211service.com
Kad animaciniai skysčiai atrodytų tikroviškiau
Daugumos filmų specialiųjų efektų užkulisiuose slypi kompiuteriai, traškantys intensyvias matematines lygtis. Kai kurios iš sudėtingiausių animacijos lygčių tipų apibūdina skysčių judėjimą: nuo lavos srauto iki sprogimo iki dūmų žiedų atsiradimo ir išnykimo. Tačiau dažnai animatoriams prieinamos lygtys nėra pakankamai geros, kad būtų galima tiksliai vaizduoti ir valdyti skysčius, sakoma. Mathieu Desbrunas , kompiuterių mokslų profesorius Kalifornijos technologijos institute Pasadenoje. Pasak jo, kad sklandi animacija atrodytų pakankamai gerai, kai kurie animatoriai pasirenka ją piešti ranka – tai daug laiko reikalaujantis procesas.
Šiame sniego rutulyje besisukantis skystis paklūsta naujoms kompiuterinio modeliavimo lygtims, sukurtoms Caltech. Tyrėjai teigia, kad šios lygtys atskleidžia skysčio judėjimą, kuris yra realesnis nei tai, kas įmanoma naudojant šiandieninę kompiuterinės animacijos programinę įrangą.
Tačiau Desbruno tyrimai gali padėti skysčiams geriau tekėti ekrane. Jis ir jo komanda kuria visiškai naują požiūrį į skysčių judėjimą, pagrįstą nauja matematika, vadinama diskrečiąja diferencine geometrija, kurioje naudojamos lygtys, specialiai sukurtos kompiuteriams, o ne žmonėms. Galiausiai, pasak jo, jie gali sumažinti animacijos kūrinio kūrimo išlaidas ir laiką. Dabar, kai naudojame kompiuterius, tai visiškai naujas kamuolio žaidimas, sako jis.
Multimedija
Žiūrėkite, kaip dūmai paklūsta naujoms skysčių dinamikos lygtims
Stebėkite, kaip skystėjantis veikėjas paklūsta naujoms skysčių dinamikos lygtims
Desbrunas aiškina, kad prieš kompiuterius matematikai ir fizikai sukūrė objektų, tokių kaip kietosios medžiagos ir skysčiai, judėjimo lygtis, ir daugelis jų buvo išsprendžiamos rankomis. Per pastaruosius kelis dešimtmečius tapo aišku, kad kompiuteriai gali būti naudojami daugeliui sudėtingesnių lygčių išspręsti, todėl kompiuterių mokslininkai ir matematikai paėmė žinomą lygčių rinkinį ir bandė jas modifikuoti. Jie perdarė lygtis, paaiškinančias fizines taisykles, efektyviai suskaidydami jas į šimtus daugybės gabalų, kad skaitmeninės kompiuterio smegenys, kurios vienu metu gerai dirba su daugybe šių dalių, galėtų jas išspręsti.
Nors taikant šį metodą buvo atlikta daug sėkmingų darbų, sako Desbrun, šios lygtys vis dar tik apytiksliai parodo judesį ir linkusios gaminti nenatūraliai tekančius skysčius. Pavyzdžiui, sūkurinės vonios atveju laikui bėgant tradicinis požiūris įtraukia judesio klaidų ir sukuria dirbtinį klampumą: vizualinis rezultatas yra sūkurinė vonia, kuri sulėtėja be jokios akivaizdžios priežasties. Animatorius turi įsitraukti, kad pakeistų kadrus, kad įsitikintų, jog skystis juda teisinga kryptimi.
Desbrun metodas yra parašyti naujas lygtis, pagrįstas fizinėmis savybėmis, kurios nėra išreikštos tradicinėse lygtyse. Pavyzdžiui, į tradicines lygtis įtraukta informacija apie skysčio greitį ir ji naudojama apytiksliai arba netiksliai apibūdinti skysčio judėjimą, jei jis pradeda suktis aplinkui. Tačiau Desbruno lygtys aplenkia paprastą greitį ir tiksliai apibūdina sūkurinį judėjimą taip, kad kompiuteriai galėtų lengvai susidoroti. Užuot tik apytiksliai juos įvertinę, galime tiksliai užfiksuoti dinamiką, sako jis. Ir parodome, kad vizualiai tai apsimoka.
Straipsnyje, paskelbtame šį mėnesį žurnale Grafikos operacijos Desbrunas ir jo komanda aprašo metodą, kurį jie taiko modeliuodami besisukančius skysčius aplink ir kietuose objektuose, pavyzdžiui, sniego rutulyje. Tradicinis metodas apytiksliai apytiksliai apskaičiuotų skysčio greitį įvairiuose erdvės ir laiko taškuose ir naudotų tai apytiksliai jo judėjimui apskritime. Tačiau Desbruno lygtys modeliuoja tikrąją skysčio cirkuliaciją, tarsi tai būtų tokia esminė savybė kaip greitis.
Norėdami imituoti skysčio cirkuliaciją, mokslininkai turi užfiksuoti pagrindinę tos cirkuliacijos savybę, vadinamą srautu. Srautas arba skysčio kiekis, kuris bet kuriuo metu juda erdvėje, fiksuojamas suskaidžius sūkurį į mažyčius gabalėlius ir kiekviename gabale nustatant srautą. Šios vertės įtraukiamos į judesio lygtį, todėl skystis gali tekėti tiksliau.
Kol kas, sako Desbrun, rezultatai yra daug žadantys. Įrodyta, kad šis metodas užtikrina gerą statistinį nuspėjamumą … užtikrina aukštą vaizdo kokybę.
Tyrimas gali būti reikšmingas kompiuterinės grafikos bendruomenei Eva Kanso , Pietų Kalifornijos universiteto Los Andžele aerokosminės ir mechaninės inžinerijos profesorius, kuris modeliuoja skysčius skaičiavimo būdu. Ji sako, kad tradiciškai tendencija buvo naudoti greitą skaičiavimą, kuris yra panašus į realybę, bet nėra pagrįstas tikra fizika. Tai didelis žingsnis kompiuterinės grafikos bendruomenei pažvelgti į fizinius dėsnius ir bandyti juos imituoti, ypač dabar, kai labai reikia realistiškesnės animacijos.
Jamesas O'Brienas , informatikos profesorius iš Kalifornijos universiteto Berklyje, sako, kad jei tradicinis skaičiavimo metodas ir Desbruno metodas derėtų vienas su kitu, laikas, kurio reikia animacijai sukurti, labai nesiskirtų. . Tačiau jis sako, kad tikroji esmė yra gauti geresnių rezultatų įdedant tiek pat pastangų.
Šiuo metu, sako Desbrun, jo naujas skaičiavimo metodas nėra paruoštas geriausiu laiku animacijos studijose esančioje programinėje įrangoje, tačiau kolegos iš Kolumbijos universiteto tiria šią galimybę. Jis sako, kad mes nepastūmėjome savo tyrimų iki taško, kad galėtume padėti kino kompanijoms labiau kontroliuoti skysčių srautą. Tačiau jis priduria, kad jei lygtys būtų naudojamos programinėje įrangoje, menininkai vienu mygtuko paspaudimu galėtų lengvai modifikuoti specialiuosius efektus ir animaciją kur kas tiksliau nei šiandien.