《哪吒》《大圣归来》在技术上是否已达到美国迪士尼水平?一篇爆文引发全网热议

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专题探讨

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最近在知乎上

有一个话题大家展开了激烈的讨论

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这个问题有意思

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其中一位答主的回答

获得了4万多的赞同

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我们来听听他是怎么说的

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文/张心欣

本文已获原作者授权发布

云泥之别。别到什么程度呢?

我能让你冲着这个回答叫爸爸。。。。

好,现在来回答了。

问题只问了技术上的差别,那我也就只谈技术上的差别,如果谈艺术上的差别,那只需要拿出一部 inside out(头脑特工队),估计是我国十几年内出不来的作品。

回到技术上,首先毫不客气的说,包括迪斯尼在内,整个CG产业,都是皮克斯这个祖师爷赏饭吃的结果。

详情请见之前的文章:

https://zhuanlan.zhihu.com/p/121868664

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那么接下来 

我展开列举一些迪斯尼集团的“技术” 

给大家细品一下

迪斯尼集团是一个包含了皮克斯, 卢卡斯影业(工业光魔),福斯,等IP厂商, 以及全世界各大主题游乐场,地产,还有6个科技研究院(麻省理工学院的图形学研究部门,苏黎世理工学院的图形学研究部门,工业光魔,皮克斯研究院,迪斯尼本部)的大集团。
做CG动画,首先是要有工具,工具所带来的的产能,决定了动画作品品质的下限。
在中国, maya, 3D max,  houdini, AE。。。。。凡所能盗版到或者买到的软件,以及一些有限的开发, 通常就定义了工具的全部了, 这些工具就好像如来佛的手掌一样,把艺术家发挥的范围限定在了它们的功能所构成的包体内。
但迪斯尼不一样,它的6个研究院,可以给他创造工具
 
先举一个例子, 蒙皮大家都知道, 一个CG角色有一层外表网面,里面有个骨骼,然后艺术家给骨骼点刷上权重,骨骼的运动从而驱动“皮肤的运动”形成角色动画。
这个技术它有个巨大的问题,就是权重很难刷,导致了在低成本的情况下,像是胳膊肘、胳肢窝, 这些关节曲折的地方会产生诸如扭曲,穿插,畸变等问题,比如:
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穿插
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扭曲,畸变

迪斯尼看了看手上的劳力士,说:“那么,就让我们来彻底解决这个问题吧。”

于是开发了基于有限元仿真的动画系统,就是造火箭一样样的有限元分析,他们自己开发一套来做动画。

这东西是怎么开发的呢?

研究人员先根据动画里大形变的需求重新推导了有限元积分的quadrature rule, 来保证软体在大形变下的形变可靠性。

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详尽的论文链接是:

http://www.math.ucla.edu/~jteran/papers/MZSETTS11.pdf

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新的积分方法在大形变下可靠性

使用稀疏hex网格离散动画角色

基于牛顿迭代的非线性方程求解法

用多重网格算法来做其中的雅克比系统求逆

通过CCD(连续碰撞检测)来检测穿插并作为碰撞约束带入求解器中,于是得到的形状绝无穿插

所有的代码基于并行运算开发,能以4fps的速度通过超级计算机进行求解运算。

最终得到这样一个系统:

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在这个系统中,动画角色被分为充满实体的有限元小块,其控制骨骼则是实实在在的刚体, 动画师通过操作这些骨骼来驱动有限元分析运算,产生自然的形变和无穿插的运动,动画师的一个鼠标操作指令会被送到工作室内的超算上进行运算后返回求解完的形态, 整个来回在当时可以达到4~8fps。

以下是他们和他们以前用的产品级rig的对比。

什么叫解放生产力, 发展生产力, 制造更好的生产工具?

