目前,刚刚荣获两项金球大奖的科幻大片《阿凡达》席卷了整个电影市场,其3D版电影更是受到观众的热捧,出现\\\'一票难求\\\'的罕见景象。到1月24日为止,据不完全统计全球总票房累计十八亿四千万美元,与史上最卖座影片《铁达尼号》几乎并驾齐驱,而海外总票房更是超越\\\'大船\\\',《阿凡达》即将成为世界电影票房之王。导演詹姆斯·卡梅隆天马行空的想象成就了《阿凡达》,它的逼真程度、精致细节、缜密逻辑以及鲜活画面,都让人情不自禁陷入其中。事实上,《阿凡达》的导演詹姆斯·卡梅隆还是一名为美国宇航局(NASA)工作过的科学狂人,我们亦不难发现,《阿凡达》中描绘的22世纪未来宇宙开拓画面,展现的各种令人难以置信的技术,其实在我们身处的21世纪初已有雏形显现。
无与伦比的科技
编者按:
目前,刚刚荣获两项金球大奖的科幻
大片《
阿凡达》
席卷了整个电影市场,其 3
D版
电
影更是受到观众的热捧,出现“
一票难求”
的罕见
景象。到
1 月
24 日为止,据不完全统计全球总票
房累计十八亿四千万美元,与史上最卖座影片
《铁
达尼号》
几乎并驾齐驱,而海外总票房更是超
越“大船
”,
《阿凡达
》即将成为世界电影票房之
王。
导演詹姆斯·
卡梅隆天马行空的想象成就了
《阿
凡达》
,它的逼真程度、
精致细节、
缜密逻辑以
及鲜活画面,都让人情不自禁陷入其中。
事实上,
《
阿凡达
》
的导演詹姆斯
·
卡梅隆还是一名为美国
宇航局(N
ASA)
工作过的科学狂人,我们亦不难发
现,《
阿凡达》
中描绘的 2
2 世
纪未来宇宙开拓画
面,展现的各种令人难以置信的技术,其实在我
们身处的 2
1 世
纪初已有雏形显现。
今日科技50
2010.01
科普·时尚
Popular science & Fashion
日前,美国著名科普杂志《大
众科学
》
刊登出其主要撰稿人约
翰
·
马哈尼的
《
阿凡达
》
观后感,马
哈尼在这篇
《
这部未来电影说的
都是真事
》
里惊叹:难道詹姆斯
·
卡梅隆也喜欢看
《
大众科学
》
吗?
《阿凡达
》中包括地球人开拓宇
宙、海军陆战队动用机械战甲围
剿外星土著纳威人、男主角杰克
·
萨利用意识控制他的第二肉身
“阿凡达
”等情节在马哈尼看来都
太眼熟了,完全可以在《大众科
学》报道过的国际尖端科技发展
动态中找到一一对应的影子。
“好
的科幻故事要建立在现实世界的
科技创新基础上。
”马哈尼如是
说。
>>
科幻世界与现实的科技
1. 被送往太空的美国海军陆
战队
电影情节:2154 年,美国残
疾军人杰克·萨利从低温
“冬眠
”
环境中苏醒,抵达跨星际开矿集
团已经驻扎的潘多拉星球,美国
海军陆战队在此成为集团雇佣
军
。
真实科学:2006 年底至 2007
年初,包括《大众科学
》在内的许
多科普科技杂志都报道了美国军
方的最新动态:研制新一代亚轨
道飞行器,目的是“跨越
”他国领
空范围(距离地面 80 公里以内),
以便避开繁琐的跨国境申请程
序,在两小时内将全副武装的海
军陆战队士兵从美国本土投送至
全球任何地点,非常适合前往那
些局势不稳定的国家执行解救人
质的任务。
该项目名为“用于进行空间
运输和投送的小型装置”,简称
Sustain。Sustain 的原理是利用
冲 压 喷 气 发
动 机 将 飞 行
器提升至 30
公 里 以 上 的
空域后,再使
用 火 箭 发 动
机 将 飞 行 器
以 抛 物 线 轨
迹
“
抛
”
至距
离 地 面 1.1
万 公 里 的 高
空,然后飞行
器 将 自 行 在
几 乎 任 何 平
坦 的 地 面 上
着 陆 。
Sus-
tain 的 批 量
生 产 时 间 接
近 2030 年
。
2. 寻找
“第二地球
”
电影情节:《阿凡达
》开篇描
述,“半人马座阿尔法星 A
”(与太
阳非常相似的恒星) 发出的白黄
色光芒照亮了巨大的气态行星
“波吕斐摩斯
”及其炎热的卫星
“潘多拉
”。在这个郁郁葱葱的世
界,大型猛兽在丛林中徜徉,如翼
龙一般的动物在空中翱翔,名为
“
纳威人
”
的蓝皮肤类人族在那里
繁衍生息,深谙与自然和睦相处
之道
。
真实科学:“半人马座阿尔法
星 A
”
不是卡梅隆随手拈来胡编
乱造的,它是组成半人马座阿尔
法星的三颗恒星之一
。
半人马座
阿尔法星距地球 4.37 光年,是除
太阳外距离我们最近的恒星,如
此亲近也为揭示系外行星能否是
我们邻居的大量研究工作注入了
灵感。今年 1 月,耶鲁大学天文学
家芭芭拉
·
费舍尔领导的一个研
究小组利用设在智利托洛洛山美
洲天文台的 1.5 米孔径望远镜,
展开了对半人马座阿尔法星将长
达 5 年的研究
。
芭芭拉表示,此类
恒星系中存在质量接近于地球的
行星的
“
可能性非常大
”。
眼下,科学家仍然不确定半
人马座阿尔法星系是否存在适宜
生命萌发的类地世界,芭芭拉认
为这个答案不久便将揭开。
3. 反物质飞船
电影情节:《阿凡达
》中为准
备赶赴半人马座阿尔法星的星际
之旅,人类建造了长近 1 英里(约
合 1.6 公里)的太空飞船
。
这些太
空飞船使用混合反物质聚合发动
机,航行速度大概相当于光速的
十分之七,即每小时 6.7 亿英里
(约合每小时 11 亿公里),然而,
即便是照此速度航行,赶赴潘多
拉星球也需要大约 6 年时间。
真实科学:作为一种用于推
今日科技2010.01
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进的能源,物质和反物质粒子接
触并彼此湮灭的进程无法阻止
。
物质与反物质湮灭释放的能量可
以直接用作推进剂,或者反物质
可以在其他物质中诱发裂变(原
子分裂)或聚变反应(原子合并),
生成数量少但却强大的推力。从
事先进推进系统研究的美宇航局
科学家乔治
·
施密特表示:
“
这是
我们所知最强大的能量反应。
”
然而,地球距半人马座阿尔
法星有 26 万亿英里(约合 42 万
亿公里)之遥,要完成距离如此遥
远的星际之旅需要足够的反物
质。但生成反物质不是一项轻松
的工作,施密特称,造价数十亿美
元的专门设施能以每毫微克 600
万美元的成本制造反粒子
。
施密
特说:
“
令我高兴的是,
《
阿凡达
》
电影制作者提出以混合核进程作
为能量来源,相比纯粹的反物质
火箭,这种概念需要的反物质数
量更少。
”不过施密特同时指出,
混合反物质聚变发动机不可能产
生所需达到光速十分之七的推
力。
4. 机械战甲
电影情节:杰克
·
萨利刚推着
轮椅走进潘多拉星球人类驻地的
机场,就有一个
“
大家伙
”
从他旁
边啪嗒啪嗒走过
———
这个大家伙
叫
“
增强机动平台
”
(简称 AMP),
它被操纵人员“穿
”在身上,操纵
人员的手臂和胳膊活动会传达给
AMP 的外部肢体,得到
“
增强
”
,操
纵人员摆动手臂,摆幅只有几英
寸,AMP 相应的金属臂却可挥动
周长超过 3 米的圆弧,手提庞大
的 30 毫米自动大炮参加战斗,就
如一个人扛步枪般轻松
。
真实科学:几十年来,美国军
方一直在开发有动力装置的外骨
骼服,可以让士兵携带重型装备
参加行动,帮助实施救援任务
、
工
程作业以及伤员康复训练
。
他们
开发的机器名为
“
XOS
”
,重 150 磅
(约合 70 公斤),可以戴在人的手
臂
、
胳膊和背部
。
铝制 XOS 的水力学原理可以
让使用者数百次举起 200 磅 (约
合 90 公斤)的重物也丝毫不觉得
累,而且用起来非常便捷,使用者
仍能自如爬楼梯或踢足球。XOS
研发小组成员戴维·奥迪特说,虽
然 AMP 在电影中让人无所不能,
但实际上此类装置将承担繁重的
后勤工作
。
不过,从另一部科幻大
片《第九区
》也拿机械战甲说事的
情况看,人们似乎已经认定这种
装置将成为未来军事标配。
5.
