เคยสงสัยไหมว่าภาพยนตร์อนิเมชั่นเช่น The Incredibles Get Hair, เสื้อผ้า, น้ำ, พืชและรายละเอียดอื่น ๆ เพื่อดูสมจริง? หรือเช่นเดียวกับ The Lion in the Chronicles of Narnia ตัวละครอนิเมชั่นทำงานเป็นภาพยนตร์แอ็คชั่นไลฟ์แอ็กชั่น? หากไม่เป็นเช่นนั้นอนิเมเตอร์ก็จะพอใจเนื่องจากพวกเขาไม่ต้องการให้เอฟเฟกต์พิเศษหันเหความสนใจจากเรื่องราว อย่างไรก็ตามเบื้องหลังการผสมผสานระหว่างศิลปะการคำนวณและฟิสิกส์ที่ซับซ้อน
ตามเนื้อผ้าแอนิเมชั่นถูกวาดด้วยมือโดยศิลปินที่ต้องการ "ตาวิเศษบางอย่างที่จิตรกรยุคฟื้นฟูศิลปวิทยามีเพื่อให้ความประทับใจว่ามันส่องสว่างอย่างแท้จริง" Paul Debevec นักวิจัยด้านคอมพิวเตอร์กราฟิกของมหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนียกล่าว ในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาแอนิเมชั่นทาสีด้วยมือได้จางหายไปเนื่องจากการจำลองทางร่างกายได้ถูกนำมาใช้มากขึ้นเพื่อให้ได้แสงและการเคลื่อนไหวที่สมจริงยิ่งขึ้น แม้จะมีการเคลื่อนไหวนี้ไปสู่ความเป็นจริงในภาพยนตร์อนิเมชั่น แต่ฟิสิกส์ของโลกแห่งความเป็นจริงยังคงเป็นทาสของความได้เปรียบและศิลปะ: การทำให้เข้าใจง่ายและทางลัดทำให้การจำลองเร็วขึ้นและถูกกว่าและสิ่งที่ผู้กำกับต้องการความแม่นยำทางกายภาพ
ในฉากหนึ่งที่น่าทึ่งในภาพยนตร์ 300 ซึ่งออกมาในช่วงต้นปี 2550 เรือหลายลำชนกันอย่างรุนแรง - ตัวเรือแตกเสากระโดงเสากระโดงเสากระโดงเรือใบฉีกขาดและเรือจม Stephan Trojansky ซึ่งทำงานใน 300 คนในฐานะหัวหน้างาน Visual Effects สำหรับ บริษัท Scanlinevfx ของ บริษัท ในเยอรมันกล่าวว่าเพิ่งสร้างมหาสมุทรในฉากนั้นเกี่ยวข้องกับการจำลององค์ประกอบ 128 พันล้าน “ เราอาจสร้างรายละเอียดการจำลองของเหลวสูงสุดที่เคยใช้ในเอฟเฟกต์ภาพ” เขากล่าว
"สำหรับการแตกหักและแตกหักของเรือ" เขากล่าวเสริม "เราพัฒนาเทคโนโลยีที่แตกเป็นชิ้นไม้ไม่แตกเหมือนหอหินมันโค้งงอเพื่อให้ได้พฤติกรรมที่สมจริงคุณต้องคำนึงถึงวิธีที่เรือถูกตอกเข้าด้วยกัน
ภาพเคลื่อนไหวของของเหลวและของแข็ง - และการแสดงออกทางสีหน้าและเสื้อผ้าเหนือสิ่งอื่นใด - ใช้วิธีการคำนวณที่หลากหลายและโฮสต์ของสมการ แต่มีการแลกเปลี่ยนในการผลักดันให้มีการเคลื่อนไหวที่สมจริงมากขึ้น - การย้ายเข้าใกล้ความเป็นจริงต้องใช้พลังคอมพิวเตอร์มากขึ้นเรื่อย ๆ และมีราคาแพงขึ้นเรื่อย ๆ มีสามวิธีที่ใช้กันทั่วไปของอนิเมชั่นคอมพิวเตอร์- แบ่งวัตถุที่ถูกจำลองเป็นองค์ประกอบที่ไม่ต่อเนื่องใช้จุดตัวอย่างจากวัตถุหรือสร้างเซลล์คงที่ในอวกาศ
Mark Sagar จาก Weta Digital บริษัท เอฟเฟกต์ภาพในเวลลิงตันประเทศนิวซีแลนด์มีความเชี่ยวชาญในการจำลองใบหน้า เทคนิคหนึ่งคือการจับภาพการเคลื่อนไหวซึ่งมีเครื่องหมายอยู่บนใบหน้าของนักแสดงตำแหน่งของพวกเขาจะถูกบันทึกไว้สำหรับการแสดงออกที่แตกต่างกันและตำแหน่งจะถูกแมปเข้ากับตัวละครภาพเคลื่อนไหว “ สำหรับกษัตริย์คองเราแมปการแสดงออกของนักแสดงลงบนกอริลลา” ซาการ์กล่าว
