Forestil dig, at du vil lave din egen animationsfilm.   

Først skal du finde på en virkelig god historie, som både børn og voksne har lyst til leve sig ind i.  

Du skal også finde på de karakterer, der er med i din historie. Hvordan ser de ud? Hvordan er deres personligheder? Er de i familie med hinanden? Er der måske en skurk? 

Dernæst skal du finde ud af, hvor historien foregår. Hvordan er filmens verden? Hvordan er landskaberne og naturen? Er der byer? Hvordan er dyrene og menneskene? Er det måske en fremmed planet fyldt med sære rumvæsener og organismer, som ingen har set før eller overhovedet har tænkt på?  

Alt det skal du nu designe og bygge op fra absolut ingenting i computeren! 

Hvert eneste hår på hovedet eller i pelsen på dine karakterer. Hvert eneste græsstrå. Hver eneste solstråle, der spiller gennem træerne eller gennem vandet. Stjerner på himlen, vandkander, lygtepæle, sofaborde, undertrøjer, enøjede grønne monstre … det hele!  

Og det skal ikke bare se troværdigt ud – det skal også bevæge sig troværdigt.  

Nu begynder du at få en god fornemmelse af den opgave, som Pixars filmskabere står med, når de skal lave en ny animationsfilm som Inderst Inde, De Utrolige eller Biler.   

Kunst, videnskab og teknologi spiller sammen i animationsfilm

Det var Pixar, der først tog hoppet fra de traditionelle tegnefilm til moderne computerskabt animationsfilm. I 1995 fik Toy Story premiere som verdens første computerskabte animationsfilm i biograffilmslængde. Skiftet fra at tegne tegnefilm i hånden til at bruge computere og software var intet mindre end en revolution. 

Pixars animationsfilm bliver til i et kreativt samspil mellem kunst, teknologi og videnskab. Det starter med en idé– og skitsefase, og herefter følger en fast proces med otte faser: Modellering, rigging, overflader, kulisser og kameraer, animation, simulering, lyssætning og rendering.  Det hele ender ud med den færdige film, du kan se i biografen. 

 

Pixar har indtil videre lavet 26 biograffilm – og flere er på vej. Hver eneste film har udfordret Pixars filmskabere på nye måde. Men alle udfordringerne er blevet løst i samspillet mellem kunst, teknologi og videnskab – og af dygtige mennesker. 

Lad os som en begyndelse kort dykke ned i kunsten og teknologien. 

Kunsten bag Pixars animationsfilm

Pixars animationsfilm er selvfølgelig først og fremmest et kunstnerisk produkt. De ville bare ikke være mulige at lave uden videnskab og teknologi.   

Vi oplever især kunsten i Pixars historier. Her bliver legetøj levende, biler har øjne i forruden og monstre skræmmer børn fra vid og sans, fordi de bruger børneskrig som energikilde.  

Vi ser også kunsten i alt det visuelle, ikke mindst i designet af Pixars sjove og livagtige karakterer – fx den loyale legetøjscowboy Woody, der vil gøre alt for sine legetøjsvenner og drengen Anders. Uanset om det er et stykke legetøj, en fisk, en bil eller sågar en følelse, som i filmen Inderst Inde, så kan Pixar gøre dem alle helt lyslevende for os. 

Pixars kunstnere er især involveret i begyndelsen, hvor filmens idé, historie og karakterer bliver til. De bruger både klassiske metoder og materialer, som fx pen og papir og ler. De bruger selvfølgelig også tegneprogrammer.  

Der skal rigtig mange skitser og tegninger til. Pixars kunstnere tegnede fx 286.491 tegninger, mens de arbejdede på historien til filmen Coco, hvor drengen Miguel besøger Dødsriget på De Dødes Dag. 

Klik ind her og se flere flotte billeder fra designet af karakterer og universet i Coco.

Teknologien bag Pixars animationsfilm

Pixars film bliver til ved hjælp af kraftfulde computere og avancerede tegne- og animationsprogrammer, som fx Maya Autodesk og Renderman. Teknologier, der gør det muligt at skabe ekstremt komplekse universer og animationer, som en tegner aldrig ville kunne genskabe i hånden. 

