'Videnskaben bag Pixar'-udstillingen udforsker fysikken i animation

Når du tænker på Pixar, tænker du måske ikke umiddelbart på videnskab. Alligevel går der en masse matematik og fysik ind i hver Pixar-film, og det er det, den interaktive udstilling 'The Science Behind Pixar' handler om. Udstillingen åbnede oprindeligt i Boston på Museum of Science i juni 2015 og stoppede derefter i Philadelphia på The Franklin Institute. 'The Science Behind Pixar' er i øjeblikket i Los Angeles på California Science Center indtil 9. april 2017 .

Udstillingen begynder med en fem minutters video, hvor Pixars tekniske kunstner Fran Kalal og historiekunstneren Alex Woo forklarer den grundlæggende proces i Pixars animationsfunktioner. Indvendigt forklares produktionspipelinen yderligere af 40 udstillinger opdelt i otte sektioner: modellering, rigning, overflader, sæt og kameraer, animation, simulering, belysning og gengivelse.

Bag kulisserne på Emeryville, Californien-baserede Pixar, har forskellige teams brugt algebra, trigonometri, geometri, calculus og fysik i 30 år til at løse 3D computeranimationsproblemer i funktioner lige fra 1995'erne. Toy Story ' til den seneste ' At finde Dory .' Ifølge Tony DeRose, seniorforsker hos Pixar og Research Group Lead, fortsætter et team på seks til syv videnskabsmænd på Ph.D.-niveau med at udvikle nye teknikker til fremtidige film.



I Disney-Pixar-funktionen fra 2012 ' Modig ,' den livlige skotske prinsesse Merida havde udtryksfulde masser af vilde proptrækker, der krøllede rødt hår. Udstillingens 'Pixar's Simulation Challenge' forklarer problemet og løsningen til at animere hver lokke. Merida har mere end 1.500 individuelt skulpturerede, krøllede røde tråde, der genererer omkring 111.700 totalt hår. Den simulering er Pixars produktionsdirektør Thomas Porters foretrukne del af udstillingen. 'Fjedre er et indledende fysikproblem,' forklarede han.

Porter var en del af den oprindelige gruppe computerteknologiske gruppe i Lucasfilms Computer Division, der til sidst forlod og dannede Pixar. Som en del af forskellige Pixar-teams deler Porter tre Academy Awards for Scientific and Engineering: for udvikling af RenderMan-software i 1993, for flere banebrydende opfindelser inden for digital billedkomponering i 1996 og for banebrydende indsats inden for udvikling af digitale malingssystemer, der bruges i filmproduktioner i 1998.

Noget så simpelt som at lave græs på en mark kræver matematiske beregninger. En simulering fra 'A Bug's Life' viser, hvordan et græsstrå (en parabel) er lavet og replikeret. Så kan et par ændringer resultere i en anden scene og stemning. Udstillingen inkluderer også simuleringer af stemningsbelysning i et rum eller, som i tilfældet med 'Finding Dory', under vandet. DeRoses foretrukne simulering i denne udstilling viser, hvordan skiftende variabler kan ændre adfærden hos fiskestimer, der svømmer.

DeRose fik sin BS i fysik fra UC, Davis og modtog derefter sin Ph.D. i datalogi fra UC Berkeley. Hvis du vil begejstre børn om videnskabens potentiale, anbefaler han at komme til udstillingen, hvor Pixar 'virkelig forsøger at trække coveret tilbage på forskellige kreative udfordringer.'

DeRose var en af ​​de to videnskabsrådgivere fra Pixar for denne udstilling. 'Vi ved ikke, hvordan man designer museumsmuseumsudstillinger. De (Bostons Museum of Science) vidste, hvordan man leverer ideer og koncepter på en måde, der ville engagere besøgende.' Han er virkelig stolt af den høje kvalitet af interaktionerne, og at naturvidenskab og matematik bliver forklaret på en måde, 'der virkelig er tilgængelig'. Han kommenterede: 'Det hele er autentisk, ikke fordummet.'

Hver Pixar-film har en udfordring. 'I de tidlige film var der masser af udfordringer. Jeg startede omkring tiden med 'A Bug's Life' og 'Monster's Inc.'' forklarede DeRose. 'Vi vidste ikke, hvordan vi skulle fortælle en historie med mennesker. Menneskene i 'Toy Story' var ikke nær så effektive på skærmen som legetøjet. Huden så ikke rigtig ud. Vi var nødt til at udvikle teknologien til at lave hud blød og blød.' DeRose tilføjede: 'Du har måske bemærket, at for nylig er det billedsprog, vi skaber, varmere, mere subtilt, mere organisk, mere troværdigt.' Det, der ændrede sig, er, at forskerne fra Pixar fik en forståelse af, hvordan lys hopper rundt i miljøet.

Andre udfordringer dukker uventet op. Lindsey Collins, producent af 'Finding Dory' og VP of Development, kommer ikke fra en teknisk baggrund. Hendes erfaring havde været med mere traditionel animation. Hun grinede, da hun huskede, at hun oprindeligt troede, at en renderingsfarm var som en børnezoo i stedet for en sted, hvor computere behandler computergenererede billeder. (Ifølge pressebemærkningerne tog det næsten to uger at gengive det mest komplicerede billede på ' De utrolige .')

Med 'Finding Dory' sagde hun 'naivt, at der ville være en blæksprutte. Bogstaveligt talt blev alle blege. De vidste straks', at dette ville være en af ​​de 'mest komplekse animationsrigs at komme med', fordi væsenet ikke har noget skelet. Da softwarefolkene udviklede karakteren, kom de tilbage og spurgte, hvor sikker hun var på, at denne blæksprutte ville være med i filmen. Nogle karakterer bliver klippet før den sidste film, såsom Jack the Ankylosaurus, der ikke nåede frem til ' Den gode dinosaurus .'

