Film, media, dan seni
Kain, asap, kerumunan, dan cahaya, dihasilkan dari model fisik, bukan dianimasikan dengan tangan.
Sebelum ada komputer, film dan animasi memperkirakan fisika dengan rangkaian kawat, miniatur, dan bingkai gambar tangan. Kini simulasi menyediakan fisikanya secara langsung: kain yang jatuh terjuntai, rambut yang bergerak, kerumunan yang tidak berulang, dan cahaya yang merambat seperti di dunia nyata. Metode teknik dan sains diarahkan pada sebuah cerita, bukan jembatan atau reaktor. Metode itu disetel agar tampak meyakinkan, bukan akurat secara fisika, dan sering berjalan luring, bingkai demi bingkai, bukan dalam waktu nyata. Musik dan gambar berbagi satu gagasan: siapkan proses yang mendasarinya dan biarkan hasilnya muncul.
Simulasi kain
Kain direpresentasikan sebagai jaring titik dan pegas, terjuntai, melipat, dan robek di bawah gravitasi dan gerakan.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana pakaian ini bergerak pada tubuh yang bergerak tanpa animator mengatur setiap lipatannya?
Mengabaikan: Kain nyata punya ingatan akan lipatannya yang diabaikan sebagian besar pemecah kain.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar satu simpul render farm untuk lintasan kain satu adeganSejak: 1987 paling lambat 1987, model kain pegas-massa awal untuk animasi komputer
Simulasi rambut dan bulu
Puluhan ribu helai individual, masing-masing mematuhi aturan lengkung dan tumbukannya sendiri, digerakkan oleh angin, gravitasi, dan tubuh di bawahnya.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana seluruh rambut atau bulu bergerak secara meyakinkan, helai demi helai?
Mengabaikan: Gesekan antarutas hanya didekati. Jika tidak, setiap simulasi akan memakan waktu lebih lama daripada yang diizinkan jadwal produksi.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar satu simpul render farm untuk lintasan rambut satu tokohSejak: 1989 paling lambat 1989, riset animasi rambut berbasis untai awal
Simulasi fluida dan asap untuk efek
Api, asap, air, debu, dan ledakan dihitung sebagai fluida pada grid atau dalam partikel, digayakan menurut bagaimana tampaknya, bukan demi akurasi ilmiah.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana ledakan, gelombang, atau kepulan asap ini bergerak dan tampak di layar?
Mengabaikan: Diarahkan agar tampak bagus dalam bingkai, bukan untuk menjaga energi atau massa dengan tepat.
Berjalan di: sekitar 1013 FLOPS kasar alokasi render farm untuk satu adegan penuh efekSejak: 1982 paling lambat 1982, efek fluida dan partikel buatan komputer awal untuk film
Simulasi kehancuran dan puing
Bangunan, kendaraan, dan benda dipecah menjadi serpihan dan dilemparkan oleh fisika benda tegar, disetel agar keruntuhannya tampak dramatis, bukan sekadar benar.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana struktur ini hancur, dan di mana kepingannya jatuh?
Mengabaikan: Material nyata gagal tak terduga; pola retakan ini direncanakan agar tampak bagus.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar satu simpul render farm untuk satu adegan kehancuranSejak: 1995 paling lambat 1995, simulasi patahan benda tegar dipakai dalam efek film
Deformasi otot dan kulit
Kulit dan jaringan lunak tubuh digital yang meluncur, menonjol, dan berkerut di atas kerangka dan otot beranimasi di bawahnya.
Pertanyaan yang dijawabnya: Apakah tubuh makhluk atau tokoh ini bergerak seolah punya jaringan lunak sungguhan?
Mengabaikan: Kulit yang bergeser di atas tulang masih sebagian besar didekati, bukan jaringan yang disimulasikan dengan benar.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar satu simpul render farm untuk lintasan tubuh satu tokohSejak: 1999 paling lambat 1999, rig deformasi berbasis otot untuk tokoh animasi komputer
Dinamika benda tegar untuk animasi
Benda padat yang bertabrakan, bertumpuk, menggelinding, dan mengendap di bawah gravitasi dan gesekan, dipakai untuk menganimasikan properti dan gerak sekunder tanpa mengatur setiap pantulan dengan tangan.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana tumpukan benda ini berguling dan mengendap setelah terganggu?
Mengabaikan: Benda sesekali saling menembus atau bergetar dengan cara yang tak akan dilakukan benda nyata.
