《星际穿越》幕后制作全解析 科普知识一网打尽

频道: 视效解析 作者:intovfx 已有1360人看过

本文原载于时光网,原标题《<星际穿越>制作大揭秘 打造最真实黑洞 呈现震撼超立方体

 

克里斯托弗·诺兰的科幻新片《星际穿越》无疑是2014年度最具话题性的一部电影,影片一上映,几乎整个互联网上全都是关于它的信息:有讨论剧情和片中科学合理性的,有吐槽音乐声音过大导致听不清对白的,有科普影片背后的各种物理原理和术语的,也有纯粹的感情宣泄,抒发对诺兰的膜拜或不屑的…… 类似讨论比比皆是,而本文不打算对影片或诺兰本人做任何评论,而是完全从电影制作的角度分析这部科幻巨作的诞生始末。

 

顶尖天体物理学家+御用视效公司

说起《星际穿越》的诞生,就不得不提到著名的天体物理学家基普·索恩,正是他构建起了《星际穿越》的整个故事基础。基普·索恩是加州理工学院费曼理论物理学教授,作为黑洞和广义相对论领域最杰出的科学家之一,他跟斯蒂芬·霍金、卡尔·萨根都是长期好友,在理论物理学界享有至高地位。关于他的地位有一例可以说明,在《万物理论》这部影片里,评判霍金的博士论文是否通过的三位导师中,一位是大名鼎鼎的彭罗斯,另一位是霍金的老师夏玛,还有一位就是基普·索恩。索恩在从加州理工学院退休前一直努力向公众阐释相对论的复杂概念,当时他就与《星际穿越》的制片人琳达·奥布斯特讨论过拍摄一部有关黑洞和虫洞的电影。

 

几年前,斯蒂芬·斯皮尔伯格拿下了这个项目,并找来乔纳森·诺兰编写剧本,乔纳森是克里斯托弗·诺兰的弟弟,曾编写过《记忆碎片》、《致命魔术》、《黑暗骑士》等。后来斯皮尔伯格退出了,克里斯托弗·诺兰自然而然地接手了这个项目。他对弟弟的剧本做了很大的改动,并且希望让故事尽可能建立在科学基础上,为此他找到了索恩。

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2013年初,索恩给诺兰上了几个月的课,向他解释黑洞如何弯曲光线和时空。因此,整部影片是架构在索恩的理论知识基础上的。事后诺兰透露说,索恩最难得的一点是他从不立刻回答自己提出的问题,而是回去查论文,跟科学家们讨论,然后做一系列的运算,最后才把结果告诉自己。即便这样,索恩也没有觉得心烦。

 

至于特效制作,诺兰再一次找到了他长期以来唯一御用的特效公司Double Negative。很快,他把Double Negative的特效总监保罗·富兰克林也带到了索恩的办公室。富兰克林知道用CG可以实现任何效果,但这正是问题所在,因为这样做很容易违背物理原理,达不到本片所追求的真实感。

 

因此,他让索恩写了许多公式,索恩甚至把自己的笔记本给了富兰克林,上面全是他多年以来记录的研究成果。富兰克林如获至宝,他知道只要在特效制作中遵循这些公式,就可以创造出符合物理定律的图像,于是,他让Double Negative的研发团队按照索恩的公式编写新的特效软件和算法。有了顶尖天体物理学家和御用特效公司的保驾护航,打造以下的各式场景和真实呈现各种效果也就成为了可能。

 

打造最符合物理原理的黑洞

超大黑洞卡冈图雅无疑是《星际穿越》中最令人难忘的场景,跟雄伟壮丽、神秘莫测的黑洞比起来,人类的力量似乎微不足道。

 

所谓黑洞,其实并不是个洞,而是个球体,这个球体的密度极高,因此引力非常大。黑洞引力范围的边界叫做 “视界”,任何进入黑洞引力范围的东西都无法逃出去,包括光,人们无法探知视界以内的东西,这便是“黑洞”这个名字的由来。黑洞的视界附近有一系列神奇的现象发生,包括巨大的引力所带来的光线弯曲,爱因斯坦将这一现象形象地称为“引力透镜”。另外,旋转的黑洞会吸引周围的物质,形成一个被称为“吸积盘”的圆环。吸积盘随着能量增加,会释放出明亮的光线。黑洞本身没有光,人们观察黑洞只能通过引力透镜和吸积盘,这也是特效团队需要呈现的东西。

