??自上世紀(jì)90年代中期《泰坦尼克號(hào)》公映后，國(guó)人開始認(rèn)識(shí)到了好萊塢電影的魅力——確切地說(shuō)，是好萊塢大片特效的魅力。自此以后，每年都有大量的好萊塢特效大片涌入中國(guó)熒幕，近幾年更是數(shù)不勝數(shù)，而且越來(lái)越與全球同步放映。

所謂的大片，即指投資大、制作大、陣容大、內(nèi)容大。在今天電影時(shí)代，這一切的“大”，都可以被“特效大”來(lái)概括。統(tǒng)計(jì)這幾年最賣座的好萊塢大片，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它們不是視覺特效大片就是ＣＧ制作的動(dòng)畫片，電影工業(yè)的格局因此而徹底改變。但是如果你覺得特效僅僅是技術(shù)那么簡(jiǎn)單，那就錯(cuò)了。

流體模擬背后的科學(xué)：雖然流體的解算是最耗計(jì)算機(jī)資源的，但對(duì)于視覺特效來(lái)說(shuō)卻十分重要。流體所指的也不單單只是液體而已，還包含了火焰、煙霧、氣體等。而煙霧跟液體最大的差別在于，液體會(huì)有固定的體積，氣體則不是。流體的這個(gè)概念也不僅僅只應(yīng)用在視覺特效領(lǐng)域, 在科學(xué)領(lǐng)域里面也被廣泛應(yīng)用，從1960年代中期以來(lái)，流體動(dòng)力學(xué)（CFD，computational fluid dynamics）或流體模擬的科學(xué)就開始在工程問(wèn)題中得到應(yīng)用。

流體的方程式和數(shù)學(xué)原理被用于描述關(guān)于許多學(xué)術(shù)和經(jīng)濟(jì)利益中的模擬現(xiàn)象。它們可以用于建立諸如氣象模型、天氣預(yù)報(bào)、管道中水的流動(dòng)和飛機(jī)機(jī)翼周圍的氣流這樣的對(duì)象。當(dāng)然這些都是題外話，但是流體模擬已經(jīng)成為眾多特效電影的一個(gè)重要部分，即便如此，它還是沒有被大多數(shù)普通藝術(shù)家很好地理解。

在電腦圖形工業(yè)發(fā)展之前，早至20世紀(jì)50到60年代，流體模擬就已經(jīng)被活躍地研究并且有了數(shù)學(xué)模型。回溯至60年代，一個(gè)擁有很大影響力的開創(chuàng)者就是Los Alamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的T3組織。James Harlow是這個(gè)組織的領(lǐng)導(dǎo)者，Harlow和他的團(tuán)隊(duì)研究出工業(yè)化應(yīng)用的理論，包括我們?cè)谙旅鏁?huì)解釋的交錯(cuò)MAC（marker-and-cell）網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，和PIC（Particle In Cell）方法，而后者就是今天FLIP、MPM和其他復(fù)合方法的前身！可惜，多數(shù)用于真實(shí)世界的CFD方法對(duì)視覺特效流體模擬來(lái)說(shuō)顯得不必要地復(fù)雜，而且數(shù)量很少。

在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域，重要的先鋒有Nick Foster和Dimitris Metaxas，他們計(jì)算了不可壓縮和自由表面流體。而在Foster和Metaxas之前，視覺特效中的水都沒有用物理學(xué)方法，大多數(shù)是運(yùn)用了2D或者位移和凹凸貼圖這類小“詭計(jì)”。

Alias Wavefront的Jos Stam對(duì)不可壓縮氣態(tài)流體所做的工作也十分顯著。在他1999年的Siggraph論文中，闡述了為什么比起關(guān)鍵幀動(dòng)畫，模擬動(dòng)畫是如此地重要。與關(guān)鍵幀或過(guò)程依賴技術(shù)不同，物理模型（流體模擬）可以讓一個(gè)動(dòng)畫師毫不費(fèi)力地創(chuàng)造有趣的類似漩渦流體行為。而且，流體與物體和虛擬力之間的互動(dòng)能被輕松處理。

90年代早期。例如在Waterworld 和 Titanic這樣的電影中，證明電腦合成的水圖像是可以達(dá)到很高真實(shí)度，但是這種真實(shí)大都局限于平靜、開闊的海洋鏡頭。

Jerry Tessendorf, Rhythm and Hues (R&H)的首席圖形科學(xué)家，為了研究在CFD領(lǐng)域中傳統(tǒng)流體動(dòng)力學(xué)工具，而在水特效的發(fā)展過(guò)程中做了大量的工作，正因?yàn)槿绱耍蚏&H的其他三個(gè)成員一起獲得了2008年學(xué)院獎(jiǎng)的Technical Achievement 獎(jiǎng)項(xiàng)。

