《哪吒》和《大圣歸來(lái)》應(yīng)該算是最近幾年來(lái)，最爆款也是最精良的國(guó)產(chǎn)動(dòng)畫(huà)電影了?！赌倪浮返闹袊?guó)票房總榜第二的成績(jī)，更讓很多人高呼“國(guó)漫崛起了”……

然而，去年當(dāng)官宣《哪吒》代表中國(guó)沖擊奧斯卡時(shí)，很多人又表示持反對(duì)票。

直到廠(chǎng)長(zhǎng)在知乎上看到下面這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，更加深了我對(duì)國(guó)產(chǎn)動(dòng)畫(huà)的反省和思考——

其中有一位資深的“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”話(huà)題答者，對(duì)這一問(wèn)題的回答獲得了4萬(wàn)多的贊同。

再一看這位答主的履歷，果然是專(zhuān)業(yè)人士！

下面我們就來(lái)從專(zhuān)業(yè)角度看看，《哪吒》和《大圣歸來(lái)》在技術(shù)上到底能否匹敵迪士尼、皮克斯吧~

（雖然文章可能有些地方讀不懂，但完整看完你一定會(huì)理解其中的精髓）

首先回答問(wèn)題：云泥之別。

別到什么程度呢？

問(wèn)題只問(wèn)了技術(shù)上的差別，那我也就只談技術(shù)上的差別，如果談藝術(shù)上的差別，那只需要拿出一部《頭腦特工隊(duì)》，估計(jì)是我國(guó)十幾年內(nèi)出不來(lái)的作品。

回到技術(shù)上，首先毫不客氣的說(shuō)，包括迪斯尼在內(nèi)，整個(gè)CG產(chǎn)業(yè)，都是皮克斯這個(gè)祖師爺賞飯吃的結(jié)果。

詳情請(qǐng)見(jiàn)之前的文章：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/121868664

那么接下來(lái)，我展開(kāi)列舉一些迪斯尼集團(tuán)的“技術(shù)”，給大家細(xì)品一下：

迪斯尼集團(tuán)是一個(gè)包含了皮克斯， 盧卡斯影業(yè)（工業(yè)光魔），福斯等IP廠(chǎng)商， 以及全世界各大主題游樂(lè)場(chǎng)、地產(chǎn)、還有6個(gè)科技研究院（麻省理工學(xué)院的圖形學(xué)研究部門(mén)，蘇黎世理工學(xué)院的圖形學(xué)研究部門(mén)，工業(yè)光魔，皮克斯研究院，迪斯尼本部）的大集團(tuán)。

做CG動(dòng)畫(huà)，首先是要有工具，工具所帶來(lái)的的產(chǎn)能，決定了動(dòng)畫(huà)作品品質(zhì)的下限。

在中國(guó)， maya， 3D max, houdini， AE……凡所能盜版到或者買(mǎi)到的軟件，以及一些有限的開(kāi)發(fā)， 通常就定義了工具的全部了， 這些工具就好像如來(lái)佛的手掌一樣，把藝術(shù)家發(fā)揮的范圍限定在了它們的功能所構(gòu)成的包體內(nèi)。

但迪斯尼不一樣，它的6個(gè)研究院，可以給他創(chuàng)造工具。

先舉一個(gè)例子， 蒙皮大家都知道， 一個(gè)CG角色有一層外表網(wǎng)面，里面有個(gè)骨骼，然后藝術(shù)家給骨骼點(diǎn)刷上權(quán)重，骨骼的運(yùn)動(dòng)從而驅(qū)動(dòng)“皮膚的運(yùn)動(dòng)”形成角色動(dòng)畫(huà)。

這個(gè)技術(shù)它有個(gè)巨大的問(wèn)題，就是權(quán)重很難刷，導(dǎo)致了在低成本的情況下，像是胳膊肘、胳肢窩， 這些關(guān)節(jié)曲折的地方會(huì)產(chǎn)生諸如扭曲，穿插，畸變等問(wèn)題，比如：

迪斯尼看了看手上的勞力士，說(shuō)：“那么，就讓我們來(lái)徹底解決這個(gè)問(wèn)題吧?！?/span>

于是開(kāi)發(fā)了基于有限元仿真的動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)，就是造火箭一樣樣的有限元分析，他們自己開(kāi)發(fā)一套來(lái)做動(dòng)畫(huà)。

