فیزیک در پس جادوی فیلمهای سه بعدی/ ساخت "آواتار" بر پایه معادلات فیزیکی

"ناوی" ها را به یاد می آورید؟ گونه هایی انسان نما، آبی رنگ و راه راه که گوشهایی تیز داشته و با طبیعت ارتباط قدرتمندی داشتند، موجوداتی که شخصیتهای اصلی فیلم آواتار بودند، تمامی این موجودات در اصل در یک لابراتوار فیزیکی خلق شده اند.

​

به گزارش خبرگزاری مهر، به گفته "رابرت بریدسون" دانشمند علوم فیزیک رایانه ای دانشگاه بریتیش کلمبیا در ونکوور این فیلم در واقع بر مبنای علم فیزیک پایه گذاری و ساخته شده است. به گفته وی بسیاری از شخصیتها و محیطهایی که در این فیلم دیده می شوند با استفاده از رایانه و معادلات فیزیکی خلق شده اند.
بریدسون، یکی از متخصصان فیزیکی در زمینه انیمیشن های رایانه ای معتقد است در مقایسه با شیوه های قدیمی تر انیمیشن سازی که به شدت بر پایه تلاش هنرمندان ساخته می شد، راه حلهای رقمی در معادلات فیزیکی به رایانه ها این امکان را می دهند که حرکات کاملا واقع گرایانه را محاسبه کنند، حرکاتی مانند حرکت دود، آتش، انفجار، جریان آب، خرده سنگ، لباس، مو، ماهیچه ها و پوست.
این معادلات در مقابل منجر به شکل گیری صحنه هایی به شدت واقع گرایانه خواهند شد، برای مثال زمانی که فیلم آواتار ساخته شد، در لابراتوار "وتا دیجیتال" در نیوزیلند برای شبیه سازی حرکات ماهیچه، لباس و پوست ناوی ها و همچنین برای محاسبه حرکات درختان و گیاهان بر روی سیاره پاندورا از معادلات و فرمولهای فیزیکی استفاده شد.
بریدسون در عین حال در نوشتن نرم افزار Naiad که به منظور شبیه سازی حرکات حجم بزرگی از آب در فیلم نوشته شده بود نیز نقش داشته است و با استفاده از این نرم افزار حرکات در سطوح آبی مختلف، از رودخانه ای که "جیک سالی" به درون آن سقوط کرد، تا امواج اقیانوسی که سواحل پاندورا را در هم می کوبید و در نهایت چکیدن قطره ای آب به درون برگی که "نایتیری" از آن آب می نوشید، شبیه سازی و محاسبه شد.
به گفته بریدسون شبیه سازی آب همواره یکی از چالش برانگیزترین مشکلات در انیمیشن سازی رایانه ای بوده و هست زیرا در آن هندسی بسیار پیچیده ای ترکیب شده است. برخی جنبه های ساختن شخصیتهای دیجیتالی مانند ایجاد تلاطم در پارچه لباسها، جرقه های آتش و دود ناشی از آتش که می توان به سادگی آنها را به واقع گرایانه ترین شکل ممکن خلق کرد، به روشهایی عادی و رایج تبدیل شده اند. اما انفجارهای عظیم و یا صحنه هایی که از چندین مقیاس ابعادی برخوردار هستند، مانند قایقی که در طوفان دریا به دام افتاده است، همچنان در صنعت انیمیشن سازی از پیچیدگی های همیشگی برخوردارند.
پس از آنها طبیعی سازی موهای شخصیتها است که دردسر آفرین است زیرا خلق تارهای مو و ایجاد توانایی حرکتی در آنها به شکلی که با حرکت کردن سر شخصیت اصلی فیلم، واکنشی واقعی از خود نشان دهند بسیار دشوار است.

​

از دیگر دشواری های تکنیکی که بر سر راه ساختن انیمیشن های رایانه ای وجود دارد، نیاز به رایانه هایی پرسرعت است که بتوانند خواسته های کارگردانان را به سرعت برآورده سازند. همچنین فیلمسازان در جستجوی شیوه هایی هستند که بتوانند با استفاده از آنها بر روی کیفیت فیلمهای انیمیشن قضاوت کنند و همچنین انتقال دادن تکنولوژی های به دست آمده از لابراتوراهای فیزیکی به استدیوهای فیلم سازی خود به تنهایی مشکلی بزرگ به شمار می رود.
بریدسون می گوید بسیاری از مخاطبان این نوع از فیلمها نمی توانند تشخیص دهند چه اندازه از صحنه هایی که در برابر چشم آنها قرار دارد رایانه ای بوده و چه تعداد از آنها واقعی است. برای مثال گروه کارگردانی و فیلمبرداری به جای اینکه تمامی تجهیزات خود را برای تصویربرداری از اقیانوس به ساحل یک دریا انتقال دهند ترجیح می دهند در استدیو اقیانوسی در اطراف مدلها شبیه سازی شود و سپس تصویر بازیگران بر روی پرده سبز بر روی این تصاویر استدیویی قرار گیرند و نتیجه صحنه هایی کاملا واقعی خواهد بود.
بر اساس گزارش ان بی سی، با این همه بریدسون معتقد است در صورتی که برای ساخت فیلم هیچ نیازی به هیچ یک از ابعاد تکنولوژیکی فیلم سازی نباشد نیز زمان، اختصاص دادن نیرو و خلاقیت هنری مواردی هستند که همیشه برای فیلم سازی حیاتی خواهند بود.
به گفته ریک پرنت دانشمند علوم رایانه ای در دانشگاه اوهایو با حذف شدن کامل هنرپیشه ها از فیلمها، مشکلی دیگر بر سر راه فیلم سازی قرار خواهد گرفت که آن شبیه سازی حرکات بدن، صورت و فن بیان آنها است، مشکلاتی که رفع آنها در حال حاضر در سطح دانش و توانایی های انسان نیست.