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撰文│
雷切尔·努维尔（Rachel Nuwer）
翻译│
郭凯声
工程师的一项研究成果，可以帮助计算机动画制作者为动画角色安上一头更加飘逸灵动的卷曲长发。
在梦工厂动画出品的动画片《怪物史莱克》中，菲奥娜公主几乎总是把她的头发梳到脑后。菲奥娜公主的发型被设计成这样，并不是为了赶时髦，而是有着物理学上的原因。要想制作头发垂下来的画面，并打造出逼真的效果，需要进行一连串复杂的运算。因此计算机动画制作者通常偏爱短发和盘发，对飘逸的长发则敬而远之。无独有偶，大屏幕上的动画角色，绝大多数也都是梳着直发辫，因为从数学的角度来看，绘制三维的直发辫比较简单。
好消息是，计算机动画制作者的工具箱中或许即将增加一些新的“法宝”。梦工厂和皮克斯动画工作室制作的动画角色拥有一头灵动的卷曲长发，这也许很快就会变成现实。一个研究团队破解了一束卷发的物理学原理，并将研究结果发表在了《物理评论快报》上。“这是人们首次从三维角度对一束天然卷发的动态效果进行全面描述，”该研究报告的作者之一、麻省理工学院机械工程专业助理教授佩德罗·雷斯（Pedro Reis）说，“我们认为一束卷发的几何性质是高度非线性的，我们通常用这个术语描述复杂事物。”
雷斯和同事一开始并不打算研究卷发，他们想要研究的是细长管状结构的弯曲度，比如海底电缆、油气管道和细菌的微细尾毛。他们准备了一些空心的管状模具，然后把模具缠绕在直径为3.2～100厘米的圆柱形物体上。接着，他们向模具内注入一种类似橡胶的物质，干了之后就形成了一些弯曲程度参差不齐的柔性长条。他们把长条挂起来，考察重力对其形状的影响。看着这些长条一根根并排悬在那里，研究人员意识到这些长条与一缕缕头发有着惊人的相似之处，像极了从直发到非洲人卷发在内的各种发型。
研究人员进行了约11,000次计算机模拟，然后利用这些数据制作了一个模型。该模型描述了一束悬挂的长条在曲度、重量、长度及刚度4个参数的影响下，形成的不同几何形状。这个模型可以应用到动画制作软件中，但前提是，还得把每缕卷发之间的互动关系，以及风和其他外力对头发的作用搞清楚。
这个模型也可用于计算钢管及其他卷绕材料的曲度。“作为工程师，我们一开始想的是如何解决工程方面的问题，”雷斯说，“我并非专业发型师，说真的，我其实是个秃头。”