Pixars film består i virkeligheden af titusindvis af enkeltbilleder, der vises i rækkefølge med 24 billeder i sekundet. 24 billeder i sekundet er tilstrækkeligt til, at din hjerne blander billederne sammen, så du ser det hele som en flydende bevægelse.  

Filmen Toy Story består af 114.240 enkeltbilleder. Alle disse billeder skulle renderes, dvs. at alle informationerne fra den 3D-verden, som Pixars filmskabere arbejder i, skulle beregnes og omsættes til de 114.240 2D-billeder, der i sidste ende skulle vises på biograflærredet.  

Det er meget tidskrævende og kræver voldsom computerkraft at rendere. Da Toy Story blev skabt, skulle Pixars mange computere tilsammen rendere i 800.000 timer. Det svarer til 33.333 dage eller 91 år, hvis det skulle gøres på kun en enkelt computer!  

Men computerne bliver hurtigere og softwaren mere sofistikeret. I dag ville man derfor kunne rendere Toy Story på kortere tid, end det faktisk tager at se filmen.  

De teknologiske spring fremad giver Pixars filmskabere nye muligheder for at gøre filmene vildere, mere levende og mere detaljerede. Filmene bliver med andre ord hele tiden mere komplekse og derfor er det stadig meget tidskrævende at rendere en Pixar-film.  

Og hvordan kommer videnskaben så ind i billedet? Lad os kigge nærmere på fire eksempler på vild Pixar-videnskab. 

1. Fra idé til 3D – biologi og geometri

Fra den modige Space Ranger, Buzz Lightyear, til den lille klovnfisk Nemo – Pixars karakterer starter alle ud som en idé.  

Pixars kunstnere giver ideen form gennem skitser. De tegner i hånden og på computer – og arbejder sig ind på karakterernes personlighed og udseende.  

Pixars karakterer virker ofte som fri fantasi og Pixars kunstnere er bestemt også meget fantasifulde. Men de er også gode til at iagttage virkeligheden, og så ved de meget om, hvordan alle mulige dyre- og menneskekroppe ser ud. 

Det kræver nemlig indsigt i biologi – og især viden om anatomi, der er studiet af levende organismers ydre form og indre opbygning – at skabe Pixars karakterer. Det gælder også, når der er tale om monstre eller rumvæsner med vældigt sære kroppe. 

Er karakteren fx en bjørn, bruger kunstneren måske flere dage i en dyrepark med at tegne skitser af bjørne. Hvad er det særlige ved en bjørn? Hvad er det, der gør, at vi straks kan se, at det er en bjørn? Hvordan ser den ud, når den går, snuser, spiser, bliver vred eller klør sig?   

En bjørn i en Pixar-film vil oftest ikke være en 100% naturtro bjørn. Den har måske menneskelig mimik, måske taler den, har tøj på eller måske har den et hoved, der er alt for stort til kroppen. Men vi kan tydeligt se, at det er en bjørn. Det bygger alt sammen på kunstnerens iagttagelsesevne, viden om biologi og anatomi – og selvfølgelig godt kunstnerisk håndværk – at vise essensen af en bjørn, så vi straks genkender den.  

På samme måde kan viden om fx botanik, geologi og meteorologi hjælpe kunsterne med at designe vegetation, landskaber og vejret i de universer, som filmens karakterer befolker.  

Når en karakter er tegnet færdig, kommer den til skulptøren. Skulptøren har som opgave at modellere karakteren op i ler, så man kan se den fra alle vinkler i tre dimensioner.   

De små, modellerede lerfigurer kaldes også for maquetter, og du kan se en hel samling af dem i The Science Behind Pixar. 

Når maquetten er modelleret færdig, kommer den til den digitale skulptør, som skaber en perfekt, digital kopi af den. Fra at være modelleret op i ler, bliver karakteren nu modelleret op med matematik i computeren.  

Helt konkret benytter den digitale skulptør sig af rumgeometri. Rumgeometri er en gren af matematikken, der blandt andet omfatter beregning af overfladearealer og rumfang af rumlige figurer.  

Alle punkter i verden kan ifølge rumgeometrien defineres med tre tal, som udtrykkes på tre akser X, Y og Z. Når du har de tre tal, ved du præcis, hvor punktet er i forhold til alt andet i et givent, tredimensionelt rum.  

Den digitale 3D-model af karakteren får samme rumlige form i computeren som maquetten har i virkeligheden. Men den ser meget anderledes ud.  

Den digitale 3D-model består nemlig af punkter, der alle er defineret på X, Y og Z-akserne. Mellem punkterne løber linjer, der forbinder dem i et trådnet.  

Dette trådnet, eller wireframe mesh, som det kaldes på engelsk, er første trin i at vække karakteren til live i Pixars computere.   

I de områder, hvor karakteren skal være mest detaljeret, fx i ansigtet, er trådnettet mere komplekst og tættere. Pixar benytter matematiske algoritmer til at skabe flere punkter og dermed gøre trådnettet mere tæt. Det gør 3D-formerne ekstra detaljerede og mere organiske at se på.  

Nu skal karakteren også kunne bevæge sig.

2. Animation – biomekanik og matematik

Inde i din krop er der knogler, led og muskler. Tilsammen giver de din krop struktur og gør det muligt for dig at bevæge dig.  

(Vil du vide mere om kroppen? – besøg udstillingen ”Under Huden”) 

Når en rigger hos Pixar bygger en rig til en karakter, får den et sæt virtuelle knogler, led og muskler, som gør det muligt for Pixars animatorer at bevæge karakteren nemt og effektivt i computeren.  

Forskellen er bare, at hvor et menneske har 639 muskler og 206 knogler i kroppen, så kan en Pixar-karakter have mange tusinde ”muskler” og ”knogler” i sine rigs. Faktisk havde Mike – det grønne, enøjede monster fra Monsters, Inc., hele 7.000 af slagsen i hans rig – selvom han praktisk talt kun er et et-øjet hoved med to ben.  

For at kunne bygge en rig, der passer til karakterens krop, skal en rigger have en virkelig god forståelse af anatomi og især biomekanik. 

Biomekanikken beskriver samspillet mellem muskler, knogler, led og sener under bevægelse og belastning. Når du fx går, er det nemlig ikke kun dine ben, der bevæger sig. Bevægelsen spredes gennem din krop som ringe i vandet, og dit hoved og arme bevæger sig fx også. Dine led bøjer, drejer og strækkes og musklerne og senerne arbejder under huden for at bevæge dine knogler. 

Tænk bare på, hvordan din krop og dit ansigt bevæger sig, når du nyser? Hvis man frøs dig fast i netop det splitsekund, hvor du nøs, ville dine venner måske have svært ved overhovedet at genkende dig, fordi dit ansigt var helt forvredet. Men nu går et nys heldigvis så hurtigt, at ingen kan nå at komme i tvivl. 

Men det betyder rent faktisk, at din krop skifter form, når du bevæger dig. Det samme gør sig også gældende for Pixars karakterer, når de bevæger sig – Pixar kalder det for deformation.  

En god rig skal med andre ord kunne bevæge og tilpasse formen på karakterens krop på en troværdig måde. Når den kan det, kan karakteren komme videre til animatorerne.   

Animatorerne er de egentlige skuespillere i en animationsfilm, for det er dem, der vækker filmens karakterer til live ved at programmere karakteren til at udføre bevægelser.  

Når animatorerne skal bevæge karakteren, starter de med at lave såkaldte nøglepositioner, eller Key Frames som de kaldes på engelsk. Det er de vigtigste øjeblikke i bevægelsen.  

Hvis man fx vil animere Hr. Utrolig fra filmen De Utrolige, som hopper, så er der nogle positioner i bevægelsen, der er vigtigere end resten. Det er selvfølgeligt vigtigt at vide, hvor han begynder sit hop, hvor højt han hopper og hvor han lander. Det er også vigtigt at beslutte sig for, hvordan han skal se ud i de nøglepositioner.    

Når nøglepositionerne er på plads, kan Pixars animatorer bruge matematiske funktioner, såkaldte splines, til at beregne bevægelsen mellem dem. Det foregår naturligvis i et computerprogram, der udfører de komplicerede beregninger. Resultatet er en glidende bevægelse, som animatoren kan justere, så den bliver præcis som ønsket.  