การจำลองใบหน้าเกี่ยวข้องกับการตีความการเคลื่อนไหวในแง่ของกล้ามเนื้อSagar กล่าว "เราประมาณคุณสมบัติเชิงกลโดยละเอียดของเนื้อเยื่อสดและเลเยอร์และเลเยอร์ของมันคุณมีข้อมูลการเคลื่อนไหวและเริ่มต้นหาสิ่งที่แรงผลักดันคือ" การสร้างแบบจำลองการยืดตัวที่สมจริงของผิวต้องใช้องค์ประกอบที่ จำกัด จำนวนมาก - แต่ละทิชชู่แพทช์เล็ก ๆ ” เขากล่าว“ คุณคำนวณและแก้ปัญหากองกำลังในแต่ละจุดแล้วสรุปจนกว่าคุณจะได้สมการที่สมดุล มันไม่ซับซ้อนจากมุมมองทางวิศวกรรม แต่ให้ผลลัพธ์ที่มีคุณภาพสูง "
การเคลื่อนไหวที่สมจริงมักจะซับซ้อนเกินไปสำหรับอนิเมเตอร์ที่จะทำด้วยมือ Michael Kass นักวิจัยของ Pixar Animation Studios กล่าว "ผลลัพธ์อาจแย่และแพงมาก" ในเรื่องของเล่นดั้งเดิมปี 1995 เขาพูดว่า "ถ้าคุณเห็นริ้วรอยในเสื้อผ้ามันเป็นเพราะอนิเมเตอร์ตัดสินใจที่จะใส่ริ้วรอยในเวลานั้นหลังจากนั้นเรา [ที่พิกซาร์] ตัดสินใจทำหนังสั้นเพื่อลองจำลองเสื้อผ้าที่มีพื้นฐานมาจากร่างกาย"
การเคลื่อนไหวของเสื้อผ้าถูกคำนวณเป็นวิธีแก้ปัญหาสมการเชิงอนุพันธ์บางส่วนเขากล่าว "คุณเริ่มต้นด้วยหัวข้อแต่ละหัวข้อคุณสมบัติพื้นฐานของพวกเขาคืออะไรจากนั้นคุณจะพิจารณาคุณสมบัติจำนวนมากเมื่อทอ [พวกเขา] ผลกระทบทางกายภาพหลักคือการยืดกลืนการตัดและการดัดในระดับหนึ่งคุณสามารถใช้ผ้าจริงและรับการวัดจริง"
ในขณะที่เสื้อผ้าเคลื่อนไหวยังคงนำเสนอปัญหาเขากล่าวว่า“ ตอนนี้มันเป็นส่วนหนึ่งของกระเป๋าเทคนิคมาตรฐานการจำลองของเรามีความแม่นยำเพียงพอที่เราสามารถออกแบบเสื้อผ้าด้วยซอฟต์แวร์ทำรูปแบบที่มีวางจำหน่ายทั่วไปแล้วให้พวกเขาเคลื่อนไหวเป็นส่วนใหญ่ตามที่ช่างตัดเสื้อคาดหวังในการจำลองเสมือนจริงของเรา”
ภาพเคลื่อนไหวผม "มีหลายวิธีที่ง่ายกว่าเสื้อผ้าเพราะมันเหมือนกระทู้แต่ละตัว" Kass กล่าว “ ความแตกต่างคือเสื้อผ้าไม่ขยับเหมือนเสื้อผ้าเว้นแต่ว่าเกลียวจะโต้ตอบในหัวผมที่แท้จริงเธรดจะมีปฏิสัมพันธ์ แต่คุณสามารถเคลื่อนไหวได้โดยไม่คำนึงถึงสิ่งนั้น”
การส่องสว่างเป็นอีกพื้นที่หนึ่งที่ฟิสิกส์มีบทบาทสำคัญในการเคลื่อนไหว เป็นเวลานาน Steve Marschner ของ Cornell University กล่าวว่า "การแสดงผลผิวเป็นเรื่องยากมันจะดูขี้ผึ้งหรือราบรื่นเกินไป" เขากล่าวว่าการแก้ไขคือการคำนึงถึงว่าผิวหนังโปร่งแสงซึ่งเขาและเพื่อนร่วมงาน "คิดออกจากการดูปัญหาที่แตกต่าง - หินอ่อน"
เช่นเดียวกับการจำลองของของเหลว, ผ้า, ร่างกายที่แข็งและอื่น ๆ , การผสมผสานความโปร่งแสงเพื่อจำลองผิวที่เกี่ยวข้องกับฟิสิกส์เก่า "ในบางกรณีเราต้องสร้างแบบจำลองจากพื้นดิน แต่บางครั้งเราพบใครบางคนในสาขาฟิสิกส์อื่นที่แก้ไขปัญหาที่คล้ายกันและเราสามารถใช้ประโยชน์จากสิ่งที่พวกเขาทำ" สำหรับความโปร่งแสงของผิวหนัง "เราสามารถปรับวิธีแก้ปัญหาจากฟิสิกส์การแพทย์จากการคำนวณการกระจายรังสีภายในผิวหนังที่ใช้สำหรับการรักษาด้วยเลเซอร์ในโรคผิวหนัง"
