Учимся интересно…
Продолжаем нашу рубрику и сегодня мы поговорим о математике и науке в киноиндустрии – новых вычислительных алгоритмах для исследования динамики жидкостей, механики твердых тел, компьютерной графики, компьютерного зрения и биомеханики.
Значительный вклад в данной области внес Рон Федкив – преподаватель информатики в Стенфордском университете.
В свое время придумал способ, каким образом можно выполнять наиболее эффективный алгоритм на нескольких процессорах, в результате чего появилась возможность создавать чрезвычайно реалистичные спецэффекты.
Алгоритмы позволяют поворачивать объекты, воспроизводить текстуры, создавать отражения или имитировать столкновения. Могут математически соединять капли падающей воды, сгустки поднимающегося тумана или языки мерцающего огня для создания более реалистичных картин. Модели газов, жидкостей и процессов горения, созданные для научных целей, легко могут быть использованы для создания анимации дыма, воды и огня. Инструменты для вычислительной гидродинамики подходят и для воспроизведения на большом экране картины кораблекрушения.
С помощью его разработок были сняты фильмы “Посейдон”, “Терминатор 3” (он занимался созданием Терминатора в жидком состоянии и моделированием ядерных взрывов), “Пираты Карибского моря: Сундук мертвеца” (да, да – реалистичные щупальца Деви Джонса), “Звездные войны, эпизод 3 – Месть Ситхов” (взрывы в космических батальных сценах).
Его последнее увлечение – использование вычислительной физики в виртуальной хирургии и моделировании человеческого лица.
Для того чтобы реализовать его алгоритмы используются современные HPC-системы (high-performance computing) или суперкомпьютеры. О них и о других сферах их применения мы говорим на курсе “Технологии распределенных систем и параллельных вычислений”.
Еще один специалист в области компьютерной графики и программист Теун ван дер Залм разработал ряд алгоритмов, способных сгенерировать совершенно случайные изображения космических туманностей, которые можно использовать в компьютерных играх, в системах виртуальной реальности и для создания спецэффектов в кинематографе.
Изображения туманностей, сгенерированные компьютером, ни в чем не уступают ни по качеству, ни по красоте снимкам, сделанным космическим телескопом Hubble.
Для того, чтобы создать такие эффекты, Теун ван дер Залм протестировал ряд алгоритмов сложной математической обработки и остановил свой выбор на алгоритме шума Перлина (Perlin Noise). Этот алгоритм, широко использующийся в компьютерной графике, был создан в 1983 году Кеном Перлином (Ken Perlin), который сейчас является профессором информатики Нью-Йоркского университета.
Придание живой формы “цифровой” туманности осуществляется в несколько этапов. Сначала, при помощи шумового алгоритма Перлина создается основной случайный объект. Затем, при помощи ряда других алгоритмов, этот объект разбивается на мельчайшие частицы, массив которых снова пропускается через “шумовой” алгоритм. На втором этапе массив частиц обрабатывается рекурсивным алгоритмом, в результате работы которого на свет появляется изображение туманности, которое затем рендерится при помощи стандартных программных средств и приобретает свой окончательный вид.
И последний интересный факт. В ролике где демонстрируются туманности Туен ван дер Залма используется цитата Карла Сагана, который был пионером в области экзобиологии и дал толчок развитию проекта по поиску внеземного разума SETI (об этом проекте мы тоже говорим на курсе «Технологии распределенных систем и параллельных вычислений»). Он получил мировую известность за свои научно-популярные книги и телевизионный мини-сериал «Космос: персональное путешествие». Именно оттуда и цитата «Эти облака скрывают одни из самых секретных мест Вселенной – космические “родильные дома”, места, где рождаются новые звезды. За счет сил гравитации в этих местах создаются уплотнения пыли и газа, которые разогреваются и начинают сиять, освещая окружающее пространство. Такие облака являются свидетелями постоянного рождения новых звезд и бурной смерти звезд, подошедших к концу своей жизни»
Смотрим…и слушаем музыку небесных сфер (кстати о ней мы поговорим в одной из следующих публикаций)