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动画电影中的光学原理

撰文│ 约翰·斯科特·莱温斯基(John Scott Lewinski)
翻译│ 红猪

皮克斯动画电影营造出一个个虚幻的世界,而它们的背后是现实世界中光照技术的不断改进。皮克斯是如何在《赛车总动员2》中引入逼真的光学特效的?

尽管皮克斯动画工作室的故事都发生在幻想味十足的世界里,但是营造这些场景所需的科学和技术却都源于现实世界。

为了制作《赛车总动员2》,主创人员(与《玩具总动员》、《飞屋环游记》和《瓦力》等影片为同一班人马)不得不研究起了汽车表面反射的光线。这部续集的场景不再是第一集中那个沙漠小镇,而是移到了一场国际车赛的赛场,这就意味着画师们必须描绘大量赛车驶过不同赛道和路面的场景。主创人员很快就意识到,要完成这部影片,皮克斯原有的3D光照系统必须大幅升级才行。

“汽车的设计和上漆都是为了与色彩和光线产生独特的关系,”皮克斯光照组的成员苏迪普·兰加斯瓦米(Sudeep Rangaswamy)表示,“因此,我们必须研究光线从快速移动的车辆上反射回来的方式,以及车辆的移动和反光特性对于周围环境的影响。”

《赛车总动员2》的画面。

皮克斯的一支团队研究了汽车的涂料、碳纤维和铬的吸光特性,以及标准头灯和LCD(液晶显示)头灯对黑暗的穿透强度和射程。研究结果被编成算法,用来实时计算并补偿在反光和吸光材料上的光照频率和色彩温度。

接下来,这项研究又整合进了一个新的光照引擎。所谓光照引擎指的是一种软件,它能让画师在场景中制造出来自任何方向的光照,而这正是真实世界中的摄像指导所期望的效果。光照引擎和虚拟摄像系统的结合,让导演约翰·拉塞特(John Lasseter)得以创造出任意机位的场景。“有了这部新引擎,场景里的光线就能和画师放进场景里的角色准确地互动了,”兰加斯瓦米说,“举例来说,我们在影片里重建了东京闹市的每盏霓虹灯。依靠人工智能,光照引擎创造出这些光线并加以保持,从而建立起了正确的光照关系,而这些都是自动完成的。”

就这样,闪电麦昆疾驰而过,红色的车身上反射出跑道和霓虹灯的光,路边的水塘里也映出它的红色身影,还让它身边的汽车变了色彩。这一切,都无需动画师一幕一幕地“亲手”渲染。现在,新的光照技术已经留在了皮克斯的专利软件库中,它会继续得到更广泛的应用。 kLLuLwQ6dtdAAC/XC4T7qXx0bi5ojGmErf6GXRV20mM2rOZQGaN7iBM6y5IoGfPY

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