用数学为迪士尼大片注入生命——专访一位STEM专业毕业生

在理工科（STEM）毕业生的所有职业选择中，为迪士尼工作大概是最出人意料的一个。对于 Alexey Stomakhin 来说，直到2010年他观看了电影《魔发奇缘》（Tangled），才意识到制作动画电影竟然需要如此深厚的数学功底。在莫斯科物理技术学院（MIPT）攻读应用数学和物理专业的经历，让他深信自己完全可以在这个行业大展拳脚。

"看完《魔发奇缘》之后，我联系了一位专攻基于物理的动画技术的教授，他同时也是沃尔特·迪士尼动画工作室的科学顾问，"他告诉我们，"当时，迪士尼正在开展一个关于动物角色皮肉模拟的项目。要实现皮肉模拟，首先要搭建骨骼框架，再附上肌肉和皮肤模型。肌肉和皮肤是由弹性方程描述的形体，通过计算来生成高质量的动画效果。迪士尼当时采用的动画方法虽然相当出色，却极为耗时，艺术家们不得不坐等计算程序跑完。我接到的任务就是改善这一状况。"

"第一个暑期实习结束时，我只将运算速度提升了1.5倍，但第二年，我将其提速至最初的25倍。我五年前参与研究的皮肉和肌肉，最终被应用到了电影《疯狂动物城》（Zootopia）中。在此之前，这个皮肉项目已经无果而终地推进了好几年，没有人愿意接手，坦率地说，也没有人相信它能完成。"

攻克了动物皮肉模拟的难题之后，Alexey 获得了一份全职工作邀约，负责为《冰雪奇缘》（Frozen）制作雪的模拟效果——这也是他最终博士论文的研究课题。《冰雪奇缘》后来荣获奥斯卡最佳动画长片奖，成为首部斩获该奖项的沃尔特·迪士尼动画工作室出品的电影（该奖项于2001年设立）。

Alexey，您当初为什么选择在大学攻读数学和物理？

从小我就对数学情有独钟，但从实用角度而言，物理对我的吸引力更大——我一直希望做一些有用的事，能够应用于真实世界的事。所以我选择了MIPT，因为它在俄罗斯顶尖理工院校中排名第一。MIPT的课程选择极为丰富，总有一门课会点燃你的热情。毕业后，我选择前往加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）攻读数学硕士。

在迪士尼工作，最令您兴奋或印象最深的部分是什么？

与艺术家合作是无比充实的体验。在科学研究中，任务往往定义清晰、边界明确；而与艺术家合作，你首先要做的，是将他们天马行空的想法转化为技术语言。

举个例子，艺术家说："在《海洋奇缘》（Moana）的结尾场景中，我们希望海洋在角色面前分开，看起来要充满力量感。"为了实现这个效果，我们调整了重力场，制造了一道实际上向上流动的瀑布（我承认，那个效果看起来真的很奇怪，因为它从地面正中间涌出），然后修改了水压的诺伊曼边界条件，让水看起来像是从背后涌来。两个月后，你在电影里看到的最终效果就此诞生。

另一个挑战，是让所有特效符合迪士尼独特的动画风格。例如，迪士尼电影中的公主看起来并不像真实的人类，动作方式也不同。《魔发奇缘》里的乐佩公主（Rapunzel）动作轻盈跳脱，如果按照真实物理规律为她模拟裙装，每次她开始奔跑，裙子就会飘到头顶。为此，我们不得不在她周围设置特殊力场，将裙子牢牢控制住。

再比如《海洋奇缘》中的海豚场景。为了符合迪士尼动画风格，海豚必须以时速160公里游动，一旦跃入海中，溅起的浪花犹如炸弹爆炸。为此，我们不得不增加水的粘性——在那个场景里，海豚实际上是在一种类似甘油的液体中畅游。

