基于水幕電影模擬方法研究

郭京

摘 要

水幕電影模擬研究主要介紹了水幕電影模擬的主要方法與應(yīng)用等，對水幕電影模擬的方法進(jìn)行了細(xì)致的分類，討論了各種模擬方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了今后需要進(jìn)一步努力和完善的一些工作思路。

【關(guān)鍵詞】水幕電影模擬 粒子系統(tǒng) 紋理方法 數(shù)學(xué)物理方法

近年來的水幕電影模擬呈現(xiàn)出各種新方法、新思想。基于“細(xì)絲”的水幕電影模擬，采用質(zhì)量守恒和動量守恒來求解和簡化NS流體方程，采用自適應(yīng)的動態(tài)網(wǎng)格劃分的方法求解和簡化NS流體方程，等等，模擬效果都比較理想。

1 水幕電影模擬方法中存在的問題及發(fā)展方向

仔細(xì)分析和對比會發(fā)現(xiàn)，各種方法中也普遍存在很多不盡如人意的地方。目前在影視、特效、廣告制作方面，商業(yè)水幕電影制作軟件或插件，基本上還是停留在粒子系統(tǒng)的解決機(jī)制上，并沒有把當(dāng)前數(shù)理方法所取得的成就加以合理消化和運(yùn)用；雖然模擬的效果能夠滿足人們的正常需求，但是理論研究與實(shí)際應(yīng)用的脫節(jié)。計算機(jī)計算發(fā)展下一個時代將很快進(jìn)入量子計算時代和大數(shù)據(jù)時代，人們完全可以設(shè)計和采用更加細(xì)致的方法去處理相關(guān)問題；未來的計算條件和技術(shù)也允許人們這樣處理。目前，人們在算法處理和設(shè)計方面還完全沒有開始展開和進(jìn)行相關(guān)的研究探討，這將給未來的模擬和應(yīng)用帶來嚴(yán)重的滯后效應(yīng)。

2 水幕電影模擬方法的發(fā)展動向

2.1 水幕電影的整體形態(tài)和外力因素

好的水幕電影模擬方法，首先體現(xiàn)在好的表現(xiàn)形態(tài)上。水幕電影的形態(tài)也是千差萬別，其發(fā)生機(jī)制也不盡相同。近年來的一些影視效果如水墨效果，影視特效，廣告效果、動漫卡通場景等，也在廣泛地使用水幕電影來進(jìn)行模擬，應(yīng)對這些新的要求和需求，也將是極為棘手的問題。

外力作用對于水幕電影也是非常正常的；但目前很多方法在這方面的成果卻都不盡人意。畢竟，外力和障礙都屬于CG中的動力系統(tǒng)，牽涉到的技術(shù)比較復(fù)雜。

2.2 算法的模擬速度

算法的運(yùn)行速度一般取決于機(jī)器硬件和算法本身的復(fù)雜度?，F(xiàn)今，圖形技術(shù)所涉及的算法越來越復(fù)雜，對硬件條件的要求也越來越高。算法設(shè)計方面，諸如粒子系統(tǒng)，在粒子數(shù)量急劇上升的時候，就會帶來“大數(shù)據(jù)”的生產(chǎn)、處理和繪制等眾多問題。數(shù)理方法更是如此，求解流體方程的代價也是極高的；即使是一些簡化和類似算法，也都需要進(jìn)行大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)手段。

水幕電影光照的問題也不是孤立存在的，很多類似的自然現(xiàn)象中，都要面對這樣的困難。研究者可以借鑒這諸多方面的經(jīng)驗(yàn)來加以研究，這也是一種很好解決途徑?，F(xiàn)有的方法也許還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求，需要多學(xué)科之間的緊密配合；比如數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、燃燒學(xué)、氣象學(xué)、影視技術(shù)、廣告技術(shù)、藝術(shù)學(xué)等等；涉及的學(xué)科越來越多。

3 小結(jié)

水幕電影的再現(xiàn)和模擬一直是計算機(jī)圖形技術(shù)重點(diǎn)考慮的問題，也是一個長時間等候沒有很好地加以解決的難點(diǎn)問題。而現(xiàn)實(shí)生活和社會的各個方面，如影視特效、虛擬技術(shù)、廣告行業(yè)、軍事領(lǐng)域等行業(yè)對此卻提出了越來越高的要求和越來越豐富的效果的需求。目前有許多水幕電影模擬的各種解決辦法和思路模型，但還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到人們的期望，也沒有實(shí)現(xiàn)人們的急切需求。今后還需進(jìn)行更加深入、廣泛的思考和研究，需要加倍的努力和嘗試。

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作者單位

河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南省鄭州市 450046endprint