细说CFD仿真与好莱坞电影的不懈情缘

在银幕上，不论是水瀑从天降的震撼场面，还是汽车起火后的烟雾缭绕，物理定律始终在线，不服不行！

1）想当年，50、60年代的流体模拟，那可都是数学家的天下，计算机图形学（CG）那会儿还没影儿呢。

2）到了90年代初，像《水世界 Waterworld》和《泰坦尼克号 Titanic》这样的大片里，CG技术也就只能在海面上露个脸，想搞点大动作，那可真是心有余而力不足。

3）但看看现在，有了真刀真枪的流体物理模拟，那些以前想都不敢想的特效，分分钟就能搞定，多亏了各种流体模拟平台的加持，这波操作，简直6到飞起！

商业级别的流体流动模拟，这货可是个新鲜出炉的技术。想当年，90年代末之前，咱们的流体效果那可都是靠电脑一帧一帧画出来的。那时候，要么是用赛璐珞动画cel animation，要么就电脑生成帧computer-generated frames，或者给实体物件披上一层像液体一样的"皮肤"covering liquid-like skins。

虽然现在视觉效果界，流体模拟越来越火，但大多数艺术家对这背后的原理还是一头雾水。他们就是调参数，调到看着顺眼为止。以前电影里的流体模拟，主要关注的是表面效果，比如那种半平的海洋。但现在，大家的焦点转向了流体的体积，比如水怎么快速冲过刚体，展示出水的高度。所有这些流体模拟，都得靠纳维-斯托克斯方程，这货能描述流体的行为，基于一些关键假设，输出的是个速度场，不是简单的数字。

从专业的角度，建议了解以下基础知识以更好地掌握流体动力学：

1）质量、能量/动量和体积守恒

2）连接加速（流体加速度由周围空间控制）

3）控制流体的关键力 - 粘度和重力

4）边界条件（了解流体的临近边缘很重要，可能是一堵墙或另一种流体）

不过，Framestone的VFX设计师Eugenie von Tenzelmann可不这么看，她说过：“模拟流体流动这事儿，你得懂点热力学。” 这话没毛病！

说到《地心引力Gravity》这电影，物理学家出身的VFX首席创意官Tim Webber和他的团队，那可是硬核编写了一个模拟微重力环境下会发生什么的程序。这项目，绝对是他职业生涯的高光时刻，亮瞎眼的那种。

要在现实主义、计算力、人类智慧和时间限制这几个因素之间找到平衡点，这可决定了咱们得挑哪种流体模拟技术来用。虽然流体动画和CFD背后都是同一个原理撑腰，但咱们的流体模拟主要是拿来搞视觉效果的，科学研究那块儿，咱们就先放一放。

说白了，咱们这行就是要让流体看起来美美的，至于它背后的科学原理，咱们懂个大概，够用就行。毕竟，咱们的目标是让观众看了觉得“哇塞”，而不是让他们去写篇论文出来。咱们这技术，得是既实用又高效，还得让观众看了心服口服，这才是王道。

为了在可用时间框架内取得卓越的流体动画效果，开发了关键方法，这些方法经过了多年的流体模拟研究，如下所示：

1）光滑粒子流体动力学（SPH）

2）体积网格方法

3）标记和单元方法（MAC）

4）单元中的粒子法（PIC）

5）FLIP法

迪士尼这次可是下了血本，要用最新的CFD技术，打造一个符合LEED标准的绿色建筑。Wintech顾问团队正忙活着，要用这技术达到国家环境空气质量标准（NAAQS），让新建筑对门口的风啊、热啊影响降到最低。

这建筑一搞起来，迪士尼就是想给大家秀一把，啥叫行业标杆，怎么服务公司、员工还有整个城市。

再说说电影里头，从《勇敢传说Merida in Brave》里梅里达那一头卷毛的逼真效果，到《哈利波特与火焰杯Harry Potter and the Goblet of Fire》里龙喷出来的火，流体模拟这技术，真是让视觉效果的边界拓宽了不少。现在，咱们算是正式迈入了电影流体模拟的新时代。

这技术不光是电影里头用得欢，各行各业在设计上遇到难题，都指望着流体模拟来找最佳方案呢。展望未来，流体模拟肯定是越来越聪明，用最少的人力，达到最精准的效果，咱们离实现这目标，那可是咫尺天涯了。