着眼于自然科学和技术的发展，硬科幻电影始终围绕着对科学精神的尊崇。大热的《流浪地球》不仅获得了航天局专家的指导，也为中国的硬科幻电影铺垫了道路。
今天，就让我们以几部著名的硬科幻电影为例，从电影制作与设计的角度来看看硬科幻电影是如何完成的~
火星漫步车概念图及其细部分析图
《火星救援》根据安迪·威尔的同名小说《The Martian》改编，讲述了由于沙尘暴，马克与他的团队失联，孤身一人置身于火星面临着飞船损毁，想方设法回地球的故事。
《火星救援》人物剧照
有别于其他许多科幻电影，《火星救援》整个故事情节都建立在真实的科学基础之上。因此，电影以现存的或NASA前往火星的计划中出现的火箭，宇航服和太空旅行工程为模型。
影片的许多技术方面都与美国国家航空航天局（NASA）进行了协商，并在整个拍摄过程中安排了欧洲航天局的代表，但负责制作设计的美术部门仍需创造出一个既着眼现实又放眼未来的的设计。
火星漫步车3D模型与初步实物拍摄
首先，影片的初步概念设计由三位自由插画家在美国洛杉矶完成；
紧接着，转移到位于英国特威克纳姆工作室Twickenham Studios 的三个小型美术工作室，由艺术总监、布景师、结构顾问、美术指导组成；
同时，影片的美术组在约旦与纳米比亚的火星景观带做了为期四周的地形侦察；
最终，来自匈牙利、波兰、英国的设计组与结构组在布达佩斯集合，一起进行布景创作。
正在棚内建造的火星栖息地
位于匈牙利的Korda Studios摄影棚，是目前世界上最大的专业摄影棚，占地约6000㎡，与电影007所使用的Pinewood的摄影棚同样大，但却高得多，且具有比它更宽、更正交的比例，成就了影片中巨大的火星表面景观地。
Korda Studios摄影棚内拍摄与计算机模拟拍摄
在这个摄影棚中，火星表面景观由四千吨的三色沙体组成，可以与在约旦的外景相媲美。它大到可以容纳直径达40英尺的整个生命舱，包括其附带的居住舱和屋顶360°全方位旋转雷达。同时，这整套装置在约旦被原样复制，以便外景拍摄。
生命舱拍摄场景
在约旦建造的外景栖息拍摄地
在约旦建造的外景栖息拍摄地
如此巨大的摄影棚还有其他方面的优势：
1. 它允许45英寸长的火星探测车以每小时25英里的速度，从棚内一端自由驶向另一端后，再调转方向跑一遍以二次拍摄。
2. 摄影师有足够的距离打一个单光源，来模拟宇宙中的阳光，同时可以均匀地照亮世界上最大的环形绿屏，约68, 000平方英尺。
3. 特效部门有足够的空间安排一组强力风机，这组风机可以将成吨的尘埃和微晶颗粒均匀地吹起，形成一个真实的火星沙尘暴。
火星漫步车模型与渲染图
风暴中的火星漫步车
片中所有装置的内外部都需真实设计与建造。Korda Studios的另外五个摄影棚被用来建造和拍摄一系列其他的装置，包括：the Hermes 赫尔墨斯号，NASA美国航天局的巨大星际飞船，让影片中的Mars Ares火星探索计划成为可能。
the Hermes 赫尔墨斯号星际飞船
赫尔墨斯号的设计来自NASA提供的资料，该资料来源于NASA正在进行中的Orion计划，是美国在2025年左右向火星发射载人飞船的真实计划，所以电影里纳入了太空航行的所有最新概念。
the Hermes 星际飞船的重力轮
《火星救援》获得了美国宇航局NASA的全力支持。剧本有50页内容都是有关NASA的细节，影片总共拍摄周期约70天，其中21天用来拍摄NASA相关细节，力求呈现出的宇航员形象和行动符合实情，是一部当之无愧的硬科幻电影。
飞船舱内最终渲染图与设计图
除此之外，《火星救援》真正的挑战是如何将最新的设计软件与最先锋的硬件技术相结合。同时也需熟练运用传统电影技巧，才能在一个极具野心的制作日程表和精心控制的预算中讲述这个复杂的外星生存故事。
NASA宇航员的地球工作站
