В умовах стрімкого розвитку технологій у кінематографії, питання про ефективність створення візуальних ефектів (VFX) залишається ключовим у сучасній індустрії кіно та ігор. З одного боку, сучасні інструменти, як-от 3D-моделювання та комп'ютерна графіка (CGI), значно спрощують процес виробництва ефектів, знижуючи фінансові витрати та спрощуючи технічний бік створення фільмів. З іншого боку, виникає дилема: приріст доступності та прискорення виробництва можуть супроводжуватися зменшенням якості візуальних ефектів [1, с. 25]. Ефективність створення візуальних ефектів у індустрії сьогодні зазнає впливу двоїстої динаміки: спрощення процесу виробництва та потенційне зниження якості. Дослідження цієї дилеми є вкрай актуальним у контексті стрімкого розвитку технологій і постійно мінливих очікувань аудиторії. Питання, що стосуються балансу між доступністю та якістю візуальних ефектів, залишаються ключовими для творців фільмів, студій і всієї індустрії загалом [2, с. 11]. Створення візуальних ефектів як технічного сегменту передбачає використання різноманітних методик та підходів. Одним з таких є – способи фрагментації 3D-моделей, в основі яких визначено математичний алгоритм на основі Voronoi Fracture. На рисунку 1 наведено результат цього алгоритму в одній з програм 3D-графіки.
Рисунок 1 – Фрагментація 3D-моделей
В математичному плані алгоритм Voronoi Fracture передбачає проведення певних математичних обрахунків, в основі котрих закладено визначення відстаней між умовними центрами фрагментів. Отримані значення відстаней між фрагментами як раз і буде критерієм формування форм цих фрагментів. Це з одного боку. А з іншого, в програмі з 3D-графіки вбудований алгоритм, який дозволяє утримувати ці уламки, передусім, коли враховується сила всесвітнього тяжіння. Цей алгоритм передбачає аналіз цілої системи зв'язків, які прийнято називати констрейнтами (рис.2). Тобто, вивчення Voronoi Fracture пов'язане з двома аспектами – математичний та фізичний. В даній роботі розглянуто програмний алгоритм створення фрагментації моделі для VFX. В основі цього програмного алгоритму лежить математичний метод на основі voronoifracture.
Рисунок 2 – Візуалізація констрейнтів
Принцип роботи алгоритму Voronoi Fracture полягає у наступному: всередині об’єкту створюють хмару крапок і програма розраховує середню відстань між найближчими двома сусідніми крапками і далі програма на основі цих відстаней створює фрагменти. Де відстань більша, там фрагмент є більшим. Чим більше щільність крапок, тим більше буде фрагментів. Це є алгоритм прорахунку фрагментації. Недоліком такого підходу може бути ситуація, коли отримані розрізи є рівними і плоскими [3, с. 17].
В рамках дослідження на основі використання методу Voronoi Fracture cтворено процедурну модель, та проаналізовано ефект руйнування. Процедура створення такого візуального ефекту складається з наступних етапів: 1) створення фрагментації; 2) додавання до об’єкту динаміки (симуляція); 3) кешування; 4) рендерінг (візуалізація).
В системі динаміки програми 3D для симуляції руйнувань використовують вузол динаміки роботи жорстких тіл Rigidbodysolver (динаміка твердих тіл) (рис.3). На рисунку 4 показано візуалізація руйнування моделі на основі використання алгоритму Voronoi Fracture в динаміці.
Рисунок 3 – Нодова схема реалізації руйнування
Рисунок 4 – Симуляція руйнування
В основі створення фрагментації об’єктів виділяють дві основні системи: Engine RBD – система, яка дозволяє симулювати колізії, руйнування (більш повільна, але більш точна); Engine Bullet – система, яка виконує ті самі функції, але вона більш швидка і менш точна в плані взаємодії між собою, і колізій – є основною системою.
Знайдено в рамках дослідження, що процедурна система Engine RBD показує неймовірно реалістичну симуляція фізики, що робить її ідеальним вибором для проектів, де важлива правдоподібність. Вона здатна з легкістю обробляти складні симуляції, такі як руйнування та деформація, пропонуючи широкий спектр функцій та можливостей, які роблять його гнучким інструментом для розробників [3, с. 97].
Однак, недоліком Engine RBD може бути складність у вивченні та використанні, що робить його не найкращим вибором для початківців. Він потребує потужного комп'ютера для плавної роботи, що може бути проблемою для деяких розробників. Engine RBD може бути не таким ефективним, як інші двигуни, що може призвести до проблем з продуктивністю.
Система Engine Bullet - це легка у вивченні та використанні система фізики візуального ефекту, яка добре підходить для проектів, де не потрібна максимально реалістична симуляція. Вона не потребує багато ресурсів, тому може плавно працювати навіть на слабких комп'ютерах.
Можна припустити, що Engine Bullet не здатний зрівнятися з Engine RBD за реалізмом, тому якщо вам потрібна максимально реалістична симуляція фізики, вибір Engine Bullet може не відповідати вашим вимогам. Також, Engine Bullet не рекомендується для складних симуляцій, таких як руйнування та деформація, оскільки він обмежений у своїх можливостях обробки таких ситуацій порівняно з Engine RBD. Крім того, Engine Bullet пропонує менший спектр функцій та можливостей, що може звузити його застосування в деяких проектах. Якщо вам потрібен двигун з більш широким спектром функцій, можливо, Engine RBD буде кращим вибором.
Отже, Engine RBD та Engine Bullet - два потужні системи фізичної взаємодії з фрагментами 3D-моделі, що відрізняються за своїми можливостями. Engine RBD надається для максимально реалістичних симуляцій та обробки складних сценаріїв, але вимагає досить потужного обладнання та має складну структуру. З іншого боку, Engine Bullet пропонує простоту використання та ефективність роботи навіть на менш потужних комп'ютерах, але не досягає такого рівня реалізму та не підходить для складних симуляцій. Вибір між ними залежить від ваших конкретних потреб та можливостей ресурсів.
Список літератури:
1. S. Zwerman, J. A. Okun, The VES Handbook of Visual Effects: Industry Standard VFX Practices and Procedures. — Focal Press, 2010. — 960 p.
2. E. Dinur, The Filmmaker's Guide to Visual Effects: The Art and Techniques of VFX for Directors, Producers, Editors and Cinematographers. — Routledge, 2017. — 192 p.
3. R. Magee, Houdini Foundations. — SideFX Software, 2022. — 224 p.
________________________
Науковий керівник: Трапезон Кирил Олександрович, кандидат технічних наук, доцент, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter