211service.com
Padariet animētus šķidrumus reālistiskākus
Lielāko daļu filmu specefektu aizkulisēs ir datori, kas kraukšķina intensīvus matemātiskos vienādojumus. Un daži no vissarežģītākajiem animācijas vienādojumu veidiem apraksta šķidruma kustību: jebko, sākot no lavas plūsmas līdz sprādzienam un beidzot ar dūmu gredzenu pacelšanos un izzušanu. Taču daudzas reizes animatoriem pieejamie vienādojumi nav pietiekami labi, lai precīzi attēlotu un kontrolētu šķidrumus, saka. Matjē Desbruns , datorzinātņu profesors Kalifornijas Tehnoloģiju institūtā Pasadenā. Lai plūstoša animācija izskatītos pietiekami labi, viņš saka, daži animatori izvēlas to zīmēt ar roku, kas ir laikietilpīgs process.
Rotējošais šķidrums šajā sniega globusā pakļaujas jauniem vienādojumiem datorsimulācijām, kas izstrādāti Caltech. Pētnieki apgalvo, ka šie vienādojumi nodrošina šķidruma kustību, kas ir reālāka nekā mūsdienu datora animācijas programmatūra.
Bet Desbruna pētījumi varētu padarīt šķidrumus ekrānā labāk plūstam. Viņš un viņa komanda izstrādā pilnīgi jaunu pieeju šķidruma kustībai, kuras pamatā ir jauna matemātika, ko sauc par diskrēto diferenciālo ģeometriju, kas izmanto vienādojumus, kas īpaši izstrādāti, lai tos atrisinātu datori, nevis cilvēki. Galu galā, viņš saka, viņiem ir potenciāls samazināt animācijas gabala veidošanas izmaksas un laiku. Tagad, kad mēs izmantojam datorus, tā ir pilnīgi jauna bumbas spēle, viņš saka.
Multivide
Skatieties, kā dūmi pakļaujas jaunajiem šķidruma dinamikas vienādojumiem
Skatieties, kā šķidrinošs personāžs pakļaujas jaunajiem šķidruma dinamikas vienādojumiem
Desbruns skaidro, ka pirms datoriem matemātiķi un fiziķi izstrādāja vienādojumus tādu objektu kā cietvielu un šķidrumu kustībai, un daudzi no tiem bija atrisināmi ar roku. Pēdējo desmitgažu laikā kļuva skaidrs, ka datorus var izmantot daudzu sarežģītāku vienādojumu risināšanai, tāpēc datorzinātnieki un matemātiķi izmantoja zināmo vienādojumu kopu un mēģināja tos modificēt uzdevumam. Viņi pārstrādāja vienādojumus, kas izskaidro fiziskos noteikumus, efektīvi sadalot tos simtiem daudzu gabalos, lai datora digitālās smadzenes, kas spēj strādāt ar daudziem šiem gabaliem vienlaikus, varētu tos atrisināt.
Lai gan, izmantojot šo pieeju, ir paveikts daudz veiksmīgu darbu, saka Desbruns, šie vienādojumi joprojām tikai aptuveno kustību un mēdz radīt nedabiski plūstošus šķidrumus. Piemēram, virpuļvannas gadījumā tradicionālā pieeja laika gaitā ievieš kustībā kļūdas, radot mākslīgu viskozitāti: vizuālais rezultāts ir virpuļvanna, kas palēninās bez acīmredzama iemesla. Animatoram ir jāiejaucas, lai modificētu kadrus, lai pārliecinātos, ka šķidrums turpina kustēties pareizajā virzienā.
Desbruna pieeja ir uzrakstīt jaunus vienādojumus, kuru pamatā ir fizikālās īpašības, kas nav izteiktas tradicionālajos vienādojumos. Piemēram, tradicionālie vienādojumi ietver informāciju par šķidruma ātrumu, un to izmanto, lai tuvinātu vai sniegtu neprecīzu šķidruma kustības aprakstu, ja tas sāk virpuļot. Bet Desbruna vienādojumi apiet vienkāršu ātrumu un tā vietā precīzi apraksta virpuļojošo kustību un tādā veidā, ka datori var viegli sagraut. Viņš saka, ka tā vietā, lai tos tikai tuvinātu, mēs varam patiesi tvert dinamiku. Un mēs parādām, ka tas atmaksājas vizuāli.
Šajā mēnesī žurnālā publicētajā rakstā Darījumi ar grafiku Desbruns un viņa komanda apraksta pieeju, ko viņi izmanto, lai modelētu virpuļojošus šķidrumus ap cietiem objektiem, piemēram, sniega globusu, un to iekšienē. Tradicionālā pieeja tuvinātu šķidruma ātrumu dažādos telpas un laika punktos un izmantotu to, lai tuvinātu tā kustību pa apļveida ceļu. Bet Desbruna vienādojumi modelē šķidruma faktisko cirkulāciju tā, it kā tā būtu tikpat būtiska īpašība kā ātrums.
Lai modelētu šķidruma cirkulāciju, pētniekiem ir jāapgūst šīs cirkulācijas pamatīpašība, ko sauc par plūsmu. Plūsma jeb šķidruma daudzums, kas jebkurā brīdī pārvietojas pa telpu, tiek fiksēts, sadalot virpuļvannu mazos gabaliņos un nosakot plūsmu katrā gabalā. Šīs vērtības tiek salocītas kustības vienādojumā, ļaujot šķidrumam plūst precīzāk.
Līdz šim, saka Desbruns, rezultāti ir daudzsološi. Ir pierādīts, ka šī pieeja nodrošina labu statistisko paredzamību … nodrošinot augstu vizuālo kvalitāti.
Pētījums varētu būt nozīmīgs datorgrafikas kopienai, saka Eva Kanso , aviācijas un mašīnbūves profesors Dienvidkalifornijas Universitātē Losandželosā, kurš modelē šķidrumus skaitļošanas veidā. Viņa saka, ka tradicionāli tendence bija izmantot ātrus aprēķinus, kas ir līdzīgi realitātei, bet nav balstīti uz reālu fiziku. Datorgrafikas kopienai tas ir liels solis, lai aplūkotu fiziskos likumus un mēģinātu tos simulēt, jo īpaši tagad, kad ir liels pieprasījums pēc reālistiskākas animācijas.
Džeimss O'Braiens , datorzinātņu profesors Kalifornijas universitātē Bērklijā, saka, ka, ja tradicionālā skaitļošanas metode un Desbruna metode sadarbotos viens ar otru, nebūtu lielas atšķirības laika ziņā, kas nepieciešams animācijas renderēšanai. . Tomēr viņš saka, ka patiesais mērķis ir iegūt labākus rezultātus ar tādu pašu piepūli.
Pašlaik, saka Desbruns, viņa jaunā aprēķinu pieeja nav gatava animācijas studijās atrodamajā programmatūrā, taču kolēģi no Kolumbijas universitātes pēta šo iespēju. Viņš saka, ka mēs neesam virzījuši savu pētījumu tiktāl, ka varētu palīdzēt filmu kompānijām vairāk kontrolēt šķidruma plūsmu. Taču viņš piebilst, ka, ja vienādojumus izmanto programmatūrā, mākslinieki, noklikšķinot uz pogas, var viegli modificēt specefektus un animāciju daudz precīzāk nekā mūsdienās.