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当然这些效果的提升

大概也就

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在后来zootopia里, 迪斯尼已经不满足于用统一的软体来描述一整个角色了, 于是搞了肌肉-皮肤仿真, 肌肉是一种各向异性(带纤维方向)的弹性材质, 在受力时不同的方向其膨胀,压缩效果是不同的,可以更逼真的呈现有血有肉的角色。

通过皮肤仿真来体现皮与肉之间的滑动以及皮肤的褶皱

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用骨骼驱动肌肉仿真再驱动皮肤仿真来表现筋肉型角色。

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使用了全套仿真方案和不使用的对比, 在同一个动画动作循环上。

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科学技术是第一生产力。

以上所展现的两个案例, 仅仅是管中窥豹的可见一斑, 同样的例子, 随便举还有:

大家都知道抠绿是件麻烦的事, 很多人以为, 抠个绿幕有什么难的, 不是早都被软件解决了么, 迪斯尼看了看自己手上的劳力士, 觉得并不是的。

于是呢,在siggraph2016上,他们提出了一种基于color unmixing的自动绿幕抠图方案, 论文题目是Interactive High Quality Green Screen Keying via Color Unmixing

这个绿幕抠图它达到什么效果呢???

前方高能

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注意它把这个动态模糊都能很完美的抠下来。

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注意这个透明的镜片,以及其它那些头发丝部分,是在和我开玩笑么?迪斯尼图像算法这么厉害,国防部知道么?

完整视频以及更多的对比如下:

这个算法,在论文中,迪斯尼的研究人员指出为整个制作流程节约了90%的劳动工作时间。

就更不需要提为了冰雪奇缘研发的MPM算法:

为了海洋奇缘研发的FAB算法: 

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先用计算机模拟出海浪冲击的感觉

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再模拟小帆船在海狼中前行

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再加上人物,进行环境调整

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效果测试

更不要提他们在渲染,动画等多个领域的其它工作。

这些算法的论文, 全都发表在SIGGRAPH会议上, 收录于ACM Transaction on Graphics期刊中。

SIGGRAPH是CCF(中国计算机科学学会)列为A类的会议, TOG是JCR 1区的期刊, 中科院的资料显示“极难”在这两个期刊发表论文。在任何一个国家的科学评价体系中, 这些都是顶级的科学技术研究。

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我才注意到迪斯尼都开始往SIAM发论文了。。。。丧病

那么在这方面

 迪斯尼+皮克斯总共有多少论文呢?

https://www.disneyanimation.com/technology/publications

graphics.pixar.com/library

大家可以自己去数

点开他们的论文列表

花了好久拉到底

竟然还有好几页?

要知道, 不同于计算机视觉或者AI之类的灌水大会, SIGGRAPH是一个每年接收论文才80~100篇的高标准会议, 而迪斯尼, 皮克斯的这些研究, 全都是应用数学科学的硬核算法研究。 

现在, 你来和我说技术上我国影视业已经和他们差不多了? 

恐怕就目前来讲,算上全世界所有其它同行和科研机构的力量(维塔除外,技术上新西兰的维塔可以与迪斯尼家单挑不怂), 也只能和他们勉强打平手啊。。。。就说咱们用的软件, maya houdini max, 这些都已经被迪斯尼皮克斯甩出外太空了, 更别说我国低成本,低研发,只会制作的劳动力密集型影视行业了。 

当然,以上罗列的技术,在整个影视动画工业用到的技术里,只是冰山一角,聊以吸引人眼球而已,大家一定要记住,我的用词“比如就有这么个技术xxx”。 

下面这个回答里提到的内容,可作为很好的补充。

www.zhihu.com/question/389058916/answer/1220950139

最后,革命尚未成功,同志任需努力。我费心尽力做这些科普工作,是希望带领大家在这个领域睁开眼看世界。先看到差距,我们才能去追赶。

中国是个超级大国,无论在哪个领域,都不能落后于人。

(我写文章的目的,是希望大家能看到差距,并且努力学好数学与应用数学、物理、计算机科学,在相关领域奋起直追。为国家作出贡献。)

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