Selvom målet er, at det skal se naturligt ud, vælger animatorerne ofte at overdrive bevægelserne. Det sker for at skabe humor og vise karakterernes personlighed og følelser. Når Hr. Utrolig hopper, skal man måske fornemme hans utrolige styrke og kraft eller måske skal vi kunne fornemme, at han er ked af det eller er ved at blive træt.   

3. Overflader – ”hack” af din følesans, fysik og matematik

Når vi ser på en tings overflade, så ser vi dens form og farver. Men vi ved faktisk oftest også ret præcist, hvordan det vil føles at røre ved den, bare ved at se på den. Vi kan se, om tingen er ny eller slidt. Vi kan se, om den vil føles fx kold eller varm eller tør eller våd. Vi kan ”mærke den” med øjnene, helt uden at skulle bruge følesansen. 

Det kan vi, fordi vi kobler vores erfaringer, med det vi ser. Dette erfaringsbaserede ”hack” af følesansen, udnytter Pixar til det yderste i deres film – og de er mestre i at skabe overflader, der ser yderst troværdige ud.

Se filmen om, hvordan Pixar skaber overflader her (engelsk tale)  

Pixars surfacing artists bruger særlige computerprogrammer, som skaber farver, mønstre og teksturer i overfladerne på alle 3D-formerne. Disse programmer kaldes også shaders. 

Hvis du spiller computerspil, har du nok hørt udtrykket ”skin”, altså det engelske ord for ”hud”. Shaders er en form for ”hud”, der klæder 3D-formerne på i computeren. 

Hvis du blev spurgt, hvilken farve Lynet McQueen har i filmen Biler, så ville du sikkert svare ”rød”. Men faktisk er han hele 14 forskellige udgaver af rød i filmen – fra skinnende og ny til snavset og støvet – og det hele er skabt med shaders. 

Fordi overfladerne blot ligger som et lag på 3D-formerne er det en ret simpel øvelse for Pixar at skifte overfladerne ud. Lynet McQueen kunne lynhurtigt bytte overflade med hans ven, kranvognen Bumle. Så ville Lynet McQueen være fuldstændig rusten, mens Bumle blev en flot, metallic rød. Man kunne også få dem begge to til at se ud som om, de er lavet af leverpostej. 

En shader kan også beregne, hvordan lys reflekteres fra overfladen, og det er faktisk et af de vigtigste værktøjer i at skabe overflader, der ser livagtige og troværdige ud.  

Pixars surfacing artists bruger en matematisk model, som de kalder for ”BRDF” – Bidirectional Reflectance Distribution Function. BRDF er baseret på formler fra fysikken, der bruges til at beregne, hvordan lys reflekteres fra overflader. 

BRDF beregner, hvordan lyset interagerer med overfladens tekstur, farve og hvor gennemsigtig den er. Hvis overfladen er meget blank eller glat, så vil du se en skinnende lysplet, hvor lyset reflekteres direkte mod dig. Det kaldes højlys. Hvis overfladen er mat eller ujævn, vil du ikke se et højlys, men primært bare farven på objektet.  

Prøv selv kræfter med at skabe overflader med BDRF her

Med BRDF kan Pixars surfacing artists skabe illusionen om enhver type overflade, som fx træ, plastik, metal, glas, kage eller menneskehud – og det ser alt sammen så naturtro ud, at du kan ”føle det” med øjnene. 

Men det kræver computerkraft! I filmen Biler krævede det fx millioner af beregninger for at skabe alle refleksionerne i bilernes blanke lak, og det stak helt af, når der var mange biler samlet.  

4. Simulering – matematik og viden om naturlovene

Det er meget tidskrævende at animere. Faktisk kan en animator kun animere ca. 4 sekunder af en karakters bevægelse om ugen. Derfor fokuserer Pixars animatorer også de fleste af deres kræfter på at animere filmens vigtigste karakterer og elementer.  

Rigtig meget i Pixars film kan faktisk animeres med brug af matematiske algoritmer. Det kaldes simulering. Simuleringer sparer tid og kan samtidig klare utroligt komplekse opgaver, som et menneske aldrig ville kunne overskue eller løse.  

Hår, pels eller tøj kan fx programmeres til at følge karakterens bevægelser, blafre i vinden og blive vådt. Simulering benyttes fx også til at skabe troværdige væsker, røg og ild.  

I filmen Find Nemo skulle Pixar fx skabe illusionen om en undervandsverden. Det indebar blandt andet, at der skulle udvikles simuleringer af vandets overflade, vanddråber og skum. Under vandets overflade simulerede programmørerne også den Østaustralske Strøm, som bestod af hele 1.161.344 ”vandpartikler”.  Pixar simulerer også de karakterer, man ser i baggrunden i filmene. I filmen Coco er der fx 21.633 tilskuere med i en af scenerne – alle sammen simulerede.  

 

Selvom algoritmerne i Pixars simuleringer kan virke simple som ”et tryk på en knap”, så er det bestemt ikke tilfældet. Der skal sættes meget præcise rammer for simuleringernes algoritmer for at resultatet ser troværdigt ud.  

Pixars programmører skal blandt andet have godt styr på naturlovene, der styrer vores univers. Når de skal programmere en væske, så skal den opføre sig som en væske – men vand flyder fx helt anderledes end olie. Det ville også være underligt, hvis en fjer faldt som en bowlingkugle i stedet for at svæve let i vinden.  

Tyngdekraft, bevægelse, balance, vægt, gnidningsmodstand – alt skal virke ”naturligt” i forhold til naturlovene og naturligvis også til det filmunivers, som Pixar har skabt.  

I biografmørket kan vi med det samme se om Pixar har ”ramt plet”. Hvis det ikke fungerer, så afsløres illusionen og så har vi svært ved at leve os ind i historien. Det gør Pixar selvfølgelig alt for at undgå! 

Tag fx prinsesse Meridas vilde, rødkrøllede hår i filmen Modig. 

Kunsterne havde designet Merida med et stor, viltert hår for at understrege hendes modige og utæmmede personlighed. Men Pixar havde ikke erfaringer fra tidligere film med at skabe et vildt og krøllet hår.  

Pixars programmører startede derfor med at undersøge, hvordan krøllet hår opfører sig i virkeligheden. De fandt ud af, at en lok krøllet hår opfører sig meget som en fjeder, når man trækker i den og giver slip. 

Det var en god nyhed, for i fysikken findes der en formel, Hookes Lov, som kan bruges til at beregne kraften i en fjeder, når man enten trækker i den eller trykker den sammen.

Den viden kunne Pixars programmører bruge til at skabe en matematisk model af en fjeder i computeren. På den måde kunne de simulere en lok krøllet hår, som var det en fjeder. Og så fik Merida ellers hele hovedbunden fuld af simulerede hår-fjedre.  

Men desværre viste de simulerede hår-fjedre sig at være for løse. Når Merida bevægede sig rundt i scenerne, fløj hendes hår ukontrollerbart rundt og hår-fjedrene blev trukket alt for langt ud. Når hun stod stille, gled fjedrene lige så stille ud af form. ”Tyngdekraften” i simuleringen trak simpelthen krøllerne ud af hendes hår.  

Heldigvis fandt Pixar ud af, at de kunne programmere små usynlige fjedre, der sad på kryds og tværs inde i hår-fjedrene. Det gav perfekte, viltre krøller, der bevægede sig naturligt. Så Meridas flotte røde hår er altså i virkeligheden simulerede fjedre med mange små usynlige, simulerede fjedre indeni.      

Find selv flere eksempler i The Science Behind Pixar

Det var fire nedslag i, hvordan videnskabelige discipliner som biologi, fysik og matematik kommer i brug, når Pixar skaber sine magiske animationsfilm.  

Når du besøger The Science Behind Pixar, kan du selv gå på jagt efter andre eksempler på, hvordan videnskaben bliver brugt i Pixars animationsfilm, mens du boltrer dig i udstillingens 65 aktiviteter. 

God fornøjelse! 

Book din billet her

Kilder: Wikipedia om anatomi, Wikipedia om kroppen, Den Store Danske, Wikipedia om Hookes Lov, The Science Behind Pixar