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问题在于,以往的特效渲染器都是基于“光沿直线传播”这一原理,而这个原理在黑洞周围并不适用,Double Negative不得不参考索恩的公式,编写用于黑洞图像渲染的“弯曲光线渲染器”,这是史上第一个符合广义相对论的渲染器。

 

特效人员在计算机中模拟了一个高速旋转的黑洞,并在黑洞外围放置了一个扁平的、彩色的圆环用于测试,经过一番计算模拟之后,奇怪的事情发生了,他们发现黑洞周围的扭曲空间使得吸积盘本身也发生了扭曲,光环因此变得纵横交错、形状怪异。

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特效团队以为是渲染算法出错了,但索恩经过分析之后认为这就是黑洞应有的样子。索恩说:“以往的电影中从来没有人展现过黑洞和虫洞确切的样子,《星际穿越》做到了,这是人类目前为止得到的最符合物理原理的黑洞景象。”

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《星际穿越》全片没有使用绿幕拍摄,在片场拍摄黑洞戏份时,制作组搭建了巨大的投影幕墙和1:1的飞船模型,演员在飞船内表演时,窗户外面就是幕墙投射的宇宙景象。这块幕墙用到了两台大型投影机,以确保幕墙上的宇宙景象拥有合适的亮度。在后期阶段,Double Negative会把幕墙上投影的景象替换成进一步细化完善的版本。

 

创建水晶球式虫洞

影片剧情设定在不久的将来,人口暴涨、环境恶化,人们在寻找外太空居住地。问题是,借助飞船,即便是到达最近的星球也要几十年。早在1983年,卡尔?萨根撰写《超时空接触》时就希望能解决这个问题,索恩当时建议借助虫洞。虫洞是高维时空中一种假想的隧道,能够帮助人们在短时间内到达十分遥远的地方。《星际穿越》自然借用了虫洞理论,当索恩向诺兰解释这一理论时,摆在诺兰面前的一大问题就是:如何在银幕上表现虫洞?

 

目前物理学上认为虫洞无处不在,但存在的时间极其短,无法满足人类穿越虫洞的需求,但根据剧情设计,影片中的虫洞是“他们”(未来的人类)所创建,“他们”是高维生物,能够理解高维时空,从而能任意地创建出满足人类穿越需求的虫洞。

 

索恩认为,影响虫洞外观的只有三个参数:虫洞的长度、半径和引力透镜大小。他让特效团队改变这三个参数,制作出了各种效果的虫洞。最终,考虑到画面的美观和观众的理解能力,诺兰选择了长度很短、引力透镜效应也比较小的虫洞效果,这样的话,虫洞内展现的遥远宇宙不会有太大的变形,整个结构看上去就像一个水晶球,球内充满了遥远宇宙的星系和星云。

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至于在虫洞内部穿越时的场景,特效团队根据索恩的公式计算出来的结果跟以往的电影里没什么区别,都是一个隧道,隧道的壁上有一些亮点。诺兰觉得这个效果太平淡了,还不够新奇,于是特效团队摒弃了完全参考索恩的公式的想法,而是人为加入许多艺术成分,使得最终的效果更加震撼。

 

呈现震撼超立方体

影片高潮片段,我们见识到了所谓的“五维时空”,要把这个概念呈现在大银幕上是非常困难的。通常认为我们所处的世界是四维时空,也就是三个空间维度加一个时间维度,而五维时空则有四个空间维度。拥有四个空间维度的立方体被称为超立方体,Double Negative的任务便是用视觉来呈现这个超立方体。从艺术角度讲,他们本可以很抽象地表现这个空间,但是受导演影响,Double Negative决定尝试按照超立方体确切的样子来制作。

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由于人类目前无法理解四个空间维度,因此诺兰设计让库伯掉入超立方体的其中一个面里。我们知道立方体的面是二维的,因此超立方体面是三维的。诺兰正是让库伯掉入超立方体的“三维面”,才使得库伯没有灰飞烟灭。同时,墨菲的卧室位于超立方体的另外一个三维面上(没错,在五维时空里他们隔得如此之近),这也是为什么库伯会在超立方体中看到墨菲的卧室。

