当华特迪士尼工作室的动画师们第一次为即将上映的电影《魔发奇缘》中的长发公主乐佩穿上裙子,并让她在镜子前旋转时,她定格在了半空中,她那多层紫色连衣裙的褶皱变得像贝壳一样僵硬。电影制作人遇到了一个长期困扰着对服装有要求的动画师的挑战。
华特迪士尼动画工作室研究部高级研究科学家拉斯穆斯·塔姆斯托夫说:“从很早的时候起,我们就知道我们想要制作比迄今为止[计算机图形]中更精致的服装。” “但是,当穿着飘逸的多层服装的角色移动时,不同的层之间会产生大量的接触,尤其是在它们相互滑动的方式上。这可能会导致问题。”
塔姆斯托夫和他的团队没有缩减他们在服装方面的雄心壮志,也没有部署大批动画师来手工绘制复杂的场景(这些都是雄心勃勃的动画师为了绕过这一挑战而传统上采用的解决方案),而是决定是时候找到一种新的方法来解决这个问题了。
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他们联系了一位计算机科学家,他专门研究材料如何响应碰撞。哥伦比亚大学工程学院的伊坦·格林斯潘在 2002 年拍摄了一顶牛仔帽撞击并从地板上弹起的视频后,开始对这个研究领域着迷。他以慢动作研究了这段影片数小时,并找到了表达影响帽子弹跳的变量之间相互作用的最简单方程。这些变量包括摩擦力、帽子的“弯曲度”(弹性)以及它撞击地面的动量。然后,他将该方程式转化为简单的计算机代码,该代码可用于预测任何“柔韧、可弯曲材料”(包括橡胶、织物甚至金属片)的运动。
但是,描绘乐佩的精美礼服的运动提出了更大的挑战。对于多层服装,计算机必须同时考虑可能发生的数千次碰撞。当动画程序被数据淹没时,它会求助于“故障保护”,这是一种备份程序,可防止织物层产生新的碰撞。以前的故障保护措施继续在空间中向前移动织物,但不允许材料层相对于彼此移动,从而产生僵硬的贝壳状外观。经过数月,格林斯潘和塔姆斯托夫的团队提出了一个解决方案。他们接受了对碰撞停止故障保护的需求,但他们的故障保护允许织物层相互滑动,并且它考虑了摩擦力,这会影响织物移动的速度。结果更加栩栩如生。现在,格林斯潘已转向一项新的挑战——开发一种程序,该程序可以准确预测头发的运动,头发的碰撞方式比衣服的碰撞方式更为复杂。他预计他的解决方案将在明年的另一部动画片中出现。