p Uma nova teoria baseada na física da formação de nuvens e espalhamento de nêutrons pode ajudar os animadores a criar filmes mais realistas, de acordo com um estudo liderado por Dartmouth. O software desenvolvido com a técnica se concentra em como a luz interage com partículas microscópicas para desenvolver imagens geradas por computador. p Pesquisadores da Pixar, Disney Research, ETH Zurich e Cornell University contribuíram para o estudo. Um artigo de pesquisa detalhando o avanço será publicado na revista Transactions on Graphics e apresentado na SIGGRAPH Asia, ocorrendo de 4 a 7 de dezembro em Tóquio, Japão.

p Objetos como nuvens contêm bilhões de gotas de água individuais que não são práticas para plotagem em computação gráfica para cenas de filmes. Como resultado, As técnicas atuais apenas permitem que os artistas especifiquem a densidade das partículas em cada parte de uma nuvem para definir sua forma e aparência. Os sistemas existentes não permitem nenhum controle sobre como as partículas estão realmente organizadas umas em relação às outras.

p "Controlando apenas a densidade, as técnicas atuais basicamente assumem que as partículas são arranjadas aleatoriamente, sem qualquer interdependência, "disse Wojciech Jarosz, um professor assistente de ciência da computação no Dartmouth College que supervisionou a pesquisa. "Mas essa limitação pode ter um efeito dramático na aparência final."

p Na realidade, as partículas nem sempre são arranjadas aleatoriamente. Eles podem se agrupar ou se espalhar uniformemente, dependendo do tipo de material. Compreender como as partículas são organizadas e como a luz interage com elas fornece uma variedade de novas opções artísticas para os cineastas.

p "Há toda uma gama de aparências dramaticamente diferentes que os artistas simplesmente não podiam explorar até agora, "disse Jarosz." Anteriormente, os artistas basicamente tinham um controle que poderia afetar a aparência de uma nuvem. Agora é possível explorar uma paleta de possibilidades muito mais rica, uma mudança que é tão dinâmica quanto a transição de imagens em preto e branco para cores. "

p No estudo de Dartmouth, pesquisadores compararam como um feixe de luz viaja através de um material composto de partículas dispostas aleatoriamente com como ele viaja através de um material constituído de partículas que são ordenadas de forma mais natural. A equipe calculou a média dos resultados de milhões de testes demonstrando a distância que os fótons viajam antes de se chocarem com as partículas ou outros objetos.

p Normalmente, um gráfico que modela como os fótons se movem através de um material com partículas organizadas independentemente aparece como um mesmo, Curva "exponencial" que indica que a luz diminui uniformemente à medida que viaja. Quando as partículas se agrupam, como em uma nuvem, fótons sobrevivem a distâncias mais longas em média, resultando em uma curva com uma cauda mais longa.

p O resultado não é apenas interessante em modelos matemáticos, a equipe programou a descoberta em um software que permitirá aos artistas criar uma variedade maior de visuais, personalizando como a luz viaja através de "materiais volumétricos" como nuvens, névoa, névoa, uma estátua de mármore, ou nossa própria pele.

p Mais importante, o resultado criativo também será uma representação mais precisa da física do mundo real. A descoberta permite que os artistas mantenham um resultado realista enquanto respondem à direção criativa ao "direcionar" efetivamente a física para alcançar efeitos artísticos específicos.

p "Há uma interação interessante entre arte e ciência quando você está criando filmes de animação, "disse Benedikt Bitterli, um Ph.D. estudante em Dartmouth que é co-autor do artigo de pesquisa. "Você está fazendo esta simulação de física, mas as pessoas que o usam não são físicas. Estamos criando software e simulações para uso por artistas. "

p Para resolver o problema de compreender como as partículas se organizam, a equipe de pesquisa voltou-se para ciências atmosféricas e transporte de nêutrons. Nesses campos de pesquisa, conhecer a disposição das gotículas de água ou do material do reator tem implicações importantes para estudar as mudanças climáticas e manter os reatores nucleares seguros.

p Enquanto os pesquisadores procuram superar o desafio do arranjo de partículas há algum tempo, nenhum conjunto de equações ainda foi desenvolvido para resolver o problema de uma maneira geral.

p "Não se tratava simplesmente de pegar técnicas de outras áreas de pesquisa e usá-las para gerar lindas fotos com computação gráfica, "disse Bitterli, quem apresentará o trabalho na SIGGRAPH Asia. "Fazer com que as equações físicas funcionassem corretamente foi um desafio novo e extraordinariamente difícil."

p A equipe de pesquisa também aplicou a técnica a objetos sólidos, como estátuas de mármore, onde um pouco de luz reflete na superfície, mas alguns também viajam pelo material, levando à sua aparência translúcida. A nova técnica permite que os artistas mudem a forma como a luz interage com os objetos, mas sem alterar a densidade.

p A pesquisa liderada por Dartmouth surge após um estudo recente da Universidade de Zaragoza que analisou problemas semelhantes, mas que se concentrou apenas em objetos com densidade uniforme. Ambos os estudos vêm como computadores mais poderosos e inovações de software estimularam os estúdios de cinema a desenvolver técnicas mais sofisticadas baseadas no mundo físico.

p Srinath Ravichandran (Dartmouth College), Steve Marschner (Cornell University), Thomas Müller (Disney Research / ETH Zurich), Magnus Wrenninge (Pixar) e Jan Novák (Disney Research) participaram desta pesquisa.