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根据爱因斯坦的相对论,回到过去是不可能的,即便是进入高维时空。但影片中设计让引力波可以穿越时间,影响过去,而对库伯来说,他需要看到所有的时间,从过去到未来。正如塔斯所说,五维时空里时间是实体,就像一根线,你可以看到线上从头到尾的每个瞬间,但是,要改变过去瞬间发生的事情,只有借助引力波。

 

于是,富兰克林开始思考超立方体里面应该是什么样子的,尤其是如何展现“时间是一个实体”,如何展现所有物体在整个时间线上的每个瞬间。富兰克林得找到一个平衡点,既不能让画面显得太过杂乱,又要从库伯的角度观察时间线上不同瞬间墨菲卧室里发生的事情。

 

他的办法是把墨菲卧室的六个像缩小,并让每个像发射两条垂直的线,这两条线就是“时间线”。每当时间线相交的时候,就会产生一个卧室的像,因此整个五维空间里可以有无数个卧室的像,这些像位于时间线不同的位置上,因此每个像所代表的时间不同,库伯只要沿着时间线漂浮,就可以看到墨菲卧室的过去或未来。

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诺兰始终希望在片场给演员一些能够参照和交互的东西,他不希望让演员在空无一物的绿幕前面全靠想象来完成表演。即便是对于如此抽象的超立方体,他也要求特效团队能够在片场搭个什么东西出来。最终,他们搭建了超立方体的其中一部分,由四个房间所包围,在后期阶段,这些房间会被扩展成无限个。超立方体的片场实拍同样用到了投影机,特效团队把时间变化产生的图像投影到搭建的房间四壁上,这让整个拍摄团队对于超立方体内部的时间轴都有了直观的认识。当然了,这整场戏的每一帧都添加了数字特效。

 

库伯穿过超立方体的“时间隧道”,浏览时间轴上的所有瞬间,这个隧道背景毫无疑问是CG制作的。但是诺兰仍拒绝使用绿幕,而是在片场把马修?麦康纳吊在幕墙前,幕墙上投影的是前期做好的“粗略版”时间隧道画面。在后期阶段,这个粗略版的背景会被替换成更精细的CG图像,这自然需要做大量的抠像和钢丝擦除。

 

当库伯成功地把信息传递给墨菲后,五维空间开始崩塌,在制作这个特效时,画面中的每个收缩面都是按照超立方体的旋转法则来收缩的。

 

实现米勒星球的巨浪

库伯、布兰德、多伊尔和机器人凯斯首先登陆的是米勒发现的星球,这个星球完全被水覆盖,水看上去不深,但由于靠近卡冈图雅黑洞,巨大的引力能够掀起千米高的巨浪。为了制作如此规模的巨浪,Double Negative得重新审视之前制作水的流程。富兰克林解释道:“如果你要做如此规模的水,那么平时所使用的各种参数,比如水花、浪顶的卷曲这些都不起作用了,因为面对如此巨量的水,这些参数可谓是微不足道。因此我们利用巨浪和徘徊者号登陆船的比例关系,你可以看到巨大的浪击打登陆船,轻易地把登陆船掀翻,然后淹没在巨浪中。这样你就能感受到浪是有多大。”

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对于浪的大致形状和运动,Double Negative使用了手工动画的方式来制作,而对于浪表面的大量气泡、波浪、水花等等,他们则开发了一个内部软件来进行模拟。

 

这场戏的特效是在IMAX分辨率下完成的,因此对特效团队来说没有太多的时间做反复修改。富兰克林说道:“我看完巨浪的构图,觉得OK之后,我告诉艺术家们去做浪表面的水花,然后一个半月之后我才能看到最终结果。这就是IMAX分辨率的结果,我们没有足够的时间来做多次修改。”

 

曼恩博士的冰冻星球

探险队第二个到达的星球是曼恩博士所在的星球,这里一片冰天雪地,就连云也被冻起来了。

 

这个冰冻星球的戏份是在冰岛拍摄的,冰岛有成片的冰川,黑色的火山岩使得地面变得圆滑、富有线条,这种黑白对比形成了独特的陆地景观。但是富兰克林还是决定对整个场景做数字特效修改,因为他不希望让观众认出来这是在地球上拍摄的,他希望冰冻星球看上去跟地球上的冰川完全不同。因此,Double Negative对航拍的冰岛素材做了大量修改,让场景拥有更多的“异域风情”。

