SIGGRAPH 2010： 一场视觉盛宴
持续5天的SIGGRAPH 2010大会终于结束了，昨天半夜12点从洛杉矶赶回了温哥华。这是我第一次参加SIGGRAPH大会，也是参加过的最大规模的一场会议。会后感触颇多，受益匪浅。
会议在洛杉矶会议中心举行，内容涵盖面非常广，整个庞大的会场被有序的分隔成了几个主题部分-其中包括技术论文，行业讲座，新技术展示，厂商展示，培训课程和电脑动画节等等。由于很多活动并行展开，我分身乏术，只能着重参与跟我目前研究主题相关的讲座和展示。可写的内容太多，我就择其精华吧。
－ 新技术展厅领略前沿科技
会议首日的讲座实际从下午开始，趁着中午时间参观了新技术展示（Emerging technologies）。今年的技术和产品以显示技术，传感器和3D输入技术为主，很大一部分是来自日本和韩国的企业和大学。首先让我印象深刻的是Sony的360度3D显示器，它是一个圆柱体显示器。其中可以显示彩色静止或动态的画面，有个Demo就是一个三维人像，你可以绕到侧面和背面去看。而且她有方向传感器，你可以挥挥手让她把头转过来。当然你可以用它来玩360度俄罗斯方块。
还有一个比较有意思的是香味传感器，在一面墙上放了7－8个花骨朵，其中每个‘花骨朵’都是香味传感器。旁边的桌子上放了很多瓶香水和试纸。我随便选了几张试纸，喷上香水后放到花骨朵上后，电脑就通过传感器判断是哪种香水，然后投影出相应的花朵。
输入技术中当然少不了多点触摸，iPhone真正让大众领略到多点触摸的魅力。但这里是一张桌面大小的3D LCD屏幕，可以是用双手来旋转和缩放地图，带上3D眼镜后感觉确实很棒！
3D打印机生成的绿巨人Hulk模型
－ 阿凡达出尽风头，Weta Digital让电影特效登上高峰
从第一天开始，关于阿凡达的主题讲座不断，例如Avata in depth, Digital water in Avata, All about Avata等等。这些都令Weta Digital特效公司声名大噪，吸引了全场的目光。当然这些讲座的测重点不同，我选择了去了其中两个，真是眼界大开。先说Avata（纳美人）的建模。为了追求电脑人物的运动达到接近人体的逼真效果，Weta摒弃了以前所用的简化骨骼肌肉模型，而是从学习人体解剖学入手，每一块肌肉和骨骼完全按照人体构建。首先真人演员需要在电脑跟踪器前做各种肢体动作，让电脑学习每个演员的身体运动特征（training set）, 然后才将这些骨骼肌肉的动态特征（Pose space deformation）映射到电脑人物。
由于阿凡达中潘多拉星球所有一草一木都是电脑合成和渲染，为了达到可以乱真的视觉效果，每一帧的数据量都是天文数字。很多场景的光影效果非常复杂，例如人物和动物在树影斑驳的从林中奔跑，而每棵树都包含了几百万个多边形。在保证效果的前提下，还要减少内存使用量，渲染使用了图像光源（Image-based lignting），而森林中的远景和近景使用不同的细节可视度（Level of detail）。
说出来可能难以置信，在阿凡达中每一滴水。从女主角喝的露水，到气势磅礴的河流大海，全是电脑合成的。其中大海惊涛拍岸的效果可谓经典。起初Weta使用自己的流体动画软件，可是发现无法模拟像大海这种大规模的流体。于是找到了新成立的物理动画软件公司Exotic Matters （笔者导师所创建），尝试还在Alpha版的Naiad软件，结果发现效果非常好。具体仿真过程是首先根据流体力学和刚体边界条件（岩石）求解海水冲击悬崖的效果，然后使用海水的流速场作为初始条件，求解崖壁的空气场，以达到海水溅起水雾的效果。其实这种分层分步骤的物理仿真求解办法，在影片2012中大厦倒塌产生灰尘的效果也获得了应用。电影阿凡达从技术上来讲绝对是人类电影史上的里程碑。
The Last Airbender中流体仿真
－ 物理特效令卡通片增色不少，动画制作成本逼近大片
每年的Siggraph当然少不了Disney, Pixar和Dreamworks等动画巨擎。我留意到现在的动画仿真算法已和电影无异。例如Dreamworks的How to train your dragon片中，龙吐出火焰的画面全部是用流体动画软件制作。还有Disney玩具总动员3中开场的红猴子核弹，一百多万只猴子首先是流体仿真，然后具体到每个猴子和玩具的互动则用刚体和弹性力学仿真。Pixar的Rataouille（料理鼠王）片中一群老鼠冲下山坡的场景里，每只老鼠采用了人工智能算法，将前进方向作为控制条件而不能与其他老鼠碰撞作为限制条件进行求解。从而得出了每只老鼠都不一而同，但奔跑方向一致的效果。
电影 How to Train Your Dragon
－ 技术论文创新层出不穷，令人耳目一新
今年Siggraph接受论文103篇，从图形图像，动画，仿真，视觉，渲染到计算摄影学，涉及领域非常广，令人目不暇接。可惜的是很多讲座并行开展，有些讲座必须要舍弃。会议首日，Siggraph让所有论文发表者一个接一个的上台介绍自己论文的主题，每人只有40秒，2个小时过完全部论文。这样让参会者对所有论文有个大体了解，可以有选择的去听自己感兴趣的主题。
我个人觉得计算摄影学（Computational photography）很有意思，其中有篇论文利用某些手机的水平仪和陀螺仪进行去抖动运算，还原清晰照片就获得了很好的效果。这可能成为相机防抖领域的一只新秀。另外除了使用计算机进行动画仿真之外，还有声音仿真。例如有篇论文可以动态的在游戏中仿真回音和房间，走廊的音效，另一篇可以仿真陶瓷玻璃等爆破的声音。
使用陀螺仪的防抖相机
在我所关心的布料和流体动画也有相当优秀的论文发表。例如基于物理的毛线织物仿真，一针一线之间摩擦力都包含在运算在内，相当佩服。流体方面，相当一部分论文从传统欧拉网格的仿真转到了使用了面网格跟踪液体表面的方式进行仿真运算，效果也相当逼真，但是运算速度更快。
5天Siggraph下来觉得自己大脑不够用，接收信息量太过庞大。之后还要多下功夫理解和消化今年的一些有价值论文，不过也是乐在其中啊！