【人物專訪】穿梭虛與實之間:動畫特效與算圖農場——專訪郭嘉真

●10/26 郭嘉真老師主講:「科技熊抱藝術—雲端算圖農場勇氣獻映」點此報名

採訪、撰文|吳謹安

從《怪獸電力公司》怪獸們隨風擺動的毛髮到《復仇者聯盟》系列電影中鋪天蓋地的超能力,動畫特效已成為現代民眾觀影體驗中不可或缺的一部分。事實上,逼真自然的特效製作仍須以流體力學與固態力學等方程式為基礎進行電腦算圖(Computer-Generated Imagery,CGI)製成。許多人不知道的是,台灣也有專為創作者建立的算圖農場(Render farm),其中計畫主持人郭嘉真教授曾帶領團隊參與《一把青》、《聶隱娘》與《傀儡花》影視內容的動畫製作,逼真呈現激烈空戰、雲霧飄渺以及船艦破浪等場景。

●淺談動畫特效與計算科技

談到為何從水力與環工領域投身電腦特效製作,郭嘉真教授坦言最初因擅長數理計算而接觸計算科技,博士班研究如何以方程式推導、模擬二氧化碳於地殼中的活動,也因緣際會為未來投入電腦算圖領域留下伏筆。教授表示事實上特效中都須以數學理論為基礎加以發展,如數學研究中的渾沌理論(Chaos theory)以碎形幾何的概念,能在動畫特效中製作出層層交疊的山巒。又如動畫物件要貼上材質(把桌子的質地表現為木桌或大理石桌),數學上使用的是映射(mapping)的概念。

郭嘉真教授提及過去也不乏理工人在影視產業發光發熱的案例,皮克斯動畫工作室創辦人卡特莫爾(Edwin Catmul)便是最好的例子,其專長為物理與計算科學,而非藝術背景出身,反而利用電腦算圖技術帶領影視產業走向革新。因此儘管大眾直覺上或許不易將電腦算圖與動畫製作聯想在一起,計算科技的進步確實與影視產業中特效製作的發展息息相關。例如迪士尼1999年推出的《泰山》,儘管以2D畫風的方式呈現,但大量角色快速在藤蔓向觀影者方向移動的鏡頭,由於難以預測每幀畫面中物件的位置與動作,對過去純手繪動畫有很高的難度。當時迪士尼便開發軟體Deep Canvas以3D建模的方式,建立深景深並調整各參數模擬攝影機運動,動畫師只要專注設計關鍵影格構圖即可。而皮克斯的經典之作《玩具總動員》,更昭示3D動畫與電腦運算特效將席捲影壇。

然而,電腦算圖量也隨電影工業的進步而增加,過去單一虛擬角色身上毛髮,可能仰賴電腦針對百萬個多邊形(virtual polygon)以流體與固體力學運算模擬,但《阿凡達》視覺特效團隊面臨的是以十億計多邊形運算。不僅需要高規格硬體設備,同時也仰賴高速算圖技術。對於市場、資本較小的台灣創作者而言,無異於是沉重的負擔,於是2011年國網中心建置算圖農場,協助國內創作者製作高品質動畫特效。

●學術與實務領域的結合:國網中心算圖農場

算圖農場最初設立理念為協助、培育創作者進行動畫特效製作,並降低民間維持高階軟硬體設備的成本。然而算圖農場建成之初並非一帆風順,反倒面臨沒有足夠複雜樣本測試平台完整性的問題,也無法進一步將服務推向業界,直到肯特動畫提供作品《太極星貓》協助國網中心測試。其中角色跑動時身上百萬計的毛髮(固體)與風力(流體)之間互動,需依靠流固耦合的高度複雜運算,幫助算圖農場在上線前找出並修正平台的問題。並在日後陸續參與各大台灣本土動畫製作,也舉辦3D全國動畫大賽(HCP)扶植學生投入動畫產業。

經過8年的淬鍊,算圖農場也能提供創作者更全能的服務,創作者甚至能透過雲端桌面,便捷的上傳巨量資料到雲端直接進行算圖,而不用專程帶著硬碟到國網中心運算。使用者利用原單位高階電腦需要1天來完成1幀精細特效的運算,透過雲端算圖農場只需要20分鐘即可完成,大幅縮短時間與物力成本。

有趣的是,來往於學術與實務領域間,郭嘉真教授表示最大的差異在於,兩者模型求解過程的收斂標準不同,學術研究仰賴許多客觀參數與理論作為收斂指標(如最小誤差)。然而動畫特效模擬的收斂標準就是要做到導演審核通過,畫面必須達到導演心中所預想效果才能夠算成功。舉例而言,學術研究中對於海浪的演算,方程式除了須遵守質量與動量守恆的定理外,還要能更精準地去預測,因為實務上需用於救災、船舶設計等。但《2012》中海浪儘管仍需依循質量、動量守恆,但可將數學是中的非線性項移除以縮短解算時間。不須要求方程式是否能精準預測,其他重點則在多次調整參數以達到導演認為能沁入人心的畫面呈現。

●計算科技的應用與反思

教授也指出算圖科技不僅能用於影視產業,甚至能協助推廣環境保育思維。例如美國氣象預報開始利用3D模擬科技,以視覺方式演繹颶風等氣候災難造成的損害與浪況。甚至模擬國際財團在印尼濫墾雨林,種植棕梠樹後地貌的變遷,在濫墾之前便呈現其對生態的影響,也降低進入雨林拍攝的人事成本與風險。

科技革新同時也為既有社會概念帶來衝擊,動畫特效在帶來更逼真的觀影體驗的同時,也模糊了觀眾眼中真人與虛擬演員的界線。教授便表示設想若《艾莉塔:戰鬥天使》獲頒奧斯卡最佳女主角獎,則獎項應該頒發給演繹角色表情與動作的人員,還是螢幕呈現的角色本身呢?

最後回歸初衷,郭嘉真教授認為堅持與推動本土影視產業不僅止於商業效益,影視產業良性發展背後蘊含的文化傳承的意義,才是耕耘算圖農場後取得最珍貴的收穫。

 

●10/26 郭嘉真老師主講:「科技熊抱藝術—雲端算圖農場勇氣獻映」點此報名

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