Selvfølgelig ved fans af 'Finding Dory', at 'septopus' Hank kom med i filmen. Collins huskede, hvordan animatorer og tekniske mennesker inspirerede hinanden undervejs. Nogen nævnte, at det er sådan, Hank ville se ud, når han klatrede op på abebarerne, den idé fangede og blev tilføjet til manuskriptet. Hank kom til at være en større og større del af historien. Men Hank havde et yderligere problem: Hvordan man giver Hank 'udtryksevne uden næse, uden mund,' forklarede Collins. Det betød, at 'ansigtsmusklerne skulle være mere menneskelignende, så publikum kunne relatere til Hank som i den indledende scener, hvor Hanks ansigt og krop er delvist tilsløret, mens han gemmer sig i vasken.

Collins havde ikke været direkte involveret i fremstillingen af ​​udstillingen. 'Jeg har været opmærksom på det og set det komme sammen på afstand,' sagde hun, men dagen før Los Angeles pressevisning var hendes første mulighed for at gå igennem det. 'Det er overbevisende at flytte på knapperne og se, hvordan dette ret tunge tekniske job kan oversættes', og hun sagde, at nogle skærme hjalp hende med bedre at forstå den videnskab og komplekse matematik, som hendes team tidligere havde forklaret hende.

Ligesom Collins er ikke alle på en Pixar-film videnskabsmænd. Udstillingen omfatter interviews med folk med forskellige baggrunde – musik, maleri, billedhuggerbaggrunde osv. Collins’ råd til folk, der er interesserede i at arbejde med computeranimation: 'Stil tonsvis af spørgsmål. Jeg tror, ​​det er rigtig vigtigt for børn at være uforskammet nysgerrige.'

Forskerholdene fortsætter med at stille spørgsmål, nogle har de kun delvist besvaret før. DeRose bemærkede, at et af de problemer, hans team arbejder på, omfatter simulering af vand i lille skala, som vin i en kop. 'I øjeblikket har vi en tendens til at miste volumen, mens simuleringen kører. Simuleringen sparer ikke volumen. Du bemærker det ikke, hvis du har simuleringer i stor skala.' Det var problematisk på 'Den gode dinosaur.' Pixar 'kunne ikke bruge den samme simulering for hele den massive flod og til nærbillederne.'

Selv når der findes løsninger, forbliver ikke alle simuleringer tro mod fysikkens fakta. 'Videnskab er en række tilnærmelser. I matematik er der smukke velforståede beviser, der altid vil være sande.' Sådan er det ikke i videnskab og endnu mindre i computeranimation, hvor DeRose bemærkede: 'Fysik er for os et udgangspunkt for at bygge software, som kunstnere kan bruge til at bygge det på skærmen.' Verden, som vi ser den, er et resultat af et uendeligt antal lysspring, men en instruktør har måske kun brug for få.

Nogle gange vil der blive foretaget ændringer i en simulering. Som et eksempel forklarede DeRose: 'Hvis en skygge falder det forkerte sted, kan du flytte lyskilden til at falde et sted, som instruktøren kan lide mere, men det vil ændre en masse andre ting. Mange gange vil vi bare ændre simuleringen, så skyggen bevæger sig, så strålerne dybest set ikke falder i lige linjer længere.' I animation 'behøver vi ikke at forblive trofaste over for fysikken.'

Vil du inspirere børn til at lære STEM med animation? DeRose sagde: 'Jeg er stor fan af projektbaseret læring. Formuler det som håndgribelige mål, som instruktøren beder dig om at gøre, begynd at opdele det i derivater. Ud fra afledningerne kan børn se, hvordan begreberne bruges, hvordan begreberne opdages.' DeRose føler, at det virkelig sjove ved at arbejde hos Pixar er at finde ud af, hvordan man bruger matematik og naturvidenskab til at løse problemer.

Porter huskede, hvordan han, da han arbejdede på overfladen til 'Toy Story', indså, at ujævnheden på Mr. Potato Head var 'grundlæggende sinus- og cosinusfunktioner, som du lærer i 11. klasse.' Han udbrød: 'Det er dejligt for mig at tænke på, at jeg her var i et job i 1992, som folk ikke engang kunne forestille sig tilbage i midten af ​​60'erne, som var fuldstændig relevant for det, jeg lærte i 11. klasse.' Han var også sikker på, at gymnasiets matematik og fysik med tiden ville blive brugt til 'et eller andet job, som du eller jeg ikke kan forestille dig nu.'

For Porter forbliver 'Toy Story' hans sentimentale favorit Pixar-film. DeRoses yndlings-Pixar-film er 'The Incredibles', og hans yndlingskarakter er Bob. 'Jeg er en rigtig fan af James Bond-film, og den spiller lidt ligesom James Bond. Og jeg sympatiserer lidt med, at Bob er en midaldrende far.'

Hvis du ikke kan nå denne udstilling, eller hvis du finder din nysgerrighed vækket og ønsker at lære mere, anbefalede Porter og DeRose begge en anden ressource: Khan Academy. Pixar og akademiet skabte Pixar in a Box, en række lektioner om forskellige aspekter af computeranimation. DeRose sagde, at det handler om '18 timers læring, der hjælper børn med at skabe den forbindelse mellem, hvordan du laver digitale film, og hvad det videnskabelige indhold er.'

'The Science Behind Pixar' er en billetbegivenhed i California Science Center indtil 9. april 2017 . St. Paul's Science Museum i Minnesota er det næste planlagte stop, der åbner den 27. maj 2017 og lukker på 4. september 2017 . For mere information om udstillingen, Klik her .