第十六章 控制的未来 16.1 玩具世界的卡通物理学

电影《侏罗纪公园》的恐龙最了不的方就在它有足够长的人工生命,在电影《石头城乐园》 中被再次卡通恐龙。

,再次场的恐龙不完全一。它更驯服、更长、更圆,更听从指挥。不,些恐龙的身体内,跳动的却是一颗数字脏,一颗属霸王龙或速龙的脏——不同的身体,同的恐龙。工业光魔公司 的奇才、虚拟恐龙的明者,马克·戴普 改变些生物的数字基因设置就它变爱的宠物,同又让它保持逼真的银幕形态。

《侏罗纪公园》中的那些恐龙不是些行尸走。它有逼真的身体,却缺少己的行、己的意志,己的生存力。它是由计算机动画师操纵的幽灵般的提线木偶。不有朝一日,些恐龙像匹诺曹 一获属己的生命。

在些侏罗纪恐龙进入栩栩生的电影世界前,它栖居在一空旷的三维世界。在片幻世界中,除了音量、灯光、空间外,几乎一无所有。风、重力、惯、摩擦力、硬度及物质世界所具有的细枝末节全不存在,需象力丰富的动画师构建。

“传统动画中所有的物理习取决动画师的认知”,说话的是迈克尔·凯斯 ,他是苹果电脑公司的一位计算机图形工程师。比,沃特·迪斯尼画米老鼠屁颠屁颠从楼梯滚的候,他在画纸展示的效果他万有引力的认识。不管是真是假,米老鼠遵循的是迪斯尼物理的理解。理解通常不怎真实,恰恰是动画片的魅力所在。很动画师借助夸张、变异,甚至干脆忽视真实世界的物理定律博一笑。不,现代电影风格追求严格的真实感。观众希望电影《外星人E.T.》的飞行行车像“真的”飞行着的行车,不是卡通版行车。

凯斯尝试的,就是物理引入仿真世界。“我参考了物理装进动画师脑子的传统做法,决定改一,让计算机懂一些物理知识。”

让我从那一无所有的幻世界说,象面有一漂浮的徽标。凯斯说,简单世界的问题一是“面的东西轻飘飘有一点重量”。了增加世界的真实感,我给象添加质量属,同给环境设置重力定律。一,果一飘浮的徽标掉在板,它坠落的加速度跟一实物在球掉落的加速度一。重力公式非常简单,它置入一世界不难。我给徽标再加一弹公式,它就“”非常有规律的方式从板弹。它遵守重力定律、动定律及让它减速的摩擦力定律。我给它加硬度——比塑料的硬度或者金属的硬度——它冲击的反应变真实。最的结果就有一真实感,镀铬徽标摔的候,它反弹的幅度越越,直咔嗒一停。

我继续运更的物理定律公式,比弹系数、表面张力、旋转效果,它编码环境中。随着我些人工环境加入更的复杂度,它就合生命长的沃土。

就是些侏罗纪的恐龙此逼真的原因。它抬腿的候,它克服虚拟的躯体的重量,它的肌伸缩或垂。脚落的候,重力拉扯它,落带的冲击同向反腿部。

迪斯尼1993年夏行的电影《人吓鬼》中那说话的猫,是一类似恐龙的虚拟角色,但更逼真。动画师首先制做一数字猫的外形,一张照片的猫参照,数字猫披质感的皮毛。不是它那非同寻常的讲话力,它那猫简直像极了。它嘴部的动是从人那映的。所,虚拟动物其实是一猫-人混血儿。

电影观众秋叶被吹街。他有意识场景其实是计算机生的动画。画面所很真实,是因段影像中确实有某真实:片片虚拟的叶子被一阵虚拟的风吹了虚拟的街。就像雷诺兹的那群虚拟蝙蝠一,真的有量东西按照物理定律被某股力量真实推动着。那些虚拟的树叶是有属的,比重量、形状表面积。些树叶释放某一阵虚拟的风的候,它所遵循的那套定律,跟真的树叶所遵循的物理定律是一的。所,在虚拟场景中,各部分间的关系就同你的身体肤一真实。尽管叶子的细节不足近,但飘零的落叶其实不需太的画工。

