Sucessos do cinema dependem de simulações computacionais

Com informações da Agência Fapesp - 07/01/2011

Um navio simulado sobre um oceano simulado. Aqui, o software Naiad usado pela indústria cinematográfica é utilizado para resolver as incompressíveis equações de Navier-Stokes para a água, associadas com a dinâmica de corpo rígido do navio, e simulações fenomenológicas adicionais de espuma e spray.
[Imagem: Exotic Matter AB]

Simuladores

Avatar, A origem, Matrix, Shrek, Toy Story, WALL-E, UP - Altas Aventuras, Batman, Homem de Ferro, Homem-Aranha.

O que estes e muitos outros filmes recentes têm em comum?

O fato de que todos esses fizeram uso extensivo de recursos computacionais. Sem os avanços recentes da computação gráfica, filmes como esses até poderiam ter sido feitos, mas certamente com resultados bem aquém dos que foram obtidos.

Esses avanços estão inseridos dentro de uma área conhecida como simulação computacional, em que os cientistas tentam reproduzir em computador os fenômenos naturais, sobretudo os que ocorrem em escalas temporais muito reduzidas ou muito extensas.

Em artigo na edição desta semana da revista Science, Robert Bridson e Christopher Batty, da Universidade da Colúmbia Britânica, no Canadá, destacam que as cenas impressionantemente realistas no cinema de animação têm como base avanços na simulação de como objetos e fluidos se movem, colidem e quebram.

Simulação em computador

A utilização da computação gráfica não se dá apenas em filmes de animação (ou desenhos animados), mas em produções com atores de carne e osso. Atualmente, são poucos os filmes que dispensam o seu uso.

"A simulação em computador de dinâmicas sólidas e fluidas é a base de muitos efeitos visuais vistos em filmes produzidos na última década. Essa abordagem não apenas é menos cara do que filmar ação ao vivo, mas também evita ter que colocar atores e equipes em situações perigosas, além de permitir a visualização do impossível", dizem os autores.

Segundo eles, soluções numéricas para equações físicas e avanços no processamento de algoritmos matemáticos permitem a criação em computadores de cenas - realistas ou fantásticas - que povoam os filmes atuais.

Simulação de roupas e cabelos

Os autores descrevem inovações e abordagens recentes no setor, que permitiram, por exemplo, criar cenas com objetos que se deformam, como roupas ou cabelos.

"Na simulação de cabelos, modelar os contatos entre fios individuais representa um problema de escala computacional. Calcular todas as colisões possíveis entre os cerca de 100 mil fios de cabelo em uma cabeça humana requer mais do que simples métodos de força bruta [computacional]", afirmam.

É aí que entram as abordagens inovadoras, como a do grupo de Aleka McAdams, na Universidade da Califórnia em Los Angeles, que resolveu lidar com cabelo não na forma de unidades distintas, mas como um fluido contínuo.

"Essa abordagem resolve movimentos dos cabelos como um todo, ao se obter a média dos movimentos em um campo vetorial contínuo. Mas equações realmente exatas de campos vetoriais ainda precisam ser derivadas", ressaltam.

Cenas impossíveis

Graças aos avanços na tecnologia computacional, tanto em software como em hardware, os animadores hoje são capazes de simular cenas impossíveis há alguns anos, como nuances da pele humana, músculos em ação, água, fogo, fumaça e muitas outras cenas que envolvem fluidez de movimentos.

No artigo, os autores comentam as inovações que têm permitido tais simulações.

Mas há ainda muitos desafios, destacam Bridson e Batty. Um deles é conseguir simular com fidelidade escalas com tamanhos múltiplos.

Por exemplo, em cenas em que água em um mar agitado bate em rochas na costa, resultando em uma explosão na forma de ondas, espuma e jatos de gotas arremessados para todos os lados.

E o campo das simulações computacionais não parece conhecer limites. Em sua versão extrema, um grupo de cientistas acaba de lançar um projeto para simular o planeta Terra inteiro, incluindo a vida social humana.

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