雷锦·杨静的量子位报告来自奥菲斯|微信官方账号QbitAI
嘿！看那流动的水和丝滑的镜子。很沙沙。
朋友们，你们很好奇它是怎么拍的，是谁拍的吗？
但事实往往令人难以置信。
不是拍出来的，是CG技术！
别急，还有更多惊喜。
就是那种连“高中生”都能hold住的！
这是来自国内特效开发系统芝诺的大作，即将出现在SIGGRAPH ASIA 2021中。
效果惊人，连发布会的评审都评价说:
在视觉领域推广了新SOTA！推新视觉SOTA！
这项研究背后的团队不可小觑——计算机图形学大牛张馨心创立的泽森科技。
一个来自考斯特，还有来自加州大学洛杉矶分校的研究人员。
北京大学的陈宝全教授曾评价说:
国内CG-物理仿真领域有两个新秀，一个从南到北，很热闹。
改变视觉SOTA的效果
现在让我们仔细回忆一件事:
是不是我们看电影的时候，海上船只的镜头经常是近距离的？
例如:
△摘自《加勒比海盗3》
而且在特效电影中，很少有中远程的镜头。
更不用说从近距离到远距离的那种。
很重要的原因是视觉特效的模拟计算只能在有限的区域内进行:
比如上图所示，目前的模拟技术只能处理“有界”范围内的三维水流运动形态的计算。
换句话说，如果镜头超出了这个范围，就会造成我们常说的“偷懒”。
而张馨心团队的工作，评审人员之所以能得到这么高的评价，就是为了解决这个痛点:
构建了模拟大规模海水的最大体积的已知方法。并且采用最有效的计算方法。
也正是通过这种方法，研究人员成功地将只能在近距离产生的逼真效果传输到了“无限”的海面上。
不仅如此，还真正创造了一个比三维解深得多的“深海”，为近海面水的运动提供了正确的边界条件。
那么，顶级影视公司采用的技术不是很好用吗？
可以做个对比看看效果。
与中间的参考溶液相比，左右两边的效果可以说有肉眼可见的差距。
与其他方法相比，本研究中的方法不仅可以得到准确的波形，而且可以得到更多的水流细节。
现在我们再来回顾一下这篇文章最初的特效。基于这种方法，我们可以看到前舰产生的水花，甚至影响后舰体产生的水花形态。
对于这样的效果，用张馨心的话来说，就是:
有界变成无界，可以追求更高境界的模拟。
如何实现逼真的动画？
要回答这个问题，我们首先需要了解边界元技术。
该技术通常假设流体运动有势但无旋转，将大尺度水体的NS方程简化为伯努利方程。
这样就把原来在三维网格上解方程的问题变成了只在水面上定义和求解拉普拉斯方程。
简单来说，就是把原来复杂的三维问题降低到二维层面来解决。
但相对于刚体，流体本身是最难的场景，理论上有很多限制。
因此，边界元法即使处理流体问题，在复杂情况下也不会常见。
比如因为积分的奇异性、控制方程的非线性、拓扑变化的处理难度，甚至数学论文中的BEM也只能求解到峰值开始破缺。
怎么破？
理论不足，“工程要补”:
本研究中提出的解决方案将边界元方法发展成为一种稳定和独立的技术，可以模拟复杂的水动力学。
具体来说，边界元技术与传统的翻转水模拟方法相结合。
比如上面的例子，就不存在3D模拟解的问题。
所有计算的未知数和计算的时间积分只存在于水面网格上。
这样，计算的内存或时间消耗就大大减少了。
也正是基于这种计算优势，该方法非常适合大面积、大尺度、大体积的水流运动模拟。
△左边是混合BEM-FLIP的情况，右边是纯3D模拟的参考。
除了技术理论的研究，泽森的研究人员为了让更多的人能够实现这样的特效，还专门搭建了一个特效开发系统——Zeno。
这个系统不仅支持大量先进的高级编程语言功能，而且代码低。
就像文章开头的特效一样，甚至不需要输入任何代码就可以实现！
而且操作极其舒适，就是那种“连连看”:
就连ZENO中的流体动力学、固体动力学、分子动力学求解器都是ZENO团队用节点编辑器开发的，而不是C++代码。
特效从业者的另一个老大难问题是高性能GPU代码的开发。
在这一点上，芝诺也提出了自己独特的尝试。
它内置的脚本语言是ZFX，和芝诺的牧马人一起使用，可以不分青红皂白的在CPU和GPU上运行！
此外，ZENO还提供了一系列有用的工具，帮助人们快速构建场景。
几何的CSG运算；
可视化中间开发步骤:
从几何形状生成大量模拟操作的粒子；
而且，芝诺还拥有完整的嵌入式计算开发工具链。
同样，ZENO editor开发的计算图可以直接导入到C++交互项目中，无需代码，从而处理物理计算部分:
不仅如此，还可以在移动端进行高精度、高性能的计算！
而且，芝诺团队附上了案例和教程。
感兴趣的朋友，文末提一下~
从皮克斯出来的CG大神
要达到如此逼真的效果，团队的实力不容小觑。
最后，让我们来谈谈张馨心，他背后的灵魂，以及他的创业公司泽森科技。
CG的起源可以追溯到张馨心的高中。
不像今天经常提到的天才少年，他是一个严重偏科的游戏少年。
而美术和数学是他最喜欢的课程。他沉迷于文艺复兴时期的艺术史，也沉醉于设计和思考数学问题。
至于其他课程emmm……如何度过漫长的45分钟。嗯，这里的每个人一定或多或少都学过。
至于打游戏，他是认真的。
不是几款游戏钦点，而是几百款单机游戏在接触。
与其说是游戏玩法，不如说是游戏评测。
那时候做一个“游戏博主”并不容易。他不得不站在设计师的角度考虑问题，比如精美的画面，关卡设计，技术实现...
