Резюме: Фильм “Интерстеллар” стал первой голливудской картиной, попытавшейся показать черную дыру так, как она видна вблизи. Для этого наша команда в Double Negative Visual Effects, в сотрудничестве с физиком Кипом Торном, разработала код под названием DNGR (Double Negative Gravitational Renderer) для решения уравнений распространения пучков лучей (световых лучей) через искривленное пространство-время вращающейся (Керровской) черной дыры и для создания изображений высокого качества IMAX с быстрыми изменениями. Наши методы, основанные на пучках лучей, были важны для достижения гладкости изображений IMAX без мерцания; они отличаются от методов генерации изображений, используемых физиками (которые обычно полагаются на отдельные световые лучи, а не на пучки лучей), и также отличаются от методов, ранее использовавшихся в сообществе CGI кинопромышленности.
В этой статье мы преследуем четыре цели: (i) Описать DNGR для физиков и специалистов по CGI, которые могут найти некоторые из наших необычных методов интересными и полезными. (ii) Представить уравнения, которые мы используем, когда камера находится в произвольном