這東西是怎么開(kāi)發(fā)的呢？

研究人員先根據(jù)動(dòng)畫(huà)里大形變的需求重新推導(dǎo)了有限元積分的quadrature rule， 來(lái)保證軟體在大形變下的形變可靠性。

詳盡的論文鏈接是：

http://www.math.ucla.edu/~jteran/papers/MZSETTS11.pdf

新的積分方法在大形變下可靠性

使用稀疏hex網(wǎng)格離散動(dòng)畫(huà)角色

基于牛頓迭代的非線(xiàn)性方程求解法

用多重網(wǎng)格算法來(lái)做其中的雅克比系統(tǒng)求逆

通過(guò)CCD（連續(xù)碰撞檢測(cè)）來(lái)檢測(cè)穿插并作為碰撞約束帶入求解器中，于是得到的形狀絕無(wú)穿插

所有的代碼基于并行運(yùn)算開(kāi)發(fā)，能以4fps的速度通過(guò)超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行求解運(yùn)算。

最終得到這樣一個(gè)系統(tǒng)：

在這個(gè)系統(tǒng)中，動(dòng)畫(huà)角色被分為充滿(mǎn)實(shí)體的有限元小塊，其控制骨骼則是實(shí)實(shí)在在的剛體， 動(dòng)畫(huà)師通過(guò)操作這些骨骼來(lái)驅(qū)動(dòng)有限元分析運(yùn)算，產(chǎn)生自然的形變和無(wú)穿插的運(yùn)動(dòng)，動(dòng)畫(huà)師的一個(gè)鼠標(biāo)操作指令會(huì)被送到工作室內(nèi)的超算上進(jìn)行運(yùn)算后返回求解完的形態(tài)， 整個(gè)來(lái)回在當(dāng)時(shí)可以達(dá)到4~8fps。

以下是他們和他們以前用的產(chǎn)品級(jí)rig的對(duì)比。

什么叫解放生產(chǎn)力， 發(fā)展生產(chǎn)力， 制造更好的生產(chǎn)工具？

當(dāng)然這些效果的提升，大概也就

在后來(lái)《瘋狂動(dòng)物城》里， 迪斯尼已經(jīng)不滿(mǎn)足于用統(tǒng)一的軟體來(lái)描述一整個(gè)角色了。

于是搞了肌肉-皮膚仿真， 肌肉是一種各向異性（帶纖維方向）的彈性材質(zhì)， 在受力時(shí)不同的方向其膨脹，壓縮效果是不同的，可以更逼真的呈現(xiàn)有血有肉的角色。

通過(guò)皮膚仿真來(lái)體現(xiàn)皮與肉之間的滑動(dòng)以及皮膚的褶皺

用骨骼驅(qū)動(dòng)肌肉仿真再驅(qū)動(dòng)皮膚仿真來(lái)表現(xiàn)筋肉型角色。

使用了全套仿真方案和不使用的對(duì)比， 在同一個(gè)動(dòng)畫(huà)動(dòng)作循環(huán)上。

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。

以上所展現(xiàn)的兩個(gè)案例， 僅僅是管中窺豹的可見(jiàn)一斑， 同樣的例子， 隨便舉還有：

大家都知道摳綠是件麻煩的事， 很多人以為， 摳?jìng)€(gè)綠幕有什么難的， 不是早都被軟件解決了么， 迪斯尼看了看自己手上的勞力士， 覺(jué)得并不是的。

于是呢，在siggraph2016上，他們提出了一種基于color unmixing的自動(dòng)綠幕摳圖方案， 論文題目是Interactive High Quality Green Screen Keying via Color Unmixing

這個(gè)綠幕摳圖它達(dá)到什么效果呢？？？

前方高能

注意它把這個(gè)動(dòng)態(tài)模糊都能很完美的摳下來(lái)。

注意這個(gè)透明的鏡片，以及其它那些頭發(fā)絲部分，是在和我開(kāi)玩笑么？迪斯尼圖像算法這么厲害，國(guó)防部知道么？

完整視頻以及更多的對(duì)比如下：

這個(gè)算法，在論文中，迪斯尼的研究人員指出為整個(gè)制作流程節(jié)約了90%的勞動(dòng)工作時(shí)間。

就更不需要提為了冰雪奇緣研發(fā)的MPM算法：

為了海洋奇緣研發(fā)的FAB算法：

先用計(jì)算機(jī)模擬出海浪沖擊的感覺(jué)

