История и основы симуляции океанских волн в VFX
Рубрикатор
Концепция
Глава 1: История и основы симуляции океанских волн в VFX
1.1 Исторический обзор: Эволюция симуляции воды в кино и играх. 1.2 Основные принципы моделирования: Основные модели волн и подходы. 1.3 Влияние на VFX: Влияние симуляции воды на индустрию и современные тенденции.
Глава 2: Современные методы и инструменты
2.1 Процедурные и физические методы: Сравнение процедурных и физических подходов. 2.2 Инструменты для симуляции: Обзор ключевых программ и их возможностей. 2.3 Примеры современных проектов: Использование симуляций волн в недавних фильмах и играх.
Глава 3: Взаимодействие волн с объектами
3.1 Физические аспекты взаимодействия: Основные свойства и принципы. 3.2 Примеры из кино и игр: Реализация взаимодействий в реальных проектах.
Глава 4: Практика: Создание сцены с волнами в Blender
4.1 Постановка задачи: Описание сцены и ожидаемого результата. 4.2 Создание объектов взаимодействия 4.3 Рендер
Заключение
Библиография
Источники изображений
Концепция
Выбирая тему «История и основы симуляции океанских волн в VFX» для исследования, автор руководствовался личным увлечением к морской тематике и сложностью подобных симуляций. В первое же знакомство с Houdini автора заинтересовали водные симуляции, так как они являются одними из самых комплексных в области VFX. Немаловажную роль играет любопытство в изучении процессов, которые находятся в самой основе данных симуляций, а также желание автора внести свой вклад в изучение данного вопроса.
Визуальное исследование автора непосредственно связано с темой выпускной квалификационной работы, которая в свою очередь посвящена симуляциям океана и перемещения по нему подводной лодки. Соответственно, визуальное исследование позволяет автору изучить новые подходы симуляции волн и укрепить свои практические навыки в этой сфере чтобы потом применить их в выпускной квалификационной работе.
«Идеальный шторм» (2000)
Если говорить о методологии данного визуального исследования, то автор предпочел применить комбинированный подход. Комбинированный подход подразумевает под собой не только теоретическую часть, но и практическую. В первых трех главах происходит подробный разбор эволюции технологий симуляции воды и волн, а в последней главе автор предоставляет практический эксперимент по созданию симуляции в программе Blender. Подобный метод исследования позволяет не только получить теоретические знания, но и дает возможность практически их проверить.
Симуляция в Houdini
Что касается анализов источников и работе над темой исследования, автор начинает с первой главы, которая включает в себя исследование этапов развития VFX воды и волн, далее описывает основные распространенные принципы симуляции и моделирования. Вторая глава охватывает основные методы и инструменты, а также приводит примеры из реальных проектов. В третьей главе рассматривается взаимодействие волн с различными объектами и приводятся примеры. Четвертая глава полностью посвящена полноценному эксперименту по симуляции волн и их взаимодействию объектов в программе Blender. При работе над главами автор использовал различные источники информации которые приведены в конце визуального исследования.
Структура материала последовательно разъясняет все темы и приводит примеры в виде картинок и GIF файлов. Также, визуальное исследование не перегружено текстом. Эти факторы позволяют легко изучить работу даже самым неусидчивым читателям.
Симуляции движения по воде в Houdini
В конце концов, после проведения визуального исследования автор пришел к некоторым заключениям. В первую очередь автор подтвердил что симуляция воды и океанских волн в VFX является очень комплексной задачей, которая в свою очередь очень требовательна к различным знаниям в точных науках, таких как физика и математика, помимо знаний различных 3D пакетов. Также было выявлено, что достижение максимально точного и реалистичного результата нужно использовать смесь из процедурных и физических методов симуляции. Напоследок стоит сказать что практический эпизод в четвертой главе позволяет понять что все теоретические знания нуждаются в реальной проверке для достижения стабильного результата. Благодаря визуальному исследованию автор обогатил свою знания и навыки, которые пригодятся в выпускной квалификационной работе.
Глава 1: История и основы симуляции океанских волн в VFX
Ранние годы (1970-1980-е)
В начальный период (1970-1980-е) создание эффектов с помощью компьютеров не представлялось возможным и в основном на кинопроизводстве применяли макеты и анимацию на пленке. Один из таких примеров фильм «Челюсти» (1975).