《地心引力》(Gravity）的场景几乎全部设定在近地轨道与零重力的环境下，制作设计师 Andy Nicholson表示，虚拟的设定已经不满足要求，剧组面临的是逻辑上、技术上、创意上的巨大挑战。
导演阿方索（Alfonso）希望，故事所设定的宇宙环境与物理条件，将推动科幻片拍摄的新革命。
《地心引力》强大的制作部门
1. 工作流程独一无二
以往制作设计师习惯于在扩展物理场景，生成背景板或处理动作序列时，才与视效师进行沟通交流。
而《地心引力》完全不同，一是整套设备只能在计算机中制造；二是摄像头通常距离所有物体不到三英尺，因此需要始终特别注意细节，每个部门都需要与视效师全程合作。
关键帧PS草图
2. 技术研究
图形和物理方面的研究来自技术类图书馆，航天工业和NASA自己的公共领域数据。Space.com 和 nasaspaceflight.com之类的网站是技术指南和视频制作的重要参考来源，有助于制作零重力动画等。当需要购买相关道具物品和太空纪念品时，eBay也成为一种当时剧组使用的资源（类似于中国的淘宝网）。
控制台细节、真实搭建图与渲染图
首先，美术部门在Cinema 4D中设计并建模出一定精度的内外部后，将FBX文件发送给Maya建模师，以便随后导演与动画师进行再加工；
然后，Maya建模师将发回包含了相机路径的注释和模型，这些路径会不断更新；
重复此过程，直到将场景精炼到美术部门可以开始建立详细概念的程度为止；
最后，得到导演的批准，就可以将它们移交给布景设计师。
拍摄现场
《登月第一人》(First Man)的制作设计师兰森·克罗雷 Nathan Crowley八年来致力于创作沉浸式电影，可以理解为热衷于模型与实景拍摄，偏向于超现实主义拍摄。
片中登月的三名宇航员
他始终秉持着“我们宁可运用不同的实际技术来实现场景直到我们没有相应的实际技术”。不使用绿幕，而是用遥远景象、位置设计、场景设计、微型摄影、前投、LED屏幕、CGI计算机模拟画面等等，所有这些不同的方法共同形成天衣无缝的宏伟体验。
拍摄现场
作为设计师，我的电影必须身临其境，规模宏大，
远大于电视屏幕可容纳的，那就是我在制作前的动力。
我希望观众能被席卷进创造出的世界中，完全意识不到周围的环境。
—— Nathan Crowley
巨幕前的拍摄
2011年，兰森开始学习3D软件Modo来设计与建模，在使用Modo之前，他曾是铅笔绘图员和模型建筑设计师。后借助3D打印机，他发现可以快速对任何设计进行概念建模，尽其所能地想象空间。
紧接着他将Modo迅速创建的微缩模型带回美术部门，并用自己的3D打印机便宜地生产它们，从而可以与更大美术部门的人力物力一起玩，在资金上有更大的灵活性，“从某种意义上说，建立了一个帝国”。
《登月第一人》剧组的制作原则
2016年，兰森与自己的工作伙伴试图找出一种制作该电影的方法论。为了表达对航天从业人员的尊敬，他们前往NASA真实的任务中心。
环形LED巨幕
抛弃了前投影的方法，使用半圆形LED巨幕显示室内场景与月球轨道。并将双子座、阿波罗号等宇宙飞船同时制作了微型模型与实际尺寸的模型放在LED巨幕前拍摄，用于对接场景。
阿波罗号部件模型
兰森的团队在很短的时间内完成大量工作。招募了许多助理艺术总监，设计师和模型制作者。美术部门负责3D打印机，雇用了几个模型制造商，日以继夜地组装并完成所有的模型。
其中德国公司提供的大型3D打印机可以应付14英尺高的土星五号和土卫六火箭以及1/6比例的月球舱，双子座和阿波罗。
X-15号真实比例模型
“简而言之，这就是我的方法。电影设计中没有对与错。我喜欢缺乏景深的画面，以模糊比例和背景。我认为场景设计的边界不应该因为无端的视觉效果而剥夺了观众的想象力，这种想象力应该是可以根据电影的场景，声音和灯光继续发散的。”
—— 兰森 · 克罗雷 Nathan Crowley
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