Model Matematika dan Fisika Dapat Membantu Animator Bikin Film Lebih Hidup

SEBUAH teori baru, yang didasarkan pada  physics of clouds  (fisika awan) dan neutron scattering (hamburan neutron), dapat membantu animator membuat film yang lebih hidup.

Hal tersebut  dikembangkan oleh Dartmouth College, dengan bantuan Peneliti dari Pixar, Disney Research, ETH Zurich dan Cornell University.

Objek seperti awan berisi milyaran tetesan air individu yang tidak praktis untuk plot dalam grafik komputer untuk adegan film. Teknik yang ada saat ini hanya memungkinkan seniman untuk menentukan kerapatan partikel di setiap bagian awan untuk menentukan bentuk dan penampilannya.

Sistem yang ada tidak memungkinkan kontrol apa pun atas bagaimana partikel-partikel itu sebenarnya diatur sehubungan satu sama lain.

“Dengan hanya mengontrol kepadatan, teknik yang ada saat ini pada dasarnya mengasumsikan bahwa partikel-partikel diatur secara acak, tanpa saling ketergantungan,” kata Wojciech Jarosz, asisten profesor ilmu komputer di Dartmouth College yang mengawasi penelitian.

“Tetapi batasan ini dapat memiliki efek dramatis pada penampilan akhir,” tambah Jarosz.

Pada kenyataannya, partikel tidak selalu tersusun secara acak. Mereka dapat menggumpal atau menyebar secara merata, tergantung pada jenis bahannya. Memahami bagaimana partikel disusun dan bagaimana cahaya berinteraksi dengannya memberikan berbagai pilihan artistik baru untuk pembuat film.

“Ada berbagai macam penampilan yang secara dramatis berbeda yang tidak bisa dieksplorasi oleh para seniman sampai sekarang,” kata Jarosz.

“Sebelumnya, para seniman pada dasarnya memiliki satu kendali yang dapat memengaruhi penampilan awan. Sekarang dimungkinkan untuk menjelajahi palet kemungkinan yang jauh lebih kaya, perubahan sedinamis transisi dari gambar hitam-putih ke warna. ”

Para peneliti membandingkan bagaimana seberkas cahaya bergerak melalui suatu bahan yang terdiri dari partikel-partikel yang tersusun secara acak dengan bagaimana berkas itu bergerak melalui suatu bahan yang terdiri dari partikel-partikel yang tersusun lebih alami. Tim ini rata-rata hasil jutaan percobaan menunjukkan seberapa jauh foton melakukan perjalanan sebelum membanting menjadi partikel atau benda lain.

Biasanya, sebuah pemodelan grafik menggambarkan bagaimana foton bergerak melalui suatu bahan dengan partikel yang tersusun secara independen muncul sebagai genap.

Kurva eksponensial yang menunjukkan cahaya yang jatuh secara merata saat bergerak. Ketika partikel mengumpul, seperti di awan, foton bertahan dari jarak yang lebih jauh secara rata-rata, menghasilkan kurva dengan ekor yang lebih panjang.

Hasil penelitian ini tidak hanya menarik dalam model matematika, tim memprogram juga mendapatkan fakta bahwa ini dapat dimasukkan  ke dalam perangkat lunak yang akan memungkinkan seniman untuk menciptakan variasi penampilan yang lebih luas dengan menyesuaikan bagaimana cahaya melintasi “bahan volumetrik” seperti awan, kabut, kabut, patung marmer, atau kulit kita sendiri.

Hasil kreatif juga akan menjadi penggambaran fisik dunia nyata yang lebih akurat. Terobosan ini memungkinkan seniman mempertahankan hasil yang realistis sambil merespons arahan kreatif dengan “mengarahkan” fisika secara efektif untuk mencapai efek artistik tertentu.

“Ada interaksi yang menarik antara seni dan sains ketika Anda membuat film animasi,” kata Benedikt Bitterli, mahasiswa program Ph.D. di Dartmouth yang ikut menulis makalah penelitian.

“Anda melakukan simulasi fisika ini, tetapi orang yang menggunakannya bukan fisikawan. Kami menciptakan perangkat lunak dan simulasi untuk digunakan oleh para seniman. ”

Untuk mengatasi masalah dalam memahami bagaimana partikel mengatur diri mereka sendiri, tim peneliti beralih ke ilmu atmosfer dan transportasi neutron. Mengetahui susunan tetesan air atau bahan reaktor memiliki implikasi penting untuk mempelajari perubahan iklim dan menjaga reaktor nuklir tetap aman.

Sementara para peneliti telah berusaha untuk mengatasi tantangan pengaturan partikel untuk beberapa waktu, belum ada set persamaan yang telah dikembangkan yang memecahkan masalah secara umum.

“Ini bukan hanya masalah mengambil teknik dari bidang penelitian lain dan menggunakannya untuk menghasilkan gambar yang cantik dengan grafis komputer,” kata Bitterli. “Membuat persamaan fisika berfungsi dengan baik adalah tantangan baru dan sangat sulit.”

Tim peneliti juga menerapkan teknik pada benda padat, seperti patung marmer di mana beberapa cahaya memantul dari permukaan, tetapi beberapa juga bergerak melalui bahan, yang mengarah ke penampilan yang tembus cahaya. Teknik baru ini memungkinkan seniman untuk mengubah cara cahaya berinteraksi dengan objek tanpa mengubah kepadatan.