“ หนึ่งในสิ่งที่ยอดเยี่ยมที่สุดที่คุณเห็นในภาพยนตร์คือเมื่อมีสัตว์ร้ายหรือตัวละครดิจิทัลที่กำลังนั่งอยู่ในฉากโรมมิ่งไปรอบ ๆ และดูเหมือนว่ามันจะอยู่ที่นั่นจริงๆ” Debevec กล่าว "วิธีเดียวที่คุณสามารถทำได้คือการทำความเข้าใจฟิสิกส์ของการขนส่งแสงโดยเคารพว่าแสงทำงานในโลกแห่งความเป็นจริงอย่างไรจากนั้นใช้คอมพิวเตอร์เพื่อพยายามสร้างความแตกต่างจากสิ่งที่ถูกยิงจริงๆ"
ตัวอย่างเช่นเขากล่าวว่าในนาร์เนีย "พวกเขาถ่ายทำมากมายกับเด็ก ๆ ที่แต่งตัวในชุดอัศวินของพวกเขาและออกจากพื้นที่ว่างสำหรับสิงโต" จากนั้นเพื่อให้ได้สิงโตดิจิตอลที่ถูกต้อง "Studios จังหวะและเฉดสีใช้กล้องที่ปรับเทียบรังสีเพื่อวัดสีและความเข้มของการส่องสว่างจากทุกทิศทางในฉาก" การวัดเขากล่าวเสริมว่า "ถูกป้อนเข้าสู่อัลกอริทึมที่ได้รับการพัฒนาในชุมชนฟิสิกส์และได้รับการดัดแปลงโดยชุมชนคอมพิวเตอร์กราฟิกเป็นวิธีที่สมจริงในการจำลองวิธีการตีกลับในฉาก"
วิธีการที่คล้ายกันนี้ใช้สำหรับการสร้างคู่ดิจิตอล - ตัวละครสตั๊นต์เสมือนจริงที่เติมเต็มสำหรับนักแสดงสด ด้วยเหตุนี้ Debevec กล่าวว่า "สตูดิโอภาพยนตร์บางครั้งนำนักแสดงมาที่สถาบันของเราซึ่งเราได้สร้างอุปกรณ์เพื่อวัดว่าบุคคลหรือวัตถุหรืออะไรก็ตามที่คุณติดอยู่ใน [อุปกรณ์] สะท้อนแสงที่มาจากทุกทิศทางที่เป็นไปได้" เขากล่าวว่าชุดข้อมูลที่ได้นั้นสามารถใช้เพื่อจำลองเวอร์ชันเสมือนจริงของบุคคล "มีภาพดิจิตอล Alfred Molina ประมาณ 40 นัดที่เล่น Dr. Otto Octavius ในแมงมุม2. ดูเหมือนเขา แต่มันเป็นตัวละครอนิเมชั่น ภาพสะท้อนจากผิวหนังนั้นดูสมจริงด้วยพื้นผิวความโปร่งแสงและความเงางามเนื่องจากมันขึ้นอยู่กับการวัดของนักแสดงที่แท้จริง "
“ เราไม่ค่อยจำลองการตีกลับทางอ้อมมากกว่าสองครั้งในขณะที่แสงความเป็นจริงเพียงแค่ตีกลับไปรอบ ๆ ” Debevec กล่าวต่อ “ ไม่มีการตีกลับสิ่งต่าง ๆ ก็ดูสปาร์ตันและเงาเกินไปที่คมชัดเกินไปหนึ่งครั้งที่เต็มไปด้วยแสงที่หายไปสามในสี่และด้วยการตีกลับสองครั้งคุณมักจะผ่าน 95%นั่นก็ดีพอ” เขาเสริมอีกทางลัดคือการมุ่งเน้นไปที่รังสีแสงที่จะจบลงที่ดวงตา "เราพยายามหากลโกงที่คุณสามารถทำให้ภาพนั้นดูถูกต้อง"
“ มีประเพณีที่ยาวนานของการโกงให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้” Marschner กล่าว“ เพราะการตั้งค่าการจำลองที่แน่นอนนั้นเป็นไปไม่ได้หรือแพงเกินไป” “ เราใช้ฟิสิกส์เพื่อให้ได้ความสมจริง” โทรจันกี้กล่าว "แต่ฉันเป็นสิบแปดมงกุฎฟิสิกส์ฉันใช้มันเป็นฐาน แต่ฉันสนใจเอฟเฟกต์ภาพ"
- ขั้นตอนต่อไป: เทคโนโลยีป่าและก่อกวน
- วิดีโอ: แฟชั่นโชว์โฮโลแกรม
- Planet Earth 2007: การเปิดเผยทางวิทยาศาสตร์ 10 อันดับแรก
หมายเหตุบรรณาธิการ:นี่เป็นเวอร์ชันที่แก้ไขของบทความที่ปรากฏในนิตยสารฟิสิกส์วันนี้ฉบับเดือนพฤศจิกายน 2550 มันถูกตีพิมพ์ซ้ำที่นี่โดยได้รับอนุญาต
