Realismo mágico y matemáticas avanzadas
La popular película de Disney "Moana" tiene efectos visuales tan sobresalientes que la escena del agua en el cómic se convirtió en parte de la película. Joseph Teran es profesor de matemáticas en UCLA y consultor de películas animadas para The Walt Disney Company desde 2007. No espera que los artistas tomen largas clases de matemáticas, pero muchos artistas sí se dan cuenta de que el éxito de las películas animadas a menudo depende de las matemáticas avanzadas.
El profesor Tran dijo una vez: "En general, a los animadores y artistas en el estudio les gusta tratar con matemáticas y física lo menos posible, pero los métodos realistas de las películas animadas imponen grandes exigencias a las matemáticas y la física. Muy alto Para la mayoría de las cosas, como el agua y la nieve, si no comienzas con la física y las matemáticas adecuadas, las cosas parecerán falsas. Si la física y las matemáticas no pueden simular las cosas con precisión, el material de animación será muy problemático. "
Tran y su equipo de investigación ayudaron a Disney a utilizar el realismo mágico en varias películas, incluida "Frozen". Usaron esta tecnología para mostrar escenas nevadas en dibujos animados. Aplicaron conocimientos de matemáticas, física y tecnología informática a la reciente película de éxito "Moana" para hacer que la nueva animación por computadora en 3D fuera muy vívida. La película "El romance del mar" cuenta la historia de una niña aventurera que fue arrastrada al mar y valientemente abandonó una isla más segura para salvar a su pueblo.
Alexey Stomakhin es estudiante de doctorado de Tran y Andrea Bertozzi en UCLA y autor de "El romance del mar" jugó un papel importante en su producción. Después de recibir un doctorado en matemáticas aplicadas en 2013, se convirtió en ingeniero de software senior en Walt Disney Animation Studio. Stomakhin trabajó con varios artistas, directores técnicos y desarrolladores de software influyentes de Disney para desarrollar un algoritmo para simular el movimiento del agua en Ocean's, haciendo del agua un punto destacado de la película.
Stomokhin señaló: "Con la complejidad de las imágenes en las películas animadas y la creciente demanda de métodos de realismo mágico, la gente está más inclinada a utilizar algoritmos informáticos. Esto significa que tenemos que realizar simulaciones numéricas para hacer las olas y las salpicaduras de agua en la superficie del océano parecen más realistas. Hay muchas matemáticas, física, matemáticas, y eso es lo que hacemos en Moana "Los efectos visuales son excelentes y la gente lo elogia por usar el lenguaje que aman los matemáticos. escuchar, porque casi todo en la película parece real, y el movimiento del agua parece real", dijo el profesor Tran. "Romance" tiene los mejores efectos de agua que he visto jamás. "Stomakhin piensa que su trabajo es muy interesante y súper interesante, especialmente cuando establecemos las leyes de la física y las trascendemos." Es como construir tu propio universo con tus propias leyes de la física e intentar simular ese universo.
Un ingeniero de software dijo: "Las películas de Disney utilizan realismo mágico, por lo que las cosas mágicas no suceden en el mundo real". Nuestro trabajo es agregar algunos poderes adicionales y otras habilidades para ayudar a generar estos efectos. Si sabes cómo funcionan las leyes reales de la física, puedes llevar los parámetros más allá de los límites físicos y cambiar ligeramente las ecuaciones para predecir las consecuencias. "
Para hacer películas animadas, los estudios cinematográficos necesitan resolver, o resolver aproximadamente, ecuaciones diferenciales parciales. Stomokhin, Tran y sus colegas construyeron un algoritmo para comprender las ecuaciones diferenciales parciales. Más exactamente En otras palabras, dio un método para encontrar soluciones aproximadas a ecuaciones diferenciales parciales El profesor Tran dijo: "Muchas ecuaciones diferenciales parciales no tienen soluciones analíticas, y nuestro nuevo algoritmo proporciona una solución aproximada de la más alta calidad, de modo que el momento angular y la energía se conservan perfectamente. Muchos algoritmos existentes no tienen estas características.
Stomakhin también participó en la creación de enormes olas en el océano, que requieren chapotear en un momento y lugar específicos. Esta tarea requirió que fuera innovador en física y usar otras habilidades. Dijo: “Puedes hacerlo. No simula la imagen completamente según las leyes de la física. Tienes que hacer que las olas chapoteen cuando sea necesario. "Describir un barco sobre las olas plantea un desafío adicional para los científicos, ya que los matemáticos necesitan utilizar conocimientos de física y matemáticas para diseñar el movimiento del agua. "Es fácil simular un barco navegando en un lago en calma, pero simular un barco sobre las olas navegando en el océano es un problema muy desafiante", dijo Stomakhin. Simulamos el fluido alrededor del barco, pero la dificultad era cómo mezclar el fluido con el resto del océano. No podía parecerse a un barco navegando en un pequeño pool ——La mezcla debe ser perfecta "
Stomakhin pasó más de un año desarrollando el programa y aprendiendo la física relevante. "Si no se han diseñado algoritmos para resolver con precisión problemas físicos, entonces no se verán grandes efectos visuales", afirmó Tran, que actualmente imparte cursos universitarios en visión e informática. A Tran le encantan las imágenes espectaculares y su investigación tiene muchas otras aplicaciones. Por ejemplo, se puede utilizar para simular plasma, impresión 3D o simulación quirúrgica. Tran está utilizando algoritmos relacionados para construir un hígado virtual en lugar de un hígado animal, que podría usarse en la formación de cirujanos. También utiliza algoritmos para estudiar lesiones traumáticas de miembros inferiores. Tran comparó vívidamente su trabajo con Disney con el pan y la mantequilla. Los ingenieros mecánicos y físicos de los laboratorios nacionales simulan las propiedades de los materiales de la misma manera que simulan el movimiento del agua en las películas. Por supuesto, todavía necesitamos hacer algunos pequeños ajustes para que el agua parezca realista. En lugar de trabajar con gráficos por computadora, creamos nuevos algoritmos que pueden usarse para simular la mayor parte de la materia.
Después de varios meses de cálculos, Stomakhin y otros tres matemáticos aplicados (Chen Fanfujiang, Craig Schroeder y Andrew Selle) desarrollaron un método de simulación de fluidos que es el más avanzado en gráficos, llamado. Los efectos visuales son excelentes. Jiang es becario postdoctoral de un profesor de UCLA y ganó el premio al mejor artículo de UCLA 2015. Schroeder, también becario postdoctoral en UCLA, trabajó con Tran. Ahora está en la Universidad de California, Riverside. Selle solía trabajar en Walt Disney Animation Studios, pero ahora trabaja en Google. Su última versión de APIC ha sido revisada por pares y publicada en el Journal of Computational Physics. Tran dijo: "Alexey está haciendo películas utilizando las ideas de la informática de alto rendimiento y nosotros estamos contribuyendo a la comunidad científica mejorando los algoritmos".