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皮克斯自成立以来，无论是在艺术成就还是商业票房的号召力上都获得了空前的成功，是继迪斯尼之后最具有创造力的动画工作室。皮克斯动画在创意和技术方面都处于领先的地位，制作的动画风格多元化，赢得各个年龄层观众的喜爱。至今，皮克斯已经成功上映了十四部动画长片和短片，每一部都堪称精品。近日极客爸爸了解到，皮克斯动画工作室的资深科学家托尼德瑞斯在纽约市的数学博物馆做了一场演讲，分享电影中的数学。
托尼德瑞斯近日分享的主题是“电影中的数学”，换句话说就是他的工作——怎么把代数和几何融入软件之中，从而渲染出各式各样的物体，或者驱动复杂的物理引擎。托尼解释说，这套流程，全世界的电脑动画工作室和电子游戏制作者都在用。他来这里演讲的目的之一，就是告诉大家，动画师和游戏设计师若有大志，那么数学功底一定要过硬。
身为皮克斯的资深科学家，托尼德瑞斯数学功底让人惊叹——美国加州大学伯克利分校的计算机博士，专攻计算物理学，然后又在华盛顿大学当了十多年的计算机工程的教授。而托尼德瑞斯的这场演讲，是数学博物馆在曼哈顿新园区开设的 “数学奇遇记” 系列演讲的第一场。在这之前，他已经做过多次类似的演讲，每次都会带来皮克斯的科学家如何让技术更进一步的故事，以及大家喜闻乐见的电影制作秘闻。毕竟动画片的创作涉及到制作团队、故事题材、脚本创作以及人物形象的设计、3D技术的运用，最后的音效后期等，任何一个环节都影响着影片的质量。
早在三十年前，如果有人说他要用计算机制作动画，恐怕所有的动画师都会嘲笑他。那时候粗糙的计算机图形技术甚至都不能制作出一幅漂亮的静态画面。那个时候乔布斯等三人就笃信在不远的将来，计算机必将替代那些沉重的赛璐珞和呆板的画笔，成为动画人最为重要的伙伴。
在计算机制作的动画中，头发、衣服、流体和气状物比如云、烟、火，都有自己专属的物理引擎。而到了具体的电影中，这每一大类的专属模拟引擎又会根据情况得到进一步增强，表现出更加炫目的效果。托尼德瑞斯表示，模拟水很简单，难点在于，用什么方法模拟出来的水，怎样才像真的水，能被引导往某个方向流动。
与此同时，托尼德瑞斯还分享了在动画《勇敢传说》中，女主角梅莉达那满头浓密的动感十足的亮红色卷发的物理引擎模拟。梅莉达的头发有10万个单独的有限元，而n个物体在下一时刻有n种碰撞可能，10万个元就会有100亿种可能。其使用了特别的数据结构，使得这些碰撞可能性被去粗取精，没用的碰撞可能性就被剔掉了。皮克斯就是要针对头发模拟创造出PNG或FLAC这种高水准的压缩算法，摒弃MP3或JPEG这类虽然省时间但是很粗糙的算法。
托尼德瑞斯在分享的过程中表示，CG动画制作经常需要模拟超大规模、尺度精细的物理模型，较之物理学家平时所需的科学计算是有过之而无不及。他们的工作，就是为这些物理模拟寻找更优的算法，保证模拟之尺度的同时又不失微小细节。
托尼风趣的说：“导演总是说‘这些都是小问题啦’，这里我负责地告诉大家——导演都撒谎了。” 如果哪天皮克斯的导演突然有了新点子，导致片中角色或者其相关的物体的物理性质发生了根本改变，电影的物理模拟需要重新来过，那皮克斯全部4个团队一起干，都别想一年制作出一部片来。
托尼·德瑞斯和他的研究团队制作电影同时，仍然不忘在学术界发表论文，并且关注学术界最新进展。其表示这样才能将最新的成果用到皮克斯的动画渲染引擎中来。皮克斯最大的竞争优势，在于其超卓之驾驭新科技的能力，这些新科技又是基于最新的数学研究，不但能更好得模拟出物理，渲染出更漂亮的图形，也为更好得讲故事服务。
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