映画には山田のほか、ウィンリィ・ロックベル役として本田翼、ロイ・マスタング役としてディーン・フジオカが出演。加えてハクロ将軍役に小日向文世、マース・ヒューズ中佐役に佐藤隆太、リザ・ホークアイ中尉役に蓮佛美沙子、マリア・ロス少尉役に夏菜、グレイシア・ヒューズ役に原田夏希、ショウ・タッカー役に大泉洋、ドクター・マルコー役に國村隼がキャスティングされた。 さらにホムンクルスと呼ばれる人造人間のラスト役は松雪泰子、エンヴィー役は本郷奏多、グラトニー役は内山信二、彼らと共謀するコーネロ教主役は石丸謙二郎が演じる。また監督は実写映画「ピンポン」で知られる、曽利文彦が担当することも明かされた。撮影は6月上旬、イタリアにてスタートする。 曽利監督は今作において、デジタル技術を前面に押し出した映像を手がけると語る。また全108話に及ぶ原作を1つの映画にするにあたり、「なるべく原作に沿った形で描きたい。キャス
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