其后，Stanely Osher使用層集方法表達(dá)動(dòng)力學(xué)表面也做了開創(chuàng)性工作，他的博士生Ron Fedkiw后來(lái)將層集方法帶入圖形學(xué)并且創(chuàng)造了PLS（ Particle Level Set ）方法，這個(gè)方法通過(guò)沿流體表面種植粒子來(lái)保持其它方法可能損失的次網(wǎng)格質(zhì)量，減少了純層集方法的質(zhì)量損失。

Fedkiw后來(lái)因此獲得了來(lái)自動(dòng)態(tài)圖像藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的技術(shù)成就學(xué)術(shù)獎(jiǎng)。過(guò)去的十年中，他一直擔(dān)任工業(yè)光魔（Industrial Light & Magic ，ILM）的顧問(wèn)，參與了 Terminator 3: Rise of the Machines（終結(jié)者3）, Star Wars: Episode III – Revenge of the Sith（星球大戰(zhàn)）, Poseidon 和 Evan Almighty電影的制作。

Robert Bridson，反過(guò)來(lái)又是 Ron Fedkiw的博士生，作為PhysBAM項(xiàng)目的創(chuàng)始人之一，在Fedkiw的管理下與工業(yè)光魔一起工作。PhysBAM延續(xù)了工業(yè)光魔物理模擬編程的主要工作。Bridson針對(duì)那些主要的研究者比如Harlow 追溯了20世紀(jì)60年代早期的研究，然后為不可壓縮流體引入了 PIC/FLIP方法，同時(shí)也將不可壓縮FLIP方法帶入圖形學(xué)。FLIP方法和它的變體在流體模擬的傳遞階段有一個(gè)總數(shù)值擴(kuò)散的近似缺陷，因?yàn)樗鼘⑺械臄?shù)量都平流輸送到粒子而不是網(wǎng)格上。

在PhysBam項(xiàng)目中，Bridson幫助編寫了布料模擬代碼被用在工業(yè)光魔制作的Star Wars Episode II: Attack of the Clones（星球大戰(zhàn)前傳2）中。然后Bridson 到了英國(guó)為Double Negative合作設(shè)計(jì)了噴濺流體模擬器，在許多電影的煙、水、火、云、水墨特效中都可以見到，這包括Harry Potter and the Half-Blood Prince（哈利波特和混血王子）、2012、 The Boat that Rocked、 Inkheart、 Quantum of Solace（量子危機(jī)）、The Dark Knight 和Hell Boy II: The Golden Army（地獄男爵2）。

正是在英國(guó)，Bridson 碰到了另一個(gè)業(yè)內(nèi)傳奇—— Marcus Nordenstam ，他們一起在2008年成立了Exotic Matter公司。Exotic Matter是Naiad流體模擬軟件的制造者，這個(gè)軟件參與了許多震撼的流體特效制作，包括Avatar（阿凡達(dá)）、Narnia: Voyage of the Dawntreader（納尼亞傳奇）、X-Men First Class、 Harry Potter and The Deathly Hallows Part 2（哈里波特和死亡圣器2）、Pirates of the Caribbean: On Stranger Tides（加勒比海盜：陌生的潮汐）、Rise of the Planet of the Apes（猩球崛起）等許多電影。

Nordenstam現(xiàn)在有超過(guò)15年的VFX R&D和特效模擬經(jīng)驗(yàn)。他在銀幕上的貢獻(xiàn)有 Star Wars Episode II、Spider-Man 2, Hellboy II、Inkheart、 Harry Potter and the Half-Blood Prince 和Avatar。作為Exotic Matter公司的一部分，Nordenstam 和公司的其他人深深地投入到關(guān)鍵方向之中，尤其是在公司早期的時(shí)候。最緊張之時(shí)，他們?cè)谛挛魈m威靈頓的Weta Digital做為R&D部門工作了十個(gè)月，制作了諸如Avatar這樣的電影。

特效并非人們想像的視頻處理“技術(shù)”那么簡(jiǎn)單，它蘊(yùn)含很多科學(xué)與文化含量。特效最先產(chǎn)生于美國(guó)軍工，部隊(duì)通過(guò)電腦模擬物理現(xiàn)象來(lái)測(cè)試武器效果，后來(lái)好萊塢將其做成仿真效果移植至影片中。比如表現(xiàn)波濤，必須將液體或氣體的多項(xiàng)物理特性（包括速度、壓力、密度、溫度等）進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)、計(jì)算模擬和分析研究，并將此運(yùn)算的整個(gè)過(guò)程以圖形圖像的方式進(jìn)行演示表現(xiàn)。

所以特效師并不是簡(jiǎn)單的‘技師’，而需要有非常完善的知識(shí)體系，在國(guó)外成熟的特效公司，甚至還有個(gè)職位叫“首席科學(xué)家”。怎么樣，要從現(xiàn)在開始好好研究CFD技術(shù)吧，說(shuō)不定你也能成為熒幕上的特效大師。