关于为迪士尼大制作工作，有什么是外界难以想象的？

很多人不知道，制作一部动画电影需要投入多么巨大的工作量。如果观众看完一个场景，完全没有注意到其中的技术痕迹，那才是我们真正把工作做好了的标志。越是逼真，背后越是凝结了无数心血。观众视之为理所当然，但现实是，每一个微小细节都需要700人协力完成。制作一部动画电影大约需要五年时间。

在大制作影片剧组工作是什么感受？一个典型的工作日是什么样的？

当电影剧本初稿完成后，我们会先与特效总监沟通，大致了解需要在动画层面呈现哪些效果。然后进入研究阶段：查阅相关课题已发表的学术论文，同时尝试提出自己的解决思路。接下来进入迭代阶段——与艺术家密切配合，尝试各种设计方案，逐渐厘清任务的边界。

再往后是积极开发阶段：我们将模拟效果整合进制作流水线。举个例子，假设我们开发了一套水流模拟方法。我们需要与角色动画部门合作，因为他们需要知道水流的走向，才能让角色在船上做出正确的动作；灯光部门需要了解如何在水面布光，使其看起来真实可信。我们组成一个庞大的协作团队，共同讨论这些细节，反复测试模拟效果。

目前我正在研究头发模拟。我对角色的头发模型有一些很酷的想法，项目还处于研究阶段——我正在寻找一套适合描述头发物理特性、让其在屏幕上呈现更自然效果的方程式。迪士尼公主的发型千变万化：直发、卷发、圆形截面、椭圆截面，每种类型对形变的响应都截然不同。如今我对头发的了解，大概已经足够去当一名发型师了！

这份工作影响了您欣赏电影的方式吗？

看电影时，我总会特别留意特效和技术细节，好奇他们用了哪种算法来实现那些模拟效果。但这并不会让我无法沉浸在故事情节里。

为一部荣获奥斯卡最佳动画片奖的电影工作，是什么感受？

当导演们把小金人（他们一共获得了四座奥斯卡奖杯）带到工作室时，那个瞬间真的令人难以忘怀。我们都有机会亲手捧着它，与它合影留念。

但对我而言，最重要的事是《冰雪奇缘》本身能够获奖，因为在那之前，迪士尼已经许久未曾问鼎这一奖项了。大家聚在一起，盯着大屏幕观看颁奖典礼，当宣布《冰雪奇缘》获奖的那一刻，所有人都从座位上跳了起来，掌声雷动。没有人预料到这一天真的会来。

制作一部成功电影背后有700名员工的付出，您如何看待自己与这份荣誉的关联？

工作室有700名员工，所以可以说我的贡献是其中的1/700——但我们确实承担了相当繁重的工作量。

当您告诉亲朋好友您参与了这样一部成功影片时，他们的反应是什么？

每当我说自己在迪士尼工作，得到最多的回应是："你是说你在迪士尼乐园工作？"我不得不解释，这其实是两回事。然后大家就会来了好奇心，开始追问各种关于我工作的问题。我妹妹一直是狂热的迪士尼粉丝，得知我成为迪士尼的一员后，她高兴得不得了。第一次来洛杉矶，她一落地我就带她去了迪士尼工作室——她激动极了。

您现在在做什么项目？有什么可以透露的迪士尼秘密吗？

我们正在制作一部有大量头发出现的电影，所以我目前专注于头发模拟的研究。这些技术成果也将应用于迪士尼未来发行的所有电影。这也谈不上什么秘密——几乎每个角色都有头发！

对于希望从事同类工作的在校学生，您有什么建议？

他们必须在数学、物理和计算机编程方面拥有扎实的实力。与艺术家不同，我们无法被简单归入某一既定类别。艺术家有艺术学校教他们绘画，毕业后建立作品集，然后求职；但世界上并不存在一所专门培养"迪士尼技术部门员工"的学校。我们从全球各地招募具有科学背景的实习生，每个人在特定领域都有不同的技能和优势。因此，我的建议是：在你真正热爱的某个专业领域，深耕自己的专业技能。