Berjalan di: sekitar 1011 FLOPS kasar workstation untuk simulasi properti satu adeganSejak: 1988 paling lambat 1988, fisika benda tegar dipakai untuk animasi komputer
Dinamika berbasis posisi
Benda seperti kain dan benda lunak bergerak dengan langsung menyesuaikan posisi titik untuk memenuhi kendala, yang cepat dan stabil.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana benda yang bisa berubah bentuk disimulasikan cukup cepat untuk penggunaan interaktif?
Mengabaikan: Tidak eksak secara fisik dan kekakuannya bergantung pada jumlah langkah.
Berjalan di: sekitar 109 FLOPS kasar Waktu nyata pada satu CPU atau GPUSejak: 2007 Position based dynamics (2007) sumber
Sintesis permukaan laut
Permukaan air dihasilkan dari spektrum gelombang, dipakai untuk merender laut lepas dengan ombak besar dan buih.
Pertanyaan yang dijawabnya: Seperti apa rupa laut dengan angin dan kedalaman tertentu?
Mengabaikan: Ia memodelkan bentuk permukaan, bukan aliran penuh di bawahnya atau pecahnya gelombang besar.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar workstation, beberapa menit per bingkaiSejak: 1986 paling lambat 1986, Fournier dan Reeves, A simple model of ocean waves sumber
Efek sistem partikel
Api, percikan, asap, dan semprotan digambar sebagai ribuan titik berumur pendek, masing-masing dengan gerak dan penampilannya sendiri.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana peristiwa yang kabur bisa ditampilkan sebagai awan titik yang bergerak sendiri-sendiri?
Mengabaikan: Titik tidak saling mendorong, sehingga perilaku fluida sejati tidak ada.
Berjalan di: sekitar 1010 FLOPS kasar laptop, waktu nyataSejak: 1983 paling lambat 1983, Reeves, Particle systems (dipakai dalam efek dinding api) sumber
Simulasi salju dan material butiran
Salju, pasir, dan material sejenis disimulasikan sebagai titik-titik yang membawa tegangan, sehingga menumpuk, pecah, dan menggumpal seperti material aslinya.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana salju memadat, retak, dan mengalir ketika didorong?
Mengabaikan: Fisika es pada skala butir diganti dengan hukum material rata-rata.
Berjalan di: sekitar 1014 FLOPS kasar render farm, beberapa jam per adeganSejak: 2013 paling lambat 2013, Stomakhin dan lainnya, A material point method for snow simulation sumber
Simulasi kerumunan digital
Ribuan figur individual, masing-masing dengan aturan gerak dan penghindaran sederhana, memenuhi stadion, medan perang, atau jalan tanpa dianimasikan satu per satu.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana kerumunan sebesar ini bergerak, melarikan diri, atau bertarung sebagai massa?
Mengabaikan: Setiap sosok di barisan belakang cenderung bergerak agak terlalu serupa.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar alokasi render farm untuk satu adegan kerumunanSejak: 1997 paling lambat 1997, sistem kerumunan berbasis agen dipakai dalam adegan pertempuran film layar lebar
Manusia dan wajah digital
Otot, kulit, dan mikroekspresi wajah dimodelkan cukup baik untuk menganimasikan pertunjukan sintetis yang terbaca seperti orang sungguhan.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bisakah wajah sintetis ini menyampaikan emosi seyakinkan wajah asli yang menjadi dasarnya?
Mengabaikan: Mata dan sudut mulut tetap menjadi bagian yang paling sulit direproduksi secara meyakinkan.
Berjalan di: sekitar 1013 FLOPS kasar alokasi render farm untuk wajah satu tokoh utamaSejak: 2001 paling lambat 2001, penangkapan dan simulasi wajah beresolusi tinggi untuk film
Kota dan lanskap prosedural
Jalan, bangunan, medan, dan vegetasi yang dihasilkan oleh aturan dan keacakan dari sekumpulan kecil parameter, alih-alih ditempatkan dengan tangan.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana seluruh kota atau benua bisa diisi dengan detail yang tidak mungkin ditempatkan dengan tangan?
Mengabaikan: Kota yang dihasilkan cenderung masuk akal secara statistik tetapi tidak memiliki sejarah tertentu.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar workstation atau simpul render farm untuk satu pembangunan lingkunganSejak: 1982 paling lambat 1982, pembangkitan medan fraktal dipakai dalam grafika komputer
Set produksi virtual
Lingkungan buatan komputer yang ditampilkan langsung di layar besar di belakang aktor dan difilmkan di kamera, dengan adegan yang bereaksi terhadap gerakan lensa.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bisakah latar bereaksi terhadap kamera secara waktu nyata sehingga tidak perlu ditambahkan belakangan?
Mengabaikan: Kecocokan pencahayaan antara aktor asli dan layar di belakangnya masih belum sempurna.
Berjalan di: sekitar 1013 FLOPS kasar klaster GPU gaming yang menggerakkan layar panggung secara langsungSejak: 2019 paling lambat 2019, panggung produksi virtual volume LED besar dipakai secara luas
Ekosistem dan vegetasi digital
Hutan, padang rumput, dan populasi hewan dihasilkan dan dianimasikan bersama, dengan tumbuhan bersaing mendapatkan cahaya dan hewan bergerak melaluinya.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana seluruh lanskap tersimulasi berisi tumbuhan dan makhluk tampak dan bergerak bersama?
Mengabaikan: Ekosistem tersimulasi disetel agar tampak rimbun, bukan agar seimbang seperti yang nyata.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar satu simpul render farm untuk lintasan ekosistem satu lingkunganSejak: 2000 paling lambat 2000, alat vegetasi dan ekosistem prosedural untuk lingkungan film
Simulasi atmosfer dan langit
Awan, kabut, hujan, dan warna langit dihasilkan dari model fisika hamburan cahaya dan kelembapan, untuk cuaca sebuah adegan, bukan yang sungguhan.
Pertanyaan yang dijawabnya: Seperti apa seharusnya langit dan cuaca dalam adegan ini, tanpa syuting pada hari yang tepat?
Mengabaikan: Disetel agar langit tampak seharusnya, bukan untuk fisika atmosfer yang sebenarnya.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar satu simpul render farm untuk lintasan langit satu lingkunganSejak: 1986 paling lambat 1986, model perenderan langit dan awan berbasis fisika
Avatar saraf
Jaringan saraf yang dilatih pada tangkapan multikamera seseorang merender wajah atau tubuh yang mirip hidup dan dapat dianimasikan.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bisakah orang virtual dirender sehingga tak bisa dibedakan dari yang asli?
Mengabaikan: Membutuhkan perekaman tiap subjek, dan perilaku tidak dihasilkan.
Berjalan di: sekitar 1013 FLOPS kasar Pelatihan per orangSejak: 2018 Deep appearance models for face rendering (2018) sumber
Idola dan influencer virtual
Seorang pemeran fiktif yang dirender dengan grafika komputer dan dikelola sebagai selebritas, tampil di media dan umpan sosial.
Pertanyaan yang dijawabnya: Apakah penonton menjadi terikat pada pemeran yang tidak punya tubuh?
Mengabaikan: Personanya ditulis oleh sebuah tim; tidak ada kehidupan batin otonom yang dimodelkan.
Berjalan di: sekitar 1011 FLOPS kasar workstation, merender dalam waktu hampir nyataSejak: 1996 paling lambat 1996, Kyoko Date, idola CG 3D yang debut lewat Horipro sumber
Konser virtual
Pertunjukan langsung yang digelar di dunia virtual bersama atau mesin permainan, dengan avatar, efek panggung, dan penonton jarak jauh.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bisakah konser dinikmati bersama oleh penonton yang hanya hadir sebagai avatar?
Mengabaikan: Reaksi penonton dan kehadiran kerumunan tipis dibandingkan tempat sungguhan.
Berjalan di: sekitar 1012 FLOPS kasar pusat data, waktu nyata untuk ribuan penontonSejak: 2006 paling lambat 2006, Duran Duran tampil di Second Life sumber
Peremajaan digital
Wajah seorang pemeran dibangun ulang dalam 3D dan dialihsasarkan ke usia yang lebih muda atau lebih tua, digerakkan oleh akting si aktor sendiri.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bisakah wajah ditampilkan pada usia lain sambil mempertahankan ekspresi aktornya?
Mengabaikan: Hasilnya adalah model penampilan; tidak ada biologi penuaan yang disimulasikan.
Berjalan di: sekitar 1013 FLOPS kasar render farm, beberapa jam per adeganSejak: 2008 paling lambat 2008, The Curious Case of Benjamin Button, dengan efek Digital Domain sumber
Tokoh digital hasil tangkapan kinerja
Tokoh buatan komputer yang dianimasikan dari gerakan tubuh dan wajah aktor yang direkam, lalu digabungkan ke rekaman langsung.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bisakah gerakan aktor menggerakkan makhluk yang sama sekali tidak mirip manusia?
Mengabaikan: Otot dan pikiran tidak dimodelkan, hanya gerakan yang direkam.
Berjalan di: sekitar 1011 FLOPS kasar workstation, beberapa jam per adeganSejak: 2002 paling lambat 2002, Gollum dalam The Lord of the Rings: The Two Towers sumber
Pemodelan tumbuhan L-system
Bentuk tumbuhan ditumbuhkan dengan menulis ulang untaian simbol berulang kali menjadi struktur bercabang, lalu digambar sebagai pohon dan daun.
Pertanyaan yang dijawabnya: Aturan penulisan ulang sederhana apa yang menghasilkan bentuk bercabang tertentu?
Mengabaikan: Aturan itu mencocokkan bentuk; kimia dan persaingan cahaya yang mendorong pertumbuhan nyata tidak ada.
Berjalan di: sekitar 108 FLOPS kasar laptop, beberapa detikSejak: 1968 paling lambat 1968, Lindenmayer, Mathematical models for cellular interactions in development sumber
Machinima
Film yang dibuat dengan mengarahkan tokoh dan kamera di dalam mesin permainan waktu nyata, bukan kamera fisik atau perender luring.
Pertanyaan yang dijawabnya: Apa yang bisa difilmkan di dunia yang hanya ada di mesin gim?
Mengabaikan: Mesin menentukan apa yang bisa ditampilkan; tindakan dibatasi pada apa yang diizinkan kontrolnya.
Berjalan di: sekitar 1011 FLOPS kasar PC gaming, waktu nyataSejak: 1996 paling lambat 1996, Diary of a Camper, film pendek yang dibuat dengan mesin Quake sumber
Figur animatronik
Figur mekanis penggerak motor berupa manusia dan hewan yang menampilkan gerakan dan ucapan berskrip.
Pertanyaan yang dijawabnya: Seberapa meyakinkan sebuah mesin bisa bertingkah seperti makhluk hidup?
Mengabaikan: Gerakan diputar ulang dari rekaman; tidak ada penginderaan atau keputusan.
Berjalan di: tanpa komputer. pengendali mekanis, tanpa komputasiSejak: 1963 paling lambat 1963, Audio-Animatronics Disney, Enchanted Tiki Birds sumber
Kendali tokoh berbasis fisika
Tubuh virtual dengan sendi dan otot dilatih bergerak, melompat, atau bertarung dengan pembelajaran penguatan di mesin fisika, meniru klip penangkapan gerak.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bisakah seorang tokoh menjaga keseimbangan dan bergerak secara alami, bereaksi terhadap dorongan, tanpa animasi buatan tangan?
Mengabaikan: Gayanya hanya berasal dari klip yang ditirunya, dan gerakan langka serta pekerjaan tangan yang halus ditangani dengan buruk.
Berjalan di: sekitar 1015 FLOPS kasar berhari-hari di workstation GPU per keterampilan.Sejak: 2018 DeepMimic oleh Peng dan rekan, pembelajaran penguatan dalam berpemandu contoh untuk keterampilan tokoh berbasis fisika. sumber
Transpor cahaya berbasis fisika
Sinar cahaya dilacak mundur dari kamera, memantul dari dan menembus setiap permukaan, untuk menghitung citra yang konsisten secara fisik.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana cahaya berperilaku dalam adegan ini, pantulan demi pantulan, bukan sekadar didekati?
Mengabaikan: Konvergen lambat, sehingga derau masih ditekan dengan heuristik, bukan dengan mengambil lebih banyak sampel.
Berjalan di: sekitar 1014 FLOPS kasar alokasi render farm di banyak simpul untuk satu bingkaiSejak: 1986 Algoritma penelusuran jalur Kajiya tahun 1986
Perambatan bunyi dan akustik
Gelombang bunyi dilacak atau dimodelkan saat memantul, terserap, dan terdifraksi melalui ruangan virtual, jalan kota, atau medan perang, untuk audio film dan gim.
Pertanyaan yang dijawabnya: Seperti apa seharusnya bunyi ruangan ini, mengingat bentuknya dan bahan di dalamnya?
Mengabaikan: Telinga dan ruangan nyata punya keanehan yang rutin diidealkan model akustik.
Berjalan di: sekitar 1011 FLOPS kasar workstation untuk lintasan akustik satu adeganSejak: 1968 paling lambat 1968, pemodelan akustik ruangan berbasis sinar
Sintesis pemodelan fisik instrumen
Senar, buluh, kulit drum, atau pipa dimodelkan sebagai benda fisik yang bergetar, dihitung langsung untuk menghasilkan bunyinya, bukan direkam atau disampel.
Pertanyaan yang dijawabnya: Seperti apa bunyi instrumen ini, dihitung dari fisikanya dan bukan direkam?
Mengabaikan: Menangkap fisika instrumen, bukan puluhan tahun teknik seorang pemain.
Berjalan di: sekitar 1010 FLOPS kasar berjalan waktu nyata di laptop atau synthesizerSejak: 1983 paling lambat 1983, model pemandu gelombang digital untuk senar yang bergetar
Sistem seni generatif
Aturan, keacakan, atau agen sederhana dijalankan maju untuk membuat gambar, pola, atau komposisi. Aturan itu saja tidak sepenuhnya menguraikan hasilnya lebih dulu.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bentuk apa yang diambil proses ini jika dibiarkan berjalan saja?
Mengabaikan: Seniman memilih simulasi acak mana yang dipertahankan, sehingga karya ‘generatif’ tetap melibatkan kurasi yang besar.
Berjalan di: sekitar 109 FLOPS kasar berjalan di laptop dalam hitungan detik hingga menitSejak: 1965 paling lambat 1965, seni buatan komputer awal dari aturan algoritmik
Musik prosedural dan generatif
Aturan musik, rantai Markov, atau agen sederhana dijalankan maju untuk menghasilkan melodi, harmoni, atau musik latar yang berkembang dan bereaksi pada apa yang terjadi di layar.
Pertanyaan yang dijawabnya: Musik apa yang dihasilkan sekumpulan aturan ini jika terus menghasilkan tanpa seorang komponis memilih setiap nada?
Mengabaikan: Cenderung terdengar kompeten dan jarang mengejutkan, persis seperti yang diizinkan aturannya.
Berjalan di: sekitar 109 FLOPS kasar berjalan di laptop dalam waktu nyataSejak: 1957 Illiac Suite, komposisi komputer awal berbasis aturan
Pembuatan tekstur dan material prosedural
Pola permukaan seperti serat kayu, karat, pori kulit, atau lapisan batuan dihasilkan dari derau dan aturan fisika sederhana, alih-alih dilukis dengan tangan atau difoto.
Pertanyaan yang dijawabnya: Seperti apa seharusnya permukaan ini dari dekat, dihasilkan dan bukan difoto?
Mengabaikan: Tekstur berbasis derau bisa tampak seragam pada skala yang tak pernah terjadi pada permukaan nyata.
Berjalan di: sekitar 1010 FLOPS kasar workstation yang menghasilkan tekstur untuk satu asetSejak: 1985 paling lambat 1985, tekstur derau prosedural ala Perlin dalam grafika komputer
Efek bunyi berbasis fisika
Bunyi benturan, gulungan, dan gesekan yang disintesis dari bentuk, bahan, dan kontak benda tersimulasi alih-alih diputar dari rekaman.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bunyi apa yang dihasilkan benda berbahan ini ketika mengenai permukaan itu?
Mengabaikan: Model mode disetel dengan telinga dan mengabaikan radiasi ke ruangan sungguhan.
Berjalan di: sekitar 109 FLOPS kasar laptop, waktu nyataSejak: 2001 paling lambat 2001, van den Doel, Kry, dan Pai, FoleyAutomatic sumber
Musik dan visual yang diprogram langsung
Pemain menulis dan mengubah kode yang sedang berjalan di depan penonton, sehingga bunyi atau citra berkembang saat program disunting.
Pertanyaan yang dijawabnya: Bagaimana musik berubah ketika aturannya ditulis ulang saat dimainkan?
Mengabaikan: Simulasinya adalah programnya sendiri; tidak ada yang bersifat fisik yang dimodelkan.
Berjalan di: sekitar 108 FLOPS kasar laptop, waktu nyataSejak: 2004 paling lambat 2004, kelompok TOPLAP dibentuk untuk menyatukan komunitas live coding sumber
Perenderan adegan saraf
Jaringan saraf yang disesuaikan dengan sekumpulan foto menyimpan cahaya dan kerapatan sebuah adegan sehingga pandangan baru dapat dirender dari posisi kamera mana pun.
Pertanyaan yang dijawabnya: Seperti apa tempat ini dari sudut yang tidak pernah difoto siapa pun?
Mengabaikan: Ia menginterpolasi antar foto dan mengarang detail di tempat yang tidak ada fotonya, sehingga pandangan yang jauh dari aslinya tidak bisa diandalkan.
Berjalan di: sekitar 1015 FLOPS kasar jam di GPU untuk satu adegan, dan sehari untuk adegan besar.Sejak: 2020 NeRF Mildenhall dan rekan, mewakili adegan sebagai medan pancaran saraf untuk sintesis sudut pandang. sumber