少年Pi的幕後功臣:大量運用的procedural modeling - 李安

這篇文章是位動畫+遊戲設計師在紐約看電影的心得

他也介紹李安的新電影中，很多特效場景如何製作出來的

原文出處(附圖及表格):有物報告

http://yowureport.com/?p=3225


作者:Chi-Feng

《少年 PI 的奇幻漂流》幕後功臣：大量運用的 PROCEDURAL MODELING

李安征服刁鑽紐約客

19日晚上筆者有幸參加李安導演的新片《少年 Pi 的奇幻漂流》紐約口碑場試映會（
screening），地點在紐約42街附近的 AMC 影院。筆者還未到戲院，遠遠的就已經看排隊
人潮了。現場約有三百多人，各種族裔齊聚一堂。

電影結束後，筆者豎耳偷聽，反映普遍都不錯，也有許多人散場後留在戲院小組討論了起
來。看來台灣之光李安導演又再次征服刁鑽挑嘴的紐約客。

當然電影本身沒讓我失望。其中的唯美畫面，似乎將時間定格似的，一幅幅深植腦海。

筆者不知道李安是否參與了美術設定這個環節。但在遊戲製作的時候，會有所謂 Art
Director 來確保遊戲的美術設計從始至終一貫。
通常 Art director 會有一本所謂的 Art Bible，供遊戲製作時的美術風格創作依據。
根據李安的說法，他本人花了一年的時間將整個漂流歷程畫成動畫，
所以我想導演的美學修養多少會展現在《少年 Pi 》的美術設定中。


沒有 Procedural Modeling，少年 Pi 就無法奇幻漂流

除了唯美的畫面之外，電影中大量應用「程序性產生」（ procedural modeling）的特殊
效果場面，更是讓筆者印象深刻。尤其是鯨魚躍出水面、以及主角望著海中沉思的這幾個
橋段。

看到鯨魚躍出水面時，伴隨著數不清的水花、許多相似的 3D 模型組合成大量的幾何圖形
交疊，讀者會不會想，這到底是如何辦到的？

通常電影中需要大量類似模型，例如「一千棵樹的背景」時，藝術家不會一株一株的建立
模型，而會選擇讓電腦去做這樣具有高度重複性的工作。也就是說利用某種溝通的方式，
讓電腦能夠理解你的意圖，之後讓電腦負責heavy lifting，
這樣的方法稱為 Procedural Modeling。

如下圖《少年 Pi 》的電影截圖中，有許多形狀特異的浮游生物與魚類水母等。如果藝術
家認真的手動的畫，那我們可能要等到2015年才看得到這部電影了。

圖:《少年 Pi》的奇幻漂流場景中大量型態類似的海中生物
http://yowureport.com/?attachment_id=3237

Procedural Modeling 幫藝術家節省了大量寶貴的時間

其實 procedural modeling 是一個概稱，舉凡任何利用數學（algorithm）與規則所產生
出來的模型都可以納入此範疇。如用來產生樹木模型的 L System。

目前市面上每個 3D application 都可藉由 C 語言、Python 語言或是其他程式語言來完
成 procedural modeling 的任務，當然最常見的 Maya 也不例外。Maya 有自己的
scripting language 叫做 MEL（Maya Embedded Language），如果筆者沒記錯的話，
Maya 在2008的版本之後開始支援 Python。



MEL 語言初探

筆者想跟讀者分享一段簡單的 MEL，如下：（編按：雖然主編也不懂程式碼，但不影響對
整篇，特別是結語的理解）

(此部分coding參照原文閱讀會較清楚)http://yowureport.com/?p=3225


Procedural modeling 是程式設計師向自然取經

看到這，讀者或許會問，這一段 MEL 似乎離《少年 Pi》中的奇幻特效還有點距離？當然
圓形跟魚的形狀是差很多的，上述那段 MEL 充其量也只是一個開頭，只是產生出一個非
常簡單的 procedural model。

但至少讀者可以體會到使用 MEL 所帶來的方便。請試著想，我如果要手動產生8*8*8共
512個圓形並整齊排列，要花多少時間？
如果使用 MEL 的方式在瞬間產生大量的圓形，並且可以隨時修改，
這種效率正是電影特效製作中最需要的。

如果留心看看自然界，上天已經隱藏的許多絕妙的 procedural model 在我們身邊了。讀
者應該都看過向日葵吧？
向日葵 flower core 的部分，如果讀者仔細觀察，您會看到一幅上帝的傑作。


圖:http://yowureport.com/?attachment_id=3228
向日葵 core 的排列，隱藏了一系列數學計算


向日葵花的排列，非常具有規律與美感，由中心像花瓣一樣四散出去。類似這樣排列的圖
樣，在數學上稱為「費馬的螺旋」（Fermat’s spiral），而其中最適合描述向日葵花的
是一種叫 Polar system 的座標系統。向日葵的wikipedia有對向日葵核心排列的圖樣更
詳盡的解釋，讀者可參考了解筆者下述的 MEL。

筆者參考 Polar system 的三個核心部分：
r = c根號n
r = + or - theta ^0.5
theta = n * 137.508度

寫出了下列的 MEL：
for ($i =0; $i <=200; $i++){
float $currentAngle = $i * 137.5;
float $radius = 15 * sqrt($i);
float $newY = -1 * $radius * sin($currentAngle);
float $newX = $radius * cos($currentAngle);

sphere;
duplicate;
scale (1+$i*0.2) (1+$i*0.2) (1+$i*0.1);
move (0+$newX) (0+$newY) (0+$i*0.15);
};

如此產生出來的向日葵花核（core）如下圖。
只要改變$i角度，就可以改變核心的密集程度。
http://yowureport.com/?attachment_id=3234

http://yowureport.com/?attachment_id=3245

看到這裡，讀者是不是能夠再仔細想想，自然界還有哪些東西是類似向日葵花一樣，
暗藏上帝的傑作呢？

而《少年 Pi》在特效的製作正是大量利用了Procedural Modeling 來產生令人驚豔的
奇幻效果，所以說或許某些程面上，李安也是受到自然或是生物所啟發吧！

這也是在電影結束之後，我想對片尾字幕中列出，負責寫 procedural modeling 的程式
人員致敬的原因。

有了這些人與技術，在電影特效製作上不僅節省巨量的寶貴時間，
還能夠無限制的馳騁導演的想像力。

圖:Procedural Modeling 讓許多奇幻的特效有機會呈現在大螢幕上。
http://yowureport.com/?attachment_id=3240

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