顶水的制作

为制作顶水（浪头、薄雾和泡沫，还有每次浪花飞溅时激起的数以百万计的水滴），工业光魔公司在很大程度上依靠了粒子系统。在我们周围的世界里，从某种意义上说，每样物体都是由粒子构成的。本质上，粒子是较大物体的组成部分。例如，人体就是由数万亿个细胞构成的，而每个细胞就是一个粒子。同样，每个细胞又是由数万亿个原子构成的，每个原子又是一个粒子。在水、尘、雪、雨之类的物体中，人们所看到的整体视效来自于数万亿个粒子的相互作用。这些粒子相互作用，并且和其他物体、重力、空气和风等也相互作用，就形成了我们所看到的各种形态。

为了使之看起来真实可信，仿真模型必须巧妙地处理数量庞大的粒子。要用电脑制作出令人信服的粒子系统，关键在于计算和表现每个粒子的运行轨迹。要记录每个粒子的运行轨迹，所需的运算量极其庞大。有时，即使使用了占满几个房间的高速电脑，有些场景中的一个镜头也需要花费几天的计算时间！

在电脑生成的图像中，大部分三维对象仅仅是真实物体的视觉表象。换言之，没有为了完全吻合真实物体而将三维对象分解到原子水平。要达到如此细微的程度，远远超过了当前系统的处理能力和时间限制。通常，三维对象仅仅是一个外壳，或者是个空架子。在大多数情况下，只要看起来真实就可以了。但如果在拍摄过程中三维对象必须发生巨大变化，例如，海浪逐渐上升拍击到另一个对象上，那么，就必须有一个方法来逼真地表现这种变化。

在《完美风暴》中，工业光魔公司使用多重粒子系统完成了这项艰巨的工作。粒子系统被构建到海洋模拟系统中，每当海浪撞击一个对象（船只、人员或者另一个海浪）时，粒子系统就创造出数百万个粒子。粒子系统被赋予了各种属性或行为，这些属性告诉每个粒子从系统发射出来后该如何运动。

在模拟系统中，影响粒子行为的另一个必不可少的部分是撞击模型。简单地讲，撞击模型告诉每个粒子和场景中的每个其他对象，当它们与另一个对象的表面相撞时，或者和另一个粒子相撞时，应该如何反应。

让我们来看看扑向安德鲁·盖尔号的海浪，以及Maya模型的模拟过程：

• 海面高涨，形成海浪。（部分模拟的海洋）
• 海浪撞向安德鲁·盖尔号。（在模拟海洋中放置的一个刚体对象）
• 冲击力造成海浪冲过安德鲁·盖尔号。（粒子系统发射出数百万个粒子）
• 随着海浪中水花四溅，海浪继续变成越来越小的水滴。（每个粒子已经被赋予水的某种特定属性，包括对抗外力时表面张力的运动形态。）
• 一些水滴最后化成了薄雾，被风吹散。（同样，粒子再次被赋予某种物理法则，并且在计算风力时，利用了空气动力学模拟）
• 大部分海水落到安德鲁·盖尔号的甲板上，又断续流回海水中，形成泡沫。（当粒子到达安德鲁·盖尔号表面时，遵循的是撞击模型的规则。）

计算机为其跟踪的每个粒子单独执行全部计算。通过精确控制每个粒子的适用规则，从整体上看，整个事件就跟真的一模一样。

然而，模拟并非总是“看起来不错”，或者达到导演确切想要的效果。例如，从安德鲁·盖尔号船首溅下的水量可能就没有彼得森希望的那么多。此时，工业光魔公司就要调整模拟系统中的数百个参数，以非常精确的顺序来喷洒更多的粒子。此外，这种叫做发射器的特殊不可见对象经常被用来制作环境效果，如浓雾和薄雾等。

着色器（shader）是一种复杂的工具，用于分析对象的光、密度和表面颜色，并确定对象具体将要显示出来的样子。当着色器和粒子系统一起使用时，用着色器制作的水滴不是单纯的白色小点，而是逼真的半透明点。

粒子系统为每个镜头增加的复杂度令人倍感惊叹。在一些带有大浪的镜头中，每帧中所包含的粒子数可以达到数十亿之多！计算和渲染如此细致的图像需要大量时间；存储这些图像所需的磁盘空间甚至超过了《星战前传1》。