Механическая модель акулы в фильме «Челюсти» (1975)
«Челюсти» (1975)
У видеоигровой индустрии того времени тоже не было возможности создавать полноценные симуляции, в следствии чего применялись простейшие варианты. В пример можно привести «Super Mario Bros.» (1985), где вода представляла из себя простую статичную область.
«Super Mario Bros.» (1985)
Появление компьютерной графики (1990-е)
С появлением компьютерной графики в 1990-е открылись возможности воспроизводить симуляции в упрощенном виде. Одним из ранних примеров является фильм «Бездна» (1989), в котором впервые появилась компьютерная симуляция воды.
«Бездна» (1989)
В период 90-х игровые движки, такие как Quake и Unreal давали возможность воздания воды с помощью текстур с картой прозрачности, чтобы хоть как-то мимикрировать под настоящую симуляцию.
Одним из примеров является игра Unreal (1998). В Unreal воду создали с помощью текстур и простых эффектов, но ограничения движка того времени не позволяли сделать объемные волны или всплески.
Unreal (1998)
Новый уровень реализма (2000-е)
С подходом 2000-х развитие симуляции в кино и играх шло крайне активно. Одним из интерейснейших примеров является «Титаник» (1997), где вперые появилась визуально достоверная симуляция воды.
«Титаник» (1997)
В индустрии компьютерных игр начали появляться новые технологии для симуляции воды, одной из таких технологий является Pixel Shader. Помимо этого, в Unreal Engine 3 открылись возможности для процедурной симуляции.
Bioshock (2007)
Современные симуляции (2010-е — по настоящее время)
Жизнь Пи (2012)
С началом 2010-х, у киноиндустрии появилось намного более возможностей к созданию VFX эффектов в связи с развитием технологий.
Хорошими примерами в кинематографе с физически точными симуляциями воды являются произведения «Жизнь Пи» (2012) и «Моана"(2016)
Моана (2016)
В игровой индустрии технологии тоже не стояли на месте и разработчики получили возможность создавать физически корректные симуляции. Это хорошо прослеживается в таких играх как Assassin’s Creed IV: Black Flag (2013) и Sea of Thieves (2018), где вода играет одну из ключевых ролей в дизайне.
Assassin’s Creed IV: Black Flag (2013)
Sea of Thieves (2018)
1.2 Основные принципы моделирования: Основные модели волн и подходы.
Простые модели волн
К простым моделям относятся Синусоидальные и косинусоидальные функции. Они являются базовыми математическими функциями и их применяют для создания простейших волн. В самые ранние времена они были основными вариантами «симуляции» волн.
Синусоидальные (гармонические) колебания
Еще одним важнейшим и крайне популярным методом моделирования волн являются Герстнеровские волны. По сравнению синусоидальными колебаниями, в данной модели движение частиц принимает круговое движение что делает финальный результат правдоподобнее. Также эта модель поддается всесторонней настройке.
Герстнеровские волны
Процедурные методы генерации волн
Перлин-шум (Perlin Noise): Данный метод позволяет рандомизировать волны и придать им более натуральный внешний вид.Также, этот метод зачастую применяют для создания мелких волн и других небольших эффектов.
Perlin Noise
Шум Симплекса (Simplex Noise): Этот метод является более совершенной версией Перлин-шума. Он применяется для создания комплексных симуляций, где требуется максимальная правдоподобность.
Simplex Noise
Физические модели волн
SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics): Это метод гидродинамики основан на частицах, которые содержат различные данные внутри себя. SPH зачастую используется для взаимодействия волн с различными объектами.
Smoothed Particle Hydrodynamics
Уравнения Навье-Стокса: Описывают движение жидкостей. Используются в случаях где нужен максимальный уровень реализма.
1.3 Влияние на VFX: Влияние симуляции воды на индустрию и современные тенденции.
Реализм и качество: С развитием технологий планка качества и реализма неудержимо повышается, собственно удовлетворяя растущие ожидания зрителей. Теперь реалистичные симуляции воды являются стандартом в индустрии.
Мир Юрского периода 2 (2018)
Инструменты и технологии: С развитием технологий стали повляться и новые инструменты, которые дают возможности для создания физически корректных симуляций воды и сокращают время для их создания.
Houdini
Тенденции и перспективы: С каждым годом появляется все больше возможностей для оптимизации симуляций и мы все ближе к симуляциям в реальном времени в замену заранее созданным.
