焰的反射是不同的，也就是说，光子发射到纳美人的皮肤上以后，光波的反射和光子发射到纳美人面前环境的反射是不同的。他们研究出了这种算法，经过一段时间的试验以后才成功。最终我们发现，如果我们不能完全的控制灯光，那么这些角色就会轻易地变成蓝色的塑料。”

精致的贴图也能够防止出现塑料玩具的效果，Weta贴图人员给蓝色皮肤添加了变色，来模拟人体皮肤不均匀的色调。Guy Williams说：“真人的皮肤是粉红色的，全身不是均匀的粉红色的色调。仅仅在人脸上，从一个区域到另一个区域色调和色相的变化都是非常大的，当然肉眼只能看到色调的变化，蓝色的皮肤也应该遵循同样的道理。

所以我们就开始在蓝色上绘制出很多变化。眼睛周围稍微暗一点，脸颊饱和度稍微底一点，嘴唇旁边的皮肤相对来说更粉一些。我们在皮肤上添加了这些细腻的色调变化，然后又添加了一些污点和色彩偏移。虽然加上的都是非常细微的效果，但是给皮肤增加了真实感。

勇敢的Weta员工给自己的脸照了很多超近距离的照片，把这些作为毛孔和其他纹理细节素材提供给整个团队。Weta还有Sam Worthington和其他演员的照片，贴图绘制人员画出的是比照片更夸张的效果，比如说把雀斑和其他的小瑕疵添加到阿凡达的皮肤上。Williams说：“我们的纹理贴图看起来比人脸要难看，因为我们渲染的时候会使用一种柔和的效果。虽然我们对皮肤使用了很多过分的作旧和羽化，最终效果仍然很真实。

新的次表面传递(subsurface transmission)对表现自然的蓝色皮肤也很有帮助。Williams说：“我们的次表面模型使用的不是散射工作流（scattering-based pipeline），而是吸收工作流（absorption-based pipeline）。

这种新的工作流程能够更好的表现血液颜色在皮肤表面的传递，虽然角色是蓝色的，我们仍然使用了很多粉色和橙色的过渡，同时不改变皮肤本身的颜色。这样给贴图绘制增加了很多困难，但是我们把贴图绘制的过程反向添加到了整个流程中，这样贴图人员就能够用使用它们习惯的方式来工作了。

在Jake的阿凡达第一次醒来的那个镜头中，Weta开发了全部灯光、贴图和次表面技术。在这个镜头中角色照片级的效果成为了其他纳美人和阿凡达角色的标准。Williams说：“因为Jake的角色要和真人演员一起表演，所以Jake 的阿凡达效果要非常好，可是完成了Jake以后我们把他和Norm的阿凡达放在一起，相比之下Norm的阿凡达好像是平的，我们只好回去给他重新画贴图，还添加了其他的细节，这样Norm的阿凡达就和Jake的效果一样好了。等我们把所有的阿凡达角色都调好了之后，对比一下，CG环境，看起来又不好了。阿凡达旁边的森林和植物看起来不够好了，这样我们又必须改进植物的效果。

另一个挑战是纯技术上的问题，每个镜头中的灯光和渲染文件太大了，多边形面数太多了，比Weta公司以前制作过的任何项目都大。甚至超过了金刚和指环王三部曲，在这两部影片中，一个场景里一般只有几个CG角色，但是在阿凡达中，尤其是在最后的战斗中，每个场景中有上百个CG角色，而且环境也很复杂。Letteri解释说：“为了解决这些镜头的灯光和渲染问题，我们一切归零，重新审视我们具备的全部技术。很多CG技术在20、25年前就有了，一直使用到今天，当时的计算机没有现在的速度和能力。所以研究以后，我们发现有很多捷径可走，在当时，根本不可能渲染出这么大的文件，但是现在完全可以。我们问自己：怎样能最好的发挥这些技术？这些陈旧的方法今天是否仍然适用？我们重新检查了曾经使用过的任何一项技术。如果对这部影片仍然适用，我们就采用它。如果不行，我们就研究新的东西。

为了提高渲染效率，Weta对环境元素使用了一种“修剪（pruning）”技术。Saindon说：“开始的时候我们对树的特写做了很多测试渲染，然后把树的位置推得离摄影机越来越远，同时逐渐减少面数，减少几何体面数的同时保持外形不变，如果离镜头近的树有500万面，那么背景中的树可能只有500个面，当然无论是特写还是远景中的树外形要保持一致，让人看起来是同一种树。这样我们就不需要去创建不同级别的细节，“修剪”可以自动分出细节级别。”

有些巨石群的镜头中又消失在云雾中的瀑布。Lemmon说：“创建这些瀑布的时候，我们结合使用了2D和3D技术。有一个镜头他们骑着斑溪兽在瀑布底下飞过，我们就必须创建3D的水，主要使用的软件就是Maya Fluids和Maya Particles，以及我们自己开发的软件共同模拟出真实的效果。其余的瀑布，我们使用了专门编写的流体模拟。

Knoll说：“我们开发了一套合成爆炸模拟和渲染技术，这样我们就能够完成照片级爆炸和CG动画的完美结合了。经过一系列大刀阔斧的剪辑，ILM还完成了影片刚开始的那个镜头：30秒钟丛林上飞过的镜头。“这时候观众不知道这是地球上的热带雨林还是潘多拉星球的景色，刚开始我们故意避免出现任何线索，不让观众发现这是外星。我们还制作了开头航天飞机降落的那个镜头，就是航天飞机飞过矿场然后落在了地狱之门机场上的那个镜头。

Framestore公司从Jake离开航天飞机开始制作，主要负责地狱之门室内和室外的场景，共70个镜头。视觉特效制作人Joyce Cox说：“Framestore公司还制作了很多数字场景扩展，其中包括3D潘多拉森林背景，还有地狱之门指挥中心的一些设备，以及部分飞机的动画和一些数字替身。Frantic Films公司制作了180个镜头，主要都是Rick Cater拍摄的指挥中心的镜头，其中还包括全息地图系统和一些绿屏窗口外的CG背景。Frantic还制作了机场上飞机和车辆的动画，还制作了指挥中心监视屏上的一些画面。”

Pixel Liberation Front公司制作了将近200个镜头中的图像元素，其中包括飞机内部和Amp装甲显示。蒙特利尔的Hybride工作室制作了link room（连接室）的图像，还制作了114个镜头中连接室布景。Hydraulx工作制制作了焚尸炉和低温库的场景，Cox：“Buf制作了神经传递的特效，通过那些特效来表明意识从身体传入阿凡达的过程。Blur制作了四张4K从航母飞向潘多拉途中时的太空场景。最后Lola and look Effects公司又对特效做了最终修改。这是一部大片，其中110场都是特效。”