这也驱使他去翻技术论坛和互联网资源，也是在那时，他才意识到，原来国外那些精致的3D特效，是需要如此先进的技术才能实现的。
张馨心告诉量子比特，他当时有一个想法，有一天要开发这些顶级技术，做出顶级游戏。
之后在大学自学CG，在皮克斯实习，真正让这种想法发生了质的变化。
因为偏专业，他以二本线上了浙大城市学院。
然而，在接触到大学的数学物理教学后，他开始意识到，这些是二战以来引起人类世界巨变的力量。
在兴趣的驱使下，张馨心自学了图形学并编写了代码。
最后，你有多熟练？张馨心回忆说，当时相关领域的医生会不时就一些科研项目向他请教。
从浙江大学毕业后，他来到纽约大学读研究生，在这里他遇到了人生中最难得的机会——
去皮克斯实习。
授予奥斯卡奖的组委会从美国著名大学中挑选了五名计算机科学和数学的研究人员。他们有机会去好莱坞的五个顶级工作室进行暑期实习。
其中有皮克斯、梦工厂、工业光魔。
经过面试筛选，他成为了其中的五分之一。当他接到组委会的电话时，他激动地在街上尖叫。
现在回想自己实习的那几年，在皮克斯感受最深的就是科学要为艺术服务。
与其他工程师团队不同，皮克斯的技术人员不仅需要将纸张变成可用的工具，还需要将这些工具变成艺术家可以“听得懂、听得懂、用得上”的积木。
利用本地的超算系统，美术团队只需要在软件界面移动鼠标，所有的画面效果在背后进行隐形计算后，直接实时传回艺术家手中。
基于这个想法，去年9月，他创办了代理人泽森，担任创始人兼CTO。
我是公司里的唐僧。
名为Zesen Science Technology，又名Zenus，张馨心向我们解释了这背后的含义:
禅宗拆开来分禅、禅、佛意、金星，金星就是金星，所以中文也叫佛金星。除了佛教，禅宗在中国语境中还有道家的自然含义，这也符合物理模拟对真善美的追求。
其实在它成立之前还有两集。
一个是他在实习期间，看到了好莱坞影视产业化的全链条过程，感叹国外顶尖的特效技术，而国内类似的团队很少，更少。
这让他萌生了在中国建立类似团队的想法。
另一次是2018年，其公司被谷歌收购。应北京大学陈宝全教授邀请，来到北京电影学院未来影像高级创新中心工作，后加入腾讯游戏。
正是这两个电影和游戏顶级技术团队的工作经历，让他明白了目前国内的发展。
一切准备就绪后，他创办了泽森科技有限公司，致力于打造泽诺物理仿真平台。目前团队10人左右。
他还鼓励那些想创业的技术人员:如果想做，就要勇敢地迈出第一步，比如和妻子达成共识，得到她的支持和肯定。
如今，在公司成立一年后，张馨心感叹自己越来越像佛经团队中的唐僧。
我钦佩我的朋友们高超的技巧。我在团队里做的就是用技术为创新服务的理念去影响和团结整个团队。
这样整个团队才能实现这个共同的追求。
对于未来，他希望有更多志同道合的伙伴参与到这项事业中来。
正如他在一篇文章中提到的:
我们必须是一边看电影一边推导数学公式和神经网络的科学家。
芝诺教程地址:
https://zenu tech-documentation . readthedocs . io/zh/latest/index . html
Zenembed教程::
file/tupian/20220802/zenu tech . com/[2]https://github . com/zenu tech/Zeno[3]https://ZJ news . zjol . com . cn/ZJ news/Hz news/2016 12/t 2016 12 02 _ 2143682 . shtml