再模擬小帆船在海狼中前行

再加上人物，進(jìn)行環(huán)境調(diào)整

效果測(cè)試

更不要提他們?cè)阡秩?，?dòng)畫(huà)等多個(gè)領(lǐng)域的其它工作。

這些算法的論文， 全都發(fā)表在SIGGRAPH會(huì)議上， 收錄于ACM Transaction on Graphics期刊中。

SIGGRAPH是CCF（中國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)會(huì)）列為A類(lèi)的會(huì)議， TOG是JCR 1區(qū)的期刊， 中科院的資料顯示“極難”在這兩個(gè)期刊發(fā)表論文。在任何一個(gè)國(guó)家的科學(xué)評(píng)價(jià)體系中， 這些都是頂級(jí)的科學(xué)技術(shù)研究。

那么在這方面，迪斯尼+皮克斯總共有多少論文呢？

https://www.disneyanimation.com/technology/publications

graphics.pixar.com/library

大家可以自己上網(wǎng)去數(shù)，點(diǎn)開(kāi)他們的論文列表，花了好久拉到底，竟然還有好幾頁(yè)？

要知道， 不同于計(jì)算機(jī)視覺(jué)或者AI之類(lèi)的灌水大會(huì)， SIGGRAPH是一個(gè)每年接收論文才80~100篇的高標(biāo)準(zhǔn)會(huì)議， 而迪斯尼， 皮克斯的這些研究， 全都是應(yīng)用數(shù)學(xué)科學(xué)的硬核算法研究。

現(xiàn)在， 你來(lái)和我說(shuō)技術(shù)上我國(guó)影視業(yè)已經(jīng)和他們差不多了？

恐怕就目前來(lái)講，算上全世界所有其它同行和科研機(jī)構(gòu)的力量(維塔除外，技術(shù)上新西蘭的維塔可以與迪斯尼家單挑不慫)， 也只能和他們勉強(qiáng)打平手啊……就說(shuō)咱們用的軟件， maya houdini max， 這些都已經(jīng)被迪斯尼皮克斯甩出外太空了， 更別說(shuō)我國(guó)低成本，低研發(fā)，只會(huì)制作的勞動(dòng)力密集型影視行業(yè)了。

當(dāng)然，以上羅列的技術(shù)，在整個(gè)影視動(dòng)畫(huà)工業(yè)用到的技術(shù)里，只是冰山一角，聊以吸引人眼球而已，大家一定要記住，我的用詞“比如就有這么個(gè)技術(shù)xxx”。

下面這個(gè)回答里提到的內(nèi)容，可作為很好的補(bǔ)充。

www.zhihu.com/question/389058916/answer/1220950139

最后，革命尚未成功，同志任需努力。

我費(fèi)心盡力做這些科普工作，是希望帶領(lǐng)大家在這個(gè)領(lǐng)域睜開(kāi)眼看世界。先看到差距，我們才能去追趕。

中國(guó)是個(gè)超級(jí)大國(guó)，無(wú)論在哪個(gè)領(lǐng)域，都不能落后于人。

后記

多年前在美國(guó)看戰(zhàn)狼2，全體中國(guó)人起立鼓掌的場(chǎng)景依然歷歷在目，海外中國(guó)人苦?。『髞?lái)美國(guó)政府拆平了那個(gè)影院。(灣區(qū)stevenston那家影院)。

也是或多或少受戰(zhàn)狼影響，我決定回國(guó)來(lái)做事。

我和一群小伙伴，正是掌握這些核心技術(shù)和算法的人，而我們也正在做一些“很傻”的事情，用愛(ài)發(fā)電。

所以看這個(gè)文章，如果只看到“美吹”，甚至調(diào)侃中國(guó)近年來(lái)的進(jìn)步，這是我所不恥的。

我寫(xiě)文章的目的，是希望大家能看到差距，并且努力學(xué)好數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)科學(xué)，在相關(guān)領(lǐng)域奮起直追。為國(guó)家作出貢獻(xiàn)。

廠(chǎng)長(zhǎng)最后插一句題外話(huà)：

昨日《姜子牙》官宣2020年內(nèi)上映，又激發(fā)了不少影迷的熱情。