《龙卷风》背后的特效和视觉效果

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你看了今年众星云集的《龙卷风》电影了吗？与SIGGRAPH 2024 Talks的撰稿人本·斯诺和弗洛里安·维策尔一起深入了解这部电影的幕后。在这里，本和弗洛里安讨论了这部新电影的技术进步，这部电影是从1996年的《龙卷风》演变而来的。了解他们是如何使用特殊的视觉效果来创造电影中标志性的龙卷风的。

SIGGRAPH：使用什么工具和设置来创建这些风暴？

本·斯诺（BS）、弗洛里安·维策尔（FW）：工业光魔的团队用新开发的基于物理的流体求解器模拟了每一场龙卷风和风暴。我们的模拟框架叫做ILM Pyro。ILM Pyro是专为易用性和细节和节能在模拟。为了重现真实的风暴动态，这些模拟计算了空气运动、温度、浮力、重力、湿度密度、凝结和消散，仅举几例。求解器每帧进行数十亿次计算，创造出我们所见过的最准确的天气系统可视化。

我们的工具也真实地计算了阳光通过云层和大气散射的方式。我们仔细研究和观察了所有的研究，并将其与我们的结果进行了比较，然后修改了我们的模拟参数，以获得每个龙卷风的强度、形状和动力学。所以，创造每一个龙卷风，一半是科学，一半是艺术。

此外，我们将每个龙卷风分解为一系列基本的构建块，包括漏斗，尘罩（漏斗周围的薄层灰尘或蒸汽），碎片场（从地面捡起的灰尘/污垢）和刚性碎片物体，漏斗连接到云的墙云，以及连接到背景天空的架子云。这些成分是由我们的研究和视觉研究确定的，我们选择了真实的龙卷风镜头来匹配每个序列。它们是基于科学告诉我们这些风暴是如何形成的。

对于EF5级龙卷风，我们基本上有相同的成分，但不是漏斗，而是一个大楔形。为了获得我们在模拟中需要的细节，我们将龙卷风的楔形分解成3D体积块，就像大体素一样。这使得每个模拟都非常精确，我们的软件工具允许我们将速度和方向矢量跨越体积贴图的边界，这样最终结果就会在物理和云/尘埃行为方面具有凝聚力和整体性。

另一个问题是，有时，我们会在碎片场中加入地面阵风成分——我们会让灰尘在龙卷风的底部盘旋。例如，我们看到的双胞胎龙卷风形成时的无人机POV镜头，以及后来在相同序列中的高角度镜头，其中一个双胞胎在分裂后朝着泰勒的卡车前进。

操纵龙卷风和动画龙卷风有什么区别吗？你是如何培养它们的？

FW：龙卷风的动画是用一个设备来勾画出龙卷风在每个序列中的整体表现、特征和连续性。这个设备允许我们的动画师赋予龙卷风它的角色，但也确保在这个阻塞阶段没有打破物理边界。我们添加了一些指标，以确保尺寸在物理上是准确的，并且速度不会被超过，因为这将打破物理界限。每个龙卷风都必须是一个角色，并支持故事情节。动画设备允许我们艺术地修改每个风暴的外观，以获得所需的结果。

SIGGRAPH: 1996年的“龙卷风”和2024年的“龙卷风”在创造这些风暴方面有什么主要区别？近30年来，图像和技术是如何进步的？

BS， FW：在最初的电影中，我们有一些视频片段和剧照来研究，但对风暴的科学理解并不像今天这样。即使我们对这些风暴的科学有更好的了解，我们也没有工具或计算能力来像今天这样进行真正的模拟。

在最初的电影中，我们使用sin函数、湍流和多层数学来编写粒子系统，看起来就像龙卷风。这个过程更像是制作一部动画电影。它提供了一个艺术家对风暴的印象，基于我们在视觉上与我们所做的原始素材相匹配，使用这些简单的粒子系统结合许多合成技巧来获得最终结果，这对于当时的观众来说仍然是令人兴奋的，并且今天仍然有效。

今天，我们能够在《龙卷风》的一个镜头中利用我们在第一部电影中拥有的计算能力。我们能够使用新的专有的基于物理的流体求解器，每帧进行数十亿次计算，并提供能量和细节保存。他们计算空气运动、温度、浮力、重力、湿度密度和消散。

对于我们的照明，而不是粗糙的和近似的阴影，我们在“龙卷风”上的渲染，我们的渲染工具现实地计算了阳光通过云层散射的方式，以及场景的照明和能见度受到风暴的空气和湿度条件的影响。

SIGGRAPH：另一方面，原版电影中有没有什么视觉叙事策略被运用到了《龙卷风》中？

BS， FW：没有改变的是我们需要运用我们的艺术判断。我们仍然在讲述一个故事，描绘剧本中的动作，以及导演李·艾萨克·钟想要向观众展示的东西。我们的工具必须给我们控制和灵活性，以指导龙卷风的表现和艺术指导他们的外观。

在第一部电影中，动画师会在Softimage软件中对粗糙的样条和龙卷风网格进行动画，以显示龙卷风的路径。在《龙卷风》中，动画师使用了类似的工具，但它允许更多的控制。在新电影中，我们的工具集使我们能够创造出更多种类的龙卷风，并比过去更真实地展示风暴的演变。

SIGGRAPH：对于计划参加SIGGRAPH 2025会议的人，您有什么建议？

BS， FW：每次演讲都是不同的，可以从不同的角度进行，但我想说的是，如果你对你的项目充满热情，并专注于分享你独特的经验和你所使用的创造性问题解决方案，那么你就走在了一条很好的道路上。此外，分享幕后的见解和实际的收获对观众来说总是很好的。