文：陈奕廷｜讲者：郭嘉真（国家实验研究院高速网路与计算中心研究员）
模拟火焰需要理解背后的流体力学和分子光谱，製作爆炸特效需要研究炸弹的特性和物体的破坏力学。为了做出最真实、最能感动人的动画特效，必须要对背后的物理机制做非常深入的研究。电影特效的研发已经是一个尖端的科学领域。从理解物理现象的微观机制到如何有效计算和生成影像，动画特效产业可以说是「科学中的艺术，艺术中的科学」。
如何丢一个雪球？动画特效能模拟洪水、爆炸、世界末日和恐怖攻击，让坐在电影院里的我们尖叫连连。在热门院线电影中，很难找到一部没有使用任何电脑动画特效的电影。一部电影是否让人感动，除了剧情、镜头和音效之外，动画特效是关键之一。在好莱坞和迪士尼等年度大片中，许多电影都是挑战没有人製作过的动画特效，其中运用的往往都是最先进的科技，或是自己开发特效演算法。这些电影的科学成分不亚于其艺术成分。
以《冰雪奇缘》为例，这部电影投入了大量的成本和科技来製作动画，让它连续多年高居全球票房排行榜。「丢一个雪球」在温寒带地区是在正常不过的一件事，但是要在动画内丢一个雪球却不是这么容易。为了製作各种接近真实的冰雪场景，迪士尼和加州大学洛杉矶分校的科学家合作，开发模拟雪的演算法。从雪球内冰晶的位置和速度、碰到其他物体如何受力和型变以及冰晶之间如何碰撞，模拟一系列的物理机制（图一），产生让你我感动的冰雪奇缘。
这项研究成果被发表在顶尖电脑图形计算会议SIGGRAPH。为了製作一部动画研发了最尖端的科学，也让这部动画成为最尖端的艺术。
算图农场算图农场（Render Farm）是国家高速网路和计算中心（国网中心）底下的设施。顾名思义，算图农场能进行大量高速图形运算。使用上述雪球的演算法，用个人电脑运算一个雪球也许没有问题，但运算一座雪山或是雪崩场景，个人电脑可能超频过热也算不完。这时候就需要一座算图农场，农场内有足够的图形处理器和记忆体来进行电影等级的运算。
国网中心的算图农场至今已经服务了超过200部作品，每一部作品都给予量身打造的服务。这对国内的动画产业是一大助力，动画工作室可以和国网中心合作使用计算资源，而不再需要自行採购、操作和维护图形运算机台。除了减低动画运算的成本之外，也让动画师专注于创造品质更好的作品。
科技部将资源投入这个产业，使得动画和电影製作变得更容易，当更多的本土动画将的文化、故事和各种传说搬上大萤幕，将能在国内或国际上让更多人知道美好的文化和历史。
艺术、文化和教育除了动画之外，国网中心也在其他艺术方面发展。在现场展演中，传统的技术之上加上互动式的科技元素，艺术表演能产生过往无法表达的效果。在一个舞蹈的例子中，舞者和自己内心战斗的抽象概念，能透过即时运算和浮空投影具体的演绎出来，让更多观众有共鸣。这个过程需要编舞家和软体工程师的合作，是科技和艺术结合的好例子。
国网中心也与文化部和经济部合作，推展文化地景的科技应用。在各地有许多古蹟和特色建筑等文化资产。透过光学雷达扫描建筑的型态和细节，再利用3D建模在电脑中建构出各种建筑模型，保存在数位模型库中。这其中包含第一家百货公司、中正纪念堂、北投车站和信义威秀等。这些模型不仅用于保存文化和虚拟博物馆，也能应用于动画、游戏和广告产业。
图形计算需要大量的硬体资源，并不是所有院校都有能力负担。国网中心开放算图农场给大专院校使用，有利于学生学习动画製作和图形计算。与其花费资本购买小量的算图设备，大学可以把有限的资源投入申请国网中心的服务，让学生能享用高品质的算图资源。
而国网中心也举办动画竞赛「HPC功夫（高效能运算功夫）」，促进善用高速计算，帮助国家发掘跨科技与艺术领域人才。从第一届开始到现在，报名组别数目成长高达三倍，这个比赛对参赛选手的算图技术和跨领域能力培养很有帮助。
本文整理自108/11/2由郭嘉真老师在台大思亮馆国际会议厅所主讲之「科技熊抱艺术－云端算图农场勇气献映」演讲内容：
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