转移意识至
“
第二肉身
”
上
电影情节:“阿凡达
”是人类
科学家利用人类 DNA 与潘多拉星
球土著纳威人 DNA 合成后人工培
育而成的“空壳肉体
”,但这一
“空
壳肉体”并非任何人的
“灵魂
”都
可进驻,阿凡达只能接受它含有
的人类 DNA 的提取者意识进入。
这就是为什么残疾的杰克
·
萨利
会被选中成为阿凡达之一的
“
驾
驶者
”
,因为其中一个阿凡达是用
他的双胞胎兄弟汤米的 DNA 制成
的,但汤米意外去世,而同卵双胞
胎的 DNA 是完全一样的,所以杰
克才会被选中。
真实科学:这一神奇的过程
看起来像“灵魂转移
”,其实同样
具有坚实的科学基础。为实现
《阿
凡达》中所描述的景象,科学家曾
实施了大量研究,试图将生物“湿
件”,一种模仿生物系统及结构的
智能程序融入机械硬件,对人机
界面研究的部分目标事实上就
是,赋予像杰克这样的残疾人以
活动能力
。
美国杜克大学神经系统学家
米格尔·尼古莱利斯说:
“《阿凡
达》中展现的内容与我们当前正
在实施的实验有着惊人相似之
处
。”
尼古莱利斯是一个多国科学
家参与的研究计划
“
重新行走项
目
”
的首席科学家,该项目正在开
詹姆斯
·
卡梅隆在片中的地球军
AMP Sui t
(单兵作战机甲)
1
:
1
模型里
科普热点
今日科技52
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科普·时尚
Popular science & Fashion
发外骨骼“神经假体
”设备,这套
装置可以披在瘫痪者的身体上,
从大脑接收指令
。
早前,在位于北
卡罗来纳州的实验室,研究人员
训练一只猕猴在跑步机上直立行
走
。
接着,他们从植入猕猴脑部的
电极获取神经信号,通过互联网
将这些信号连同视频一起发给日
本的实验室
。
在这个实验室,一个
机器人可以随猕猴做出同样的动
作。尼古莱利斯说:
“我们训练猴
子利用脑波活动控制它们自己的
‘阿凡达
’。”
>>《阿凡达
》的幕后功臣
令人震撼的不只是电影本
身,凭借《阿凡达
》站在镁光灯下
的也远不止卡梅隆
。
几乎一夜之
间,原本只是电影视觉特效爱好
者心头好的维塔数码、工业光魔
都成了热门名词,尽管大多数观
众说不清它们的技术到底是怎么
一回事,但这并不妨碍他们赞叹
那些梦幻画面的制作者
。
在影片
结束时缓缓升起的巨型演职员表
里,一共有 48 家公司,1858 位工
作人员,如此庞大的幕后团队造
就了银幕上的技术传奇
。
事实上,时长 160 分钟的
《
阿
凡达
》
每帧画面平均耗费 4 万个
人工小时,60%内容靠 CG 合成,
40%靠演员演绎,要做到两者浑然
天成,光靠维塔和工业光魔无法
办到。
执着的卡梅隆曾飞到日本东
京,与索尼高清晰相机部的工程
师面对面交流。最后索尼同意将
专业级高清摄像机上的镜头和笨
重的中央处理器分离,用电缆线
连接。3D 摄像机由此从传统的
204 公斤变成 23 公斤,且是双镜
头成像。摄影师轻松多了,而且索
尼同意为新机器建一条新生产
线,此外 3D 摄影机的开发同样得
到了松下
、
IMAX 等公司的配合
。
卡梅隆的团队研发出一种新
型摄影机 Virtual Camera。经
过计算机后台处理,从这种摄影
机的镜头看出去,卡梅隆看到的
不是男主角,而是他 3 米高的蓝
皮肤化身;不是灰色的树模型,而
是繁茂的潘多拉雨林。经过反复
测试,他的团队研发了“脸部图像
捕捉技术
”
,该技术能让导演捕捉
到演员脸上最微小的表情,并对
应
“
移植
”
到计算机里的 CG 人物
中去,很快这种技术随之应用到
人物全身和周遭环境的拍摄中
去。美国特效公司
“巨人工作室
”
承担了《阿凡达
》中人物动作与表
情捕捉的任务
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