Bis zur englischsprachigen 11. Staffel wurde die Serie in den Shepperton Studios, am Stadtrand von London produziert. Die Modelle der Loks wurden im Maßstab 1:32 gefertigt und basieren auf den Gehäusen der bekannten Märklin - Modelleisenbahnen, Nenngröße 0. Das Studio hatte 1993 Ausmaße eines Flugzeughangars.
Unter den Gehäusen befand sich ein Mechanismus, welcher die Augen der Masken über Fernsteuerung bewegbar machte, außerdem eine Pumpe, die bei Bedarf Dampf abgab. Für jeden der Charaktere wurden Gesichter aus Knetmasse angefertigt, die später auf Silikonbasis und mit verschiedenen Emotionsausdrücken vervielfältigt wurden. Thomas hatte damit mehr als 40 Gesichtesausdrücke parat, während andere Loks nur fünf oder sechs Charakterzüge aufsetzen konnten. Damals waren dafür drei Vollzeit- und zwei Teilzeitmodellbauer unter der Führung eines Art Directors tätig. Die Umgebung Sodors und verschiedene Lokomotiven in Statistenrollen stammten aus der Märklin Standardausstattung.
Über Jahre wurde die Serie mit 35mm Kameras gefilmt. Damit schuf man relativ echte Umgebungen und realistische Tiefenwirkung konnte nachgeahmt werden. Die ersten Staffeln ab 1984 entstanden ausschließlich mit diesem Verfahren. In der Mitte der 2000er Jahre hielt die Computertechnik Einzug. Anfangs wurden Dampfelemente, fliegendes Laub oder verschiedene Niederschläge integriert. Seit HIT Entertainment die Serie 2003 übernahm, baute man die Verwendung digitaler Technik in Form von hochauflösenden Digitalkameras und CGI Elementen stetig aus. Die starren Knetmasken mit den Kulleraugen wichen computergenerierten Gesichtern. Heute entsteht die Show komplett in den digtalen Studios von HOT Animation in Manchester, England.
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