Una nueva teoría basada en la física de la formación de nubes y la dispersión de neutrones podría ayudar a los animadores a crear películas más realistas. según un estudio dirigido por Dartmouth. El software desarrollado con la técnica se centra en cómo la luz interactúa con partículas microscópicas para desarrollar imágenes generadas por computadora.

Investigadores de Pixar, Disney Research, ETH Zurich y la Universidad de Cornell contribuyeron al estudio. Un artículo de investigación que detalla el avance se publicará en la revista Transactions on Graphics y se presentará en SIGGRAPH Asia. que tendrá lugar del 4 al 7 de diciembre en Tokio, Japón.

Los objetos como las nubes contienen miles de millones de gotas de agua individuales que no es práctico trazar en gráficos de computadora para escenas de películas. Como resultado, Las técnicas actuales solo permiten a los artistas especificar la densidad de partículas en cada parte de una nube para definir su forma y apariencia. Los sistemas existentes no permiten ningún control sobre cómo están dispuestas realmente las partículas entre sí.

"Solo controlando la densidad, Las técnicas actuales suponen básicamente que las partículas están dispuestas al azar, sin ninguna interdependencia, "dijo Wojciech Jarosz, un profesor asistente de ciencias de la computación en Dartmouth College que supervisó la investigación. "Pero esta limitación puede tener un efecto dramático en la apariencia final".

En realidad, las partículas no siempre están dispuestas al azar. Pueden agruparse o esparcirse uniformemente, dependiendo del tipo de material. Comprender cómo se organizan las partículas y cómo la luz interactúa con ellas proporciona una variedad de nuevas opciones artísticas para los cineastas.

"Existe una gran variedad de apariencias dramáticamente diferentes que los artistas simplemente no podían explorar hasta ahora, ", dijo Jarosz." Anteriormente, los artistas básicamente tenían un control que podía afectar la apariencia de una nube. Ahora es posible explorar una paleta de posibilidades mucho más rica, un cambio que es tan dinámico como la transición de imágenes en blanco y negro a color ".

En el estudio de Dartmouth, Los investigadores compararon cómo un rayo de luz viaja a través de un material compuesto de partículas dispuestas al azar con cómo viaja a través de un material compuesto de partículas que están ordenadas de forma más natural. El equipo promedió los resultados de millones de ensayos que demuestran qué tan lejos viajan los fotones antes de chocar contra partículas u otros objetos.

Ordinariamente, un gráfico que modela cómo los fotones se mueven a través de un material con partículas dispuestas independientemente aparece como un Curva "exponencial" que indica que la luz cae uniformemente a medida que viaja. Cuando las partículas se agrupan, como en una nube, los fotones sobreviven a distancias más largas en promedio, resultando en una curva con una cola más larga.

El resultado no solo es emocionante en modelos matemáticos, El equipo programó el hallazgo en un software que permitirá a los artistas crear una variedad más amplia de estilos personalizando cómo la luz viaja a través de "materiales volumétricos" como nubes. niebla, neblina, una estatua de mármol, o nuestra propia piel.

En tono rimbombante, el resultado creativo también será una descripción más precisa de la física del mundo real. El avance permite a los artistas mantener un resultado realista mientras responden a la dirección creativa al "dirigir" efectivamente la física para lograr efectos artísticos particulares.

"Existe una interacción interesante entre el arte y la ciencia cuando se crean películas animadas, "dijo Benedikt Bitterli, un doctorado estudiante en Dartmouth que fue coautor del trabajo de investigación. "Estás haciendo esta simulación de física, pero las personas que lo utilizan no son físicos. Estamos creando software y simulaciones para que los utilicen los artistas ".

Para abordar el problema de comprender cómo se organizan las partículas, el equipo de investigación se centró en las ciencias atmosféricas y el transporte de neutrones. En esos campos de investigación, conocer la disposición de las gotas de agua o del material del reactor tiene implicaciones importantes para estudiar el cambio climático y mantener seguros los reactores nucleares.

Si bien los investigadores han estado buscando superar el desafío de la disposición de las partículas durante algún tiempo, aún no se había desarrollado un conjunto de ecuaciones que resuelva el problema de manera general.

"No se trataba simplemente de tomar técnicas de otras áreas de investigación y usarlas para generar imágenes bonitas con gráficos por computadora, "dijo Bitterli, quien presentará el trabajo en SIGGRAPH Asia. "Conseguir que las ecuaciones físicas funcionen correctamente fue un desafío nuevo y extraordinariamente difícil".

El equipo de investigación también aplicó la técnica a objetos sólidos como estatuas de mármol donde algo de luz se refleja en la superficie. pero algunos también viajan a través del material, lo que lleva a su apariencia translúcida. La nueva técnica permite a los artistas cambiar la forma en que la luz interactúa con los objetos, pero sin cambiar la densidad.

La investigación dirigida por Dartmouth se produce después de un estudio reciente de la Universidad de Zaragoza que analizó problemas similares pero que se centró solo en objetos con densidad uniforme. Ambos estudios surgen cuando las computadoras más poderosas y las innovaciones de software han impulsado a los estudios cinematográficos a desarrollar técnicas más sofisticadas basadas en el mundo físico.

Srinath Ravichandran (Dartmouth College), Steve Marschner (Universidad de Cornell), Thomas Müller (Disney Research / ETH Zúrich), Magnus Wrenninge (Pixar) y Jan Novák (Disney Research) participaron en esta investigación.