让动画形象遵循己的物理法则是现实主义的新秘诀。终结者II号机器人从一滩熔化的铬冒,那效果逼真令人震惊,因它遵循的是体在真实世界的物理规律(譬表面张力)。是一滩“仿真”的体。

凯斯他在苹果公司的同盖文·米勒 设计一些计算机程序,渲染溪涓涓流或者雨点滴落在水池中的微妙细节。他水文各定律的公式与一动画引擎挂钩,些定律移植了仿真世界。在视频短片中你,在柔的光线,一浅波扫一片干燥的沙岸,像真的波浪那不规则破碎,退,留湿漉漉的沙。其实些不是些方程式已。

了使些数字世界有,所有创造的东西简化某方程式。其中不仅包括那些恐龙水,最终包括那些恐龙啃咬的树木,那些吉普车(在《侏罗纪公园》,有些场景中的吉普车就是数字的)、建筑物、衣服、餐桌有气。些数字形式并不仅仅是在拍电影才。在不久的将,不单是电影,所有制造品将通计算机辅助设计 软件进行设计、生产。今,汽车部件已经先在计算机屏幕进行仿真,将方程式直接传送给工厂的车床焊接机,使些数字变真实的形状。一名“动型” 的新工业流程从计算机辅助设计那获取数据,在瞬间由粉末金属或态塑料直接生三维原型。某物体一刻是屏幕的一些线条,一刻就已经是一拿在手或带着处走的实实在在的东西了。动型技术“打印”的是真正的齿轮不是某齿轮的图纸。工厂机器准备的紧急备件是抗压塑料在车间就“打印”的;在拿真正的备件前,它顶一阵子。不久的将,打印的零件就真正的零件。约翰·沃克 是世界最知名的计算机辅助设计软件AutoCAD的创始人,他告诉记者:“计算机辅助设计做的,就是在计算机真实世界中的物体建造模型。我相信,在机熟的候,世界所有的东西,无论是否是制造的,在电脑生模型。是一非常非常巨的市场。包罗万象。”

生物不例外。计算机已经花朵建立模型了。普鲁辛凯维奇 是加拿卡尔加的一位计算机科。他运植物生长的数模型创造三维虚拟花朵。显,绝数植物的生长程符合几条简单的定律。花的信号非常复杂,同一根枝条花朵的放顺序受几互信息的影响。但是将些相互的信号编制一程序却非常简单。

植物生长的数模型,是由理论生物阿利斯蒂德·林登尔 在1968年建造的。他的方程式清晰表明了康乃馨玫瑰间的差别:两者间的区别简化一粒数字子的一组变量。,一颗完整的植株一粒子表示,在硬盘就占几千字节。计算机程序给子解压,屏幕就长一朵生动的花——绿芽首先萌,叶子展,一蓓蕾形,接着,一朵鲜花适绽放。普鲁辛凯维奇他的生翻遍植物文献,了解头花朵何放,雏菊何形,榆树橡树又是何抽各具特色的枝条。他汇集了百海贝蝴蝶的生长算法法则。由此的图像结果很有说服力。普鲁辛凯维奇计算机培育的一幅繁花朵朵的紫丁香图像,完全植物图录中的照片。

初,不是院一项有趣的术活动,今,款软件的园艺打给普鲁辛凯维奇的电话已经令他应接不暇了。果有一软件够向客户直观显示他的景观设计在未十年甚至是近年春的子,他愿意软件付高价。

普鲁辛凯维奇现,仿造一活物的最佳办法就是植它。他从生物中提炼又应虚拟世界中的那些生长法则,现在正被植电影中的树花朵。它所形的环境与那些恐龙其他数字角色正谓是相益彰。

博德邦软件 是颇受尊敬的人电脑教育软件行商,销售一款各物理力建立模型的物理教软件。你在苹果电脑启动教育软件中的物理程序,就创建一绕着屏幕的太阳旋转的玩具行星。虚拟的星球遵循着

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