Nós finalmente aprendemos como fazer lama realista em computação gráfica

Jurassic Park tinha apenas seis minutos de dinossauros gerados em computador, comparado com blockbusters modernos que podem ter milhares de cenas exigindo efeitos visuais complexos. Não é surpresa alguma que os animadores adoram adotar qualquer atalho que possam, e é por isso que uma lama em computação gráfica realista pode ser um divisor de águas.

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Estúdios de efeitos visuais não apenas estão sob muita pressão de prazos conforme correm para finalizar cenas para filmes com datas de lançamento marcadas com mais de um ano de diferença. O trabalho deles também tem que parecer perfeito e, frequentemente, invisível, de outra forma o público vai gritar “falso!” e reclamar sobre o filme nas redes sociais.

Mas alguns fenômenos da vida real são muito difíceis de se recriar em um computador. Foi apenas há alguns anos que a água gerada em computador começou a parecer real, e o último curta da Pixar, Piper, apresentou grandes avanços ao simular areia realista. Mas combinar os dois? A lama feita em computação gráfica traz grandes desafios quando se trata de fazê-la parecer realista e se mover de acordo. Mas uma equipe de pesquisadores de ciência da computação da UCLA, da DreamWorks Animation, do Jixie Effects e da Universidade da Pensilvânia pode ter conseguido um avanço.

Em um estudo que será apresentado na conferência Siggraph 2017, no fim do julho, e que foi publicado na ACM Transactions on Graphics, a equipe detalha sua pesquisa em alteração das propriedades coesivas de areia simulada quando um líquido simulado é introduzido.

Você talvez não pense tanto nisso, mas virar de ponta-cabeça um relógio de areia inicia uma complexa reação em cadeia, já que milhões de pedrinhas minúsculas tropeçam e se esfregam umas nas outras até que todas elas eventualmente passem pela abertura minúscula no centro. Simular isso em um computador exige milhões de cálculos por segundo, para determinar os movimentos de cada grão, e milhões mais para representá-los realisticamente.  Acrescente água à mistura, e a areia se comporta de maneira completamente diferente. Pense em um castelo de areia que está lentamente desmoronando enquanto é encharcado pela maré alta. A areia simulada vai lentamente perder sua capacidade de manter sua estrutura conforme se mistura com o líquido, até que enfim sucumba às destrutivas forças da gravidade.

Os pesquisadores por trás do novo estudo criaram uma maneira de juntar os cálculos que governam a areia e a água simuladas para que cada uma delas ainda se comporte realisticamente, mas sendo afetadas uma pelas características únicas da outra. A areia aumenta a viscosidade da água e basicamente se torna uma barragem temporária, até ser lentamente erodida. E a água, por sua vez, reduz a capacidade da areia de manter uma estrutura sólida, conforme a coesão e a fricção entre as minúsculas partículas individuais são reduzidas.

O professor assistente Chenfanfu Jiang, dos Departamentos de Ciência da Computação e da Informação da Universidade da Pensilvânia e cofundador da Jixie Effects Inc., descreve a pesquisa como um avanço das tecnologias usadas para dar vida a filmes como Frozen e Moana.

“O aspecto de novidade desse novo trabalho é a modelagem de interações físicas detalhadas entre água e areia”, contou ao Gizmodo. “Tecnicamente, usamos partículas para representar grãos individuais de areia e gotas d’água. Em cada passo de tempo de simulação, reações de um material individual, assim como a força de interação entre areia e água, são computadas” com o auxílio de uma grade de voxel, que é basicamente um bitmap 3D. É a combinação de partículas e grades, diz Jiang, “que permite uma modelagem elegante de interações materiais, que era muito desafiadora com muitos outros métodos”.

Hollywood sempre teve uma obsessão com filmes sobre desastres, e, conforme foram surgindo melhorias na computação gráfica que tornavam mais fácil a simulação de efeitos de vulcões, tornados e furacões, os filmes blockbusters que apresentam esses desastres naturais não ficaram muito atrás. Talvez um dia alguém vai querer produzir um filme sobre deslizamentos de terra catastróficos e diques se quebrando. Pelo menos agora eles terão as ferramentas de efeitos visuais para fazer isso parecer adequadamente épico.

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