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《三体》水滴攻击地球的CG渲染图

 
2015-11-17        代表校长开除你   集智俱乐部
作者简介:
章彦博:中科大大三物理系学生,集智活跃分子,对复杂系统感兴趣,喜欢扯淡。

《三体》水滴攻击地球CG渲染图

今天绘制的“水滴攻击地球”效果图,使用三维建模技术,构建了水滴的形象。
开始时发布在微博上,不少人说这个水滴“太胖了”,这里做一些解释,我个人对水滴的理解。
首先,水滴的外观印象,一定要是“安静的”,让人能感觉“那是三体世界送来的礼物”; 其次,“它在无尽的虚空之中滴落”,我不想让它看起来是在一个引力场中,被空气阻力和引力拉成“长条形”,那不是我想要表达的“空”、“静”之水滴。
 
 
【作品展示】
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创作日期:2015年1月

下面两幅图,是“热成像图”,如果地球人使用热成像技术观测它的话,得到的是这样的图像:

发了这个水滴,有的说“形状不对”,有的说“尾部被截去了,觉得不太对”,或言其明暗交界太过生硬。
其实对于这些我都是有过详细考量的,只不过没有在前一贴中细说,这里就不管那么多,直接来个“科普文”了。
首先,是“水滴”的形状它是“水滴”,不是雨滴。低速雨滴的形态一般为球体,或为椭球体,其非“水滴”。如果列出方程求解其形态,得到的也几乎就是球体:

上图是使用 Mathematica 计算雨滴形态的过程,若以此来构建“水滴”的形象,实在是可笑。而“水滴”则不同,这里认为“水滴”当为水在一平面上“欲落未落”之时之形象,故其尾部不可能是尖的。再次,若尾部是尖的,那尖端的曲率将无穷大,其附加压强p=s(1/r1+1/r2)将为无穷大,这是不存在的,也就是说,水滴尾部不可能是尖的。〔这里可能会为了追求一些艺术效果,将水滴制成尖的〕
具体水滴的形态,可以由数值计算给出,如果是近似模拟的话,这个函数给出的形状非常接近真实水滴:

其二维形态如图:

由Mathematica直接构建的三维水滴模型如此:

之前有网友说我的水滴画得“太胖了”,这样看来的确如此,这里会修改。
其次是表面材质的问题,有朋友问“为什么上边是黑色的?”这是因为书中设定的“无漫反射”,“反射率为1”,在没有漫射的条件下,其顶部映出宇宙空间的“黑色”,下部映出地球变形的图像。至于有人说“明暗交界线”太过明显,这完全是没有考虑其材质漫射属性的结论。
平常的物体,总会有一定的“漫射”,从而产生一个“虚化”的明暗交界线,这里的水滴不存在这种情况,当然不会有普通的明暗交界线。
后边附上修改后的水滴图像,也希望对拍摄《三体》的游族影业有所帮助:

对于其形象的任何疑问,欢迎回帖交流。
 
最后附上模拟水滴的 Wolfram Language 源代码〔图由 Mathematia 、SketchUp 、Thea Studio 联合建模绘制〕:

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