ตั้งแต่ยุคเริ่มต้นของประวัติศาสตร์ ผู้คนได้พยายามถ่ายทอดให้ผู้อื่นได้รับรู้ถึงความประทับใจของภาพทางจิตที่พวกเขาเห็นในตาของพวกเขา เรามาไกลตั้งแต่ยุคเรอเนซองส์และความพยายามของเขาที่จะใช้วิธีการทางคณิตศาสตร์ เป็นพื้นฐานในการวาดภาพ ทุกวันนี้ ผู้กำกับภาพยนตร์ต้องการทำให้เราเชื่อว่าโลกที่ไม่เคยเป็นและไม่มีวันเป็นจริงเหมือนในห้องนั่งเล่นของเรา อย่างไรก็ตาม เราขอแนะนำ
ให้จำไว้ว่า
“ฟิสิกส์ของภาพยนตร์” เป็นการประมาณของความเป็นจริง และอาจแตกต่างอย่างมากจากโลกแห่งความเป็นจริงหากวิสัยทัศน์ทางศิลปะหรือหลักการรับชมต้องการ ก่อนที่เราจะเข้าใจฟิสิกส์เบื้องหลังวิชวลเอฟเฟ็กต์ เราต้องถามตัวเองด้วยคำถามพื้นฐานเสียก่อนว่า สีคืออะไร? ไม่มีสิ่งที่เรียกว่าสีในธรรมชาติ
หรืออย่างที่นิวตันกล่าวไว้ว่า ความเข้มของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดจะแตกต่างกันไปตามฟังก์ชันของทั้งความถี่และทิศทาง วัตถุที่เป็นวัตถุจะทำปฏิกิริยาต่อการแผ่รังสีที่ปล่อยออกมาจากวัตถุอีกชิ้นหนึ่งโดยการเปลี่ยนแปลงทั้งการแจกแจงความถี่และทิศทางของวัตถุนั้น
ในที่สุดรังสีบางส่วนอาจมาถึงดวงตาของเรา ในแบบจำลองอย่างง่าย เราสามารถพูดได้ว่าตาของเรามีเซ็นเซอร์สามชนิด (เรียกว่ากรวย) ซึ่งตอบสนองต่อการแผ่รังสีที่มีความถี่ต่างกัน สมองของเราแปลสิ่งเร้าเหล่านี้เป็นการแสดงสี เซ็นเซอร์ทั้งสามนี้เป็นเหตุผลหลักที่เพียงพอสำหรับเราในการแสดง
การสร้างภาพ 2 มิติของฉาก 3 มิติบนคอมพิวเตอร์ กระบวนการที่เรียกว่าการเรนเดอร์ ยังคงต้องการพลังงานในการประมวลผลและทรัพยากรหน่วยความจำค่อนข้างมาก ดังนั้น ซอฟต์แวร์เกือบทั้งหมดในสาขานี้จึงใช้ออปติกเชิงเรขาคณิต ซึ่งหมายความว่าลักษณะคลื่นของแสงจะถูกละเว้น
โดยพื้นฐานแล้ว วิธีการนี้เหมือนกับวิธีการฉายภาพซึ่งพัฒนา ในปี ค.ศ. 1525 สเปกตรัมของแสงจะแสดงเป็นการซ้อนทับเชิงเส้นขององค์ประกอบสามส่วน ซึ่งเราจะเรียกว่า “สี” อย่างฉาบฉวย
ทั้งหมดอยู่ในใจ ในการแสดงภาพ จะต้องสร้างฉากในคอมพิวเตอร์ก่อน กล่าวอีกนัยหนึ่ง
ต้องสร้าง
วัตถุทางเรขาคณิตที่ประกอบด้วยฉาก มีโปรแกรมเชิงพาณิชย์ที่มีความซับซ้อนสูงหลายโปรแกรมสำหรับจุดประสงค์นี้ โปรแกรมเหล่านี้อธิบายรูปทรงเรขาคณิตของฉากในแง่คณิตศาสตร์ด้วยความช่วยเหลือของพหุนาม ฟังก์ชันตรรกยะ หรือสามเหลี่ยมง่ายๆ ในลักษณะที่โปร่งใสสำหรับผู้ใช้
นอกจากนี้ยังใช้เพื่อควบคุมวิวัฒนาการของเวลาของฉากด้วยการกำหนดตำแหน่งของวัตถุทางเรขาคณิตล่วงหน้าภายในกรอบภาพยนตร์ที่สร้างด้วยคอมพิวเตอร์แต่ละภาพ ภาพยนตร์จะแสดงในอัตรา 24 เฟรมต่อวินาที ซึ่งหมายความว่ามีประมาณ 130,000 เฟรมในภาพยนตร์ 90 นาทีทั่วไป
แม้ว่าเราใช้เวลาเพียง 10 นาทีในการเรนเดอร์หนึ่งเฟรม แต่ต้องใช้เวลาคอมพิวเตอร์ประมาณสามปีในการสร้างภาพยนตร์หนึ่งเรื่อง ก่อนหน้านี้หมายความว่าฉากที่สร้างด้วยคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่จะเกี่ยวข้องกับพื้นผิวที่มองเห็นได้ของวัตถุเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ทุกวันนี้ พลังการประมวลผลที่เพิ่มขึ้น
ทำให้เราสร้างแอนิเมชันได้ดีขึ้นมากโดยการสร้างแบบจำลองโครงสร้างพื้นฐานของวัตถุด้วยวิธีนี้จะได้ผลเป็นพิเศษสำหรับแอนิเมชันสิ่งมีชีวิต เช่น ในภาพยนตร์ซึ่งกระดูกสามารถจัดตำแหน่งให้สัมพันธ์กันโดยวางข้อจำกัดในการเคลื่อนไหวที่เป็นไปได้ จากนั้นกล้ามเนื้อจะยึดติดกับกระดูกเหมือน
การสร้างแบบจำลองทางกายวิภาค แม้ว่าโดยปกติแล้วจะทำได้ง่ายมากก็ตาม ผลที่ตามมาก็คือ กล้ามเนื้อจะนูนขึ้นในตำแหน่งที่เหมาะสมเมื่องอแขน และส่งผลให้ผิวหนังยืดออกและพื้นผิวจะมีรูปร่างที่เหมาะสมโดยอัตโนมัติ แต่มีขั้นตอนสำคัญอีกขั้นตอนหนึ่งที่ต้องทำก่อนที่จะสร้างแอนิเมชั่นที่น่าเชื่อถือ
สิ่งมีชีวิตจำลองไม่รับรู้ถึงสิ่งรอบข้าง ดังนั้นแม้แต่งานง่ายๆ เช่น การวางเท้าบนพื้นก็ต้องใช้ซอฟต์แวร์พิเศษเพื่อตรวจจับเมื่อเท้าแตะพื้น ไม่ต้องพูดถึงความจริงที่ว่าเท้าจำเป็นต้องเปลี่ยนรูปภายใต้แรงกด สาขาของการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์นี้เรียกว่าการตรวจจับการชนกัน และประกอบด้วยกลไก
แบบคลาสสิกที่ซับซ้อนกว่าที่เราจะกล่าวถึงในที่นี้ แต่เราจะมุ่งเน้นที่ปฏิสัมพันธ์ของแสงกับสสาร เพราะนี่คือสิ่งที่ทำให้ภาพที่สร้างจากคอมพิวเตอร์ดูสมจริงยิ่งขึ้น พลังแห่งแสงสว่างปริมาณหลักที่น่าสนใจเมื่อเรนเดอร์ฉาก 3 มิติเป็นภาพ 2 มิติคือความสว่าง นี่คือพลังของแสงที่ปล่อยออกมาต่อพื้นที่ผิว
ที่ฉายไปยังมุมทึบที่กำหนด และมีหน่วยวัดเป็นวัตต์ต่อตารางเมตรต่อสเตอเรเดียน สิ่งสำคัญคือ ความกระจ่างใสจะคงอยู่ ซึ่งหมายความว่าความกระจ่างใสที่ออกจากพื้นผิวในทิศทางหนึ่งและเดินทางผ่านสุญญากาศจะมาถึงอีกพื้นผิวหนึ่งที่อยู่ในทิศทางนี้โดยไม่สูญเสีย หากไม่มีแสงสว่างส่องมา
ถึงดวงตา
ของเรา เราจะไม่เห็นอะไรเลย ดังนั้น เราจำเป็นต้องรวมวัตถุต่างๆ เช่น ดวงอาทิตย์หรือหลอดไฟเพื่อสร้างมันขึ้นมา วัตถุเหล่านี้เรียกว่าแหล่งกำเนิดแสง ในการแสดงภาพสี เราดูช่องความถี่แต่ละช่องจากสามช่องแยกกัน เราลงทะเบียนแสงสเปกตรัมของแต่ละช่องที่มาถึงกล้องเสมือนของเรา
แล้วแปลงเอฟเฟ็กต์ที่รวมกันเป็นสีที่เหมาะสมสำหรับแต่ละพิกเซลในกล้อง อย่างไรก็ตาม การบันทึกความสว่างที่มาจากแหล่งกำเนิดแสงโดยตรงจะไม่ทำให้ได้ภาพที่น่าสนใจมากนัก เนื่องจากความสว่างนี้ไม่ได้ให้ข้อมูลเกี่ยวกับวัตถุที่เหลือในฉาก ความท้าทายต่อไปคือการจำลองการตอบสนอง
ของวัตถุที่ไม่ใช่แหล่งกำเนิดแสงต่อแสงที่ส่องเข้ามาการอนุรักษ์พลังงานกำหนดให้รัศมีทั้งหมดที่ออกจากวัสดุต้องไม่เกินรัศมีทั้งหมดที่มาถึง ส่วนหนึ่งของความกระจ่างใสนี้อาจถูกดูดซับและเปลี่ยนเป็นความร้อน ในขณะที่ส่วนที่เหลือจะถูกสะท้อนหรือส่งผ่าน ในคอมพิวเตอร์กราฟิกส์
