С великолепными реальными изображениями льющейся с неба воды и выхлопных газов после пожара от законов физики в кино тоже не уйти! Моделирование жидкости в 50-х и 60-х годах моделировалось математически до того, как появилась индустрия компьютерной графики. В начале 90-х годов компьютерная графика (компьютерная графика) в таких фильмах, как «Водный мир» и «Титаник», ограничивалась широко открытыми кадрами океана, и экспериментировать с использованием этой технологии было не так уж и много. Сегодня, благодаря реальной физике жидкости, визуальные эффекты, которые было трудно практически воспроизвести, стали возможными с помощью различных платформ моделирования жидкости.
Имитация течения жидкости в промышленных масштабах — достаточно новая технология. До разработки платформ для моделирования жидкости, то есть до конца 90-х годов, эффекты воды рисовались и обрабатывались по одному кадру на компьютерах. В основном это осуществлялось с помощью cel-анимации, кадров, созданных компьютером, или путем покрытия жидких слоев поверх твердых тел. «Муравей» был первым фильмом, в котором использовалась симуляция жидкости, и команда по визуальным эффектам сочла это слишком трудоемким и сложным. В 1999 году Стэм представил технологию , которая использовала основные уравнения жидкости для реалистичного моделирования потока жидкости. Вскоре эта технология была включена в различное анимационное программное обеспечение. Но недостатки этой технологии заключались в том, что она могла имитировать только воду (никакие другие жидкости), и жидкостью нельзя было управлять для создания чего-то нереалистичного (в то же время убеждая аудиторию поверить в это). В последние годы стало возможным контролировать поток жидкости путем введения в уравнения невидимых всасывающих насосов и водоворотов в качестве объектов, которые будут перемещать жидкость. Эти эффекты были использованы в сцене наводнения в Нью-Йорке в фильме «Послезавтра» .
Хотя использование симуляции жидкости в мире визуальных эффектов стремительно растёт, большинство художников понятия не имеют об основах симуляции . Они решают это , настраивая несколько параметров, пока все не будет выглядеть правильно. Первоначально моделирование жидкости в фильмах было больше сосредоточено на поверхностных свойствах, таких как полуплоские океаны, но сегодня интерес сместился в сторону объема жидкостей. Например, вода течет внутрь и вокруг твердых тел, демонстрируя высоту воды над землей. В основе всех этих моделей жидкости лежит уравнение Навье-Стокса , которое описывает поведение жидкости с некоторыми ключевыми допущениями, а выходные данные часто имеют форму поля скорости, а не простого числа. Рекомендуется понять следующие основы, чтобы лучше понять гидродинамику.
- Сохранение массы, энергии/импульса и объема.
- Соединительное ускорение (ускорение жидкости контролируется пространством вокруг)
- Ключевые силы, управляющие жидкостью: вязкость и гравитация.
- Граничные условия (важно понимать приближающийся край жидкости, которым может быть стенка или другая жидкость)
В индустрии визуальных эффектов есть отмеченные наградами дизайнеры со степенями в области науки и технологий и без них. Все, что имеет значение, — это базовое понимание основополагающих принципов; Ожидается, что дальнейший опыт сформирует ваши глубокие знания. Но Эжени фон Тензельманн, дизайнер визуальных эффектов в Framestone , придерживается иного взгляда на этот вопрос, и, по ее словам, « если вы пытаетесь моделировать поток жидкости, «вам необходимо иметь представление о термодинамике». Во время создания фильма «Гравитация» физик Тим Уэббер стал главным креативным директором по визуальным эффектам, и его команде пришлось написать симуляцию того, что происходит в условиях микрогравитации. Создание этого фильма стало кульминацией всей его карьеры.
Достижение баланса между реализмом, вычислительной мощностью, человеческими знаниями и доступным количеством часов определяет, какую технологию моделирования жидкости использовать. Хотя основополагающий принцип анимации жидкости и CFD один и тот же, моделирование жидкости в первую очередь ориентировано на визуальное поведение жидкости и не используется для научного изучения потока жидкости . Ключевые методы, разработанные для получения блестящих результатов в области жидкостной анимации в доступные сроки, на которые ушли годы исследований по моделированию жидкости, заключаются в следующем:
- Гидродинамика гладких частиц (SPH)
- Методы объемной сетки
- Метод маркера и ячейки (MAC)
- Частица в целах (PIC)
- FLIP
Поскольку мы говорим о фильмах и о том, как жидкостное моделирование играет важную роль в визуальных эффектах, было бы неплохо узнать, как Disney использует CFD при проектировании своего нового офиса. Новая штаб-квартира компании Walt Disney расположена на Гудзон-сквер, 4, которая когда-то была типографской улицей Нью-Йорка. Для создания устойчивого проекта здания, соответствующего требованиям LEED, консультанты Wintech используют новейшие технологии в области CFD, чтобы соответствовать Национальным стандартам качества окружающего воздуха (NAAQS), и совершенствуют проект здания, чтобы минимально воздействовать на ветер и тепловые нагрузки на подъездах. С помощью этого проекта и строительства здания Disney стремится продемонстрировать лучшие практики обслуживания компании, ее сотрудников и города.
От придания реализма вьющимся волосам Мериды в «Храброй храбрости» до пылающего огня из пасти дракона в «Гарри Поттере и Кубке огня» — жидкостное моделирование помогло расширить горизонт визуальных эффектов в фильмах, и сегодня мы являемся свидетелями эры жидкостного моделирования. в Голливуде. Моделирование жидкости помогает и помогает многочисленным отраслям промышленности решать свои проектные задачи для наилучшего решения в рамках ограничений проблемы. Ожидается, что будущие решения для моделирования жидкости будут более интеллектуальными, обеспечивая максимальную точность решений с минимальными человеческими усилиями, и, тем не менее, мы не так уж далеки от того, чтобы это стремление стало реальностью.
