游客们走进波士顿科学博物馆,准备观看一场独特的化学演示。演示在 24 面高分辨率屏幕上(组成一面墙)放映,播放着漩涡、波浪和不规则的斑点形状。
这面反应扩散媒体墙展示 13 英尺高的化学元素模拟画面,其中有反应、混合和变形动作,创造出复杂的新设计。此项展示具有互动性,游客们可以创造他们自己的设计。
这一采用 GPU 技术的模拟向博物馆游客们展示了以白色和深蓝色为代表的两种虚拟化学元素如何持续反应和扩散,从而生成类似生物的形状。
数字媒体艺术家、计算机图形研究科学家 Karl Sims 开发了这项模拟。“我对找出突现行为的有趣演示方式非常感兴趣。在突现行为中,重复简单的规则可创造出复杂的结果,”他说。
该模拟化学反应是某种物质在发现和消耗其他物质的同时,复制其自身的一个过程。这一过程发生时,化学物质会扩散,最终分布在网格各处。在此演示中,白色化学物质比蓝色化学物质扩散得更快。不同的扩散速率加上化学反应,会导致在形成图案时产生复杂行为。
Sims 解释说,他之所以选择这两种化学物质的反应和扩散模式,是因为“只是调整几个变量,就可以产生出多种外观自然的动态图案”。
博物馆游客可使用演示屏幕前的触摸屏操作台,调整变量:按下几个像是指纹、树木年轮、脑珊瑚或猎豹身上斑点的预置图案,接着就会看到这些参数在屏幕上滑动到新位置,同时选中的图案会在视频墙上放大。
游客们还能够通过调整“投入”和“消弱”速率,控制模拟画面中白色化学物质产生和蓝色化学物质衰减的速率,生成不同设计。
这面反应扩散媒体墙在搭载 NVIDIA GeForce GTX 980 GPU 的 Linux 工作站上运行,“相同的处理能力可提供游戏性能,也可快速进行一般用途的运算,”Sims 说。
Sims 顺利利用 GTX 980 开发了这一虚拟,但他对某件事感到很惊讶。“在我优化代码以充分利用 GTX 980 后,部分参数组合产生结果的速度对于游客而言实在太快了,”Sims 说。
为了解决这个问题,Sims 添加了一个预定的“速度图”,可自动为模拟画面提速或减速,从而防止不同的参数组合产生令人头昏眼花的画面。
无论博物馆游客决定改变哪种变量,他们都将体验到化学成分的变形过程,观看每次产生的新图案。