當華特迪士尼工作室的動畫師們第一次為即將上映的電影《魔發奇緣》中的長髮公主樂佩穿上裙子,並讓她在鏡子前旋轉時,她定格在了半空中,她那多層紫色連衣裙的褶皺變得像貝殼一樣僵硬。電影製作人遇到了一個長期困擾著對服裝有要求的動畫師的挑戰。
華特迪士尼動畫工作室研究部高階研究科學家拉斯穆斯·塔姆斯托夫說:“從很早的時候起,我們就知道我們想要製作比迄今為止[計算機圖形]中更精緻的服裝。” “但是,當穿著飄逸的多層服裝的角色移動時,不同的層之間會產生大量的接觸,尤其是在它們相互滑動的方式上。這可能會導致問題。”
塔姆斯托夫和他的團隊沒有縮減他們在服裝方面的雄心壯志,也沒有部署大批動畫師來手工繪製複雜的場景(這些都是雄心勃勃的動畫師為了繞過這一挑戰而傳統上採用的解決方案),而是決定是時候找到一種新的方法來解決這個問題了。
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他們聯絡了一位計算機科學家,他專門研究材料如何響應碰撞。哥倫比亞大學工程學院的伊坦·格林斯潘在 2002 年拍攝了一頂牛仔帽撞擊並從地板上彈起的影片後,開始對這個研究領域著迷。他以慢動作研究了這段影片數小時,並找到了表達影響帽子彈跳的變數之間相互作用的最簡單方程。這些變數包括摩擦力、帽子的“彎曲度”(彈性)以及它撞擊地面的動量。然後,他將該方程式轉化為簡單的計算機程式碼,該程式碼可用於預測任何“柔韌、可彎曲材料”(包括橡膠、織物甚至金屬片)的運動。
但是,描繪樂佩的精美禮服的運動提出了更大的挑戰。對於多層服裝,計算機必須同時考慮可能發生的數千次碰撞。當動畫程式被資料淹沒時,它會求助於“故障保護”,這是一種備份程式,可防止織物層產生新的碰撞。以前的故障保護措施繼續在空間中向前移動織物,但不允許材料層相對於彼此移動,從而產生僵硬的貝殼狀外觀。經過數月,格林斯潘和塔姆斯托夫的團隊提出了一個解決方案。他們接受了對碰撞停止故障保護的需求,但他們的故障保護允許織物層相互滑動,並且它考慮了摩擦力,這會影響織物移動的速度。結果更加栩栩如生。現在,格林斯潘已轉向一項新的挑戰——開發一種程式,該程式可以準確預測頭髮的運動,頭髮的碰撞方式比衣服的碰撞方式更為複雜。他預計他的解決方案將在明年的另一部動畫片中出現。