資訊科技

3D長髮物理學

模擬一綹捲髮,在未來對電腦動畫師而言或許會相當輕鬆。

撰文/納維爾(Rachel Nuwer)
翻譯/甘錫安

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3D長髮物理學

模擬一綹捲髮,在未來對電腦動畫師而言或許會相當輕鬆。

撰文/納維爾(Rachel Nuwer)
翻譯/甘錫安

在夢工廠動畫公司的「史瑞克」動畫電影中,只有費歐娜公主的頭髮綁在後面。這個角色特別偏愛辮子的理由其實不是趕流行,而是物理學。讓卡通人物的頭髮垂下來,必須計算一連串複雜的方程式才能做出逼真效果,因此電腦動畫師通常會捨棄鬆散長髮,而選擇短髮和高髻。同樣地,動畫人物在大銀幕上大多是直髮,因為這樣比較容易執行3D計算。

動畫師可用的工具套組或許即將增加。夢工廠和皮克斯等公司的電影有一天可能會出現許多十分逼真的捲髮畫面。一組研究人員日前解開了一綹捲髮的物理性質之謎,並把結果發表在《物理評論通訊》上。論文共同作者之一的美國麻省理工學院機械工程暨土木及環境工程學副教授瑞斯(Pedro Reis)表示:「這是史上首次有人完整描述一綹自然捲曲頭髮的3D性質。我認為這是因為捲髮的幾何學相當非線性──我們常用這個詞形容非常複雜的事物。」

瑞斯等人一開始並不是要建立捲髮的電腦模型,而是想研究細長結構的曲率,類似海底電纜、油氣管,甚至細菌細小的尾部等。他們起先把中空的管狀模型平放,或以直徑3.2公分~1公尺的圓柱物體包覆,然後在模型中注入類似橡膠的物質,乾燥後就可做出各種曲率的軟棒。他們吊起軟棒,研究重力對軟棒形狀的影響。當他們把軟棒並排掛起,發現它們很像單綹頭髮,可組合成從直髮到非洲捲髮等各式髮型。

研究人員進行了1萬1000次電腦模擬,把懸垂頭髮假設為包含曲率、重量、長度和剛性四種性質的函數,並用模擬結果製作出相圖(phase diagram)以描繪懸垂頭髮的幾何形狀。這項工具未來將納入動畫製作軟體,但其他研究團隊必須先研究出一頭捲髮的髮絲之間、以及與風和其他外力間的交互作用。這個模型也可計算鋼管或其他管狀物體的曲率。瑞斯說:「我們的工程師一開始就希望解決實際有用的問題。我不是專業髮型師,而且我根本沒頭髮。」

【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2014年第148期6月號】