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冰岛的拍摄环境极其恶劣,有一次风暴大到让人无法出门。诺兰是个痛恨拖延工期的人,但天气太危险,他也不得不放弃当天的拍摄,而改在室内车库补拍了一些内景镜头。

飞船的设计

《星际穿越》中共有3种飞船,分别是母舰永恒号、运输机登陆号、巡航机徘徊者号。

 

永恒号的设计在科幻电影中很常见,旋转的永恒号为飞船内部提供了重力,摄制组也用不着再花心思拍演员在舱内漂浮了。另外,永恒号的尺寸设计经过精确计算,既要保证容量大、能够长时间在轨运行,又要确保在穿越虫洞、接近黑洞时足够牢固而不会散架。最后,永恒号的直径设定在虫洞直径的百分之一,这样的尺寸正好能维持它不变形。在拍摄永恒号内部的戏份时,制作组在摄影棚内搭建了一排巨大的船舱,舱内设置完全遵照影片设计,甚至舱外的景象都使用幕墙来投射。

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徘徊者号是影片中用来登陆两颗行星的飞船,它的设计更接近流线型,就像一辆太空跑车。片场同样搭建了徘徊者号的全尺寸模型,并且安放在万向架上,用以模拟飞船飞行时的姿态。徘徊者号的椅子是能动的,制作组在模型的椅子上安装了液压轴,可以根据剧情需要实现椅子的倾斜。在逃离米勒星球的巨浪时,徘徊者号的船舱进了水,这也是在摄影棚实拍的,巨大的水箱直接朝着飞船模型倾泻过来,这个镜头显然得一遍通过。

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智能机器人

机器人凯斯和塔斯是影片中的一大亮点,很多人可能会认为这俩机器人都是CG制作的,但是按照诺兰的性子,他可不喜欢这么干,他造了一个90公斤重的金属机器人,在片场由特技演员比尔·欧文操纵。Double Negative在后期阶段需要把欧文和操纵杆从画面中擦除。

 

在米勒星球,塔斯变形成轮子状,前往水中拯救布兰德,这个镜头是实拍和CG特效相结合的。实拍的成分在于水花,片场使用了一辆水上自行车,摄制组拍下了它在水中行驶时的水花。另外,片场还制作了塔斯的手,用来从水中托起布兰德的替身演员。其余部分则是由数字特效来完成了。

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Double Negative尽量不在机器人身上使用数字特效,只有在它们完成水中行驶或者爬上飞船等独特动作时,才会使用数字特效。富兰克林说:“我们发现要让数字特效变得真实,你就得将它们和物理实拍的东西交织在一起,因此在塔斯爬上飞船的那场戏里,它进入舱门后数字特效就又切换为物理特效了。”

走心的声音处理&真实自然的音效

《星际穿越》作为一部“沉浸式”影片,诺兰自然希望在音效上大下功夫,让观众尽可能体会到身临其境的感觉。然而影片上映后,不少观众吐槽音效和配乐声音太大,演员们的对白都听不清了,直到诺兰和音效师理查德·金亲自对这个问题做出回应,人们才知道,这是诺兰有意为之。

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《星际穿越》的混音工作持续了半年多,诺兰亲自监督每一个音效的使用,可以说影片的音效设计是大胆、新奇而又细致的。该片的配乐和音效团队希望把对白声也作为音效来处理,通过掩盖对白甚至降低对白音量来反衬出环境音效的磅礴气势和惊险氛围,这不得不说是一次大胆的尝试。

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诺兰认为不光对白可以传达剧情,环境音效也应该起相当大的作用。他举例说,布兰德教授临终前把成年墨菲交到医院床前,布兰德声音非常低沉,对话几乎被环境音淹没。诺兰解释说这是为了贴近角色内心——弥留的老人终于说出了隐藏多年的秘密,成年墨菲终于明白了他在说什么,这个过程中她心理经过了疑惑、难以置信、震惊、愤怒等多重情感,非常复杂且丰富,这个场景的声音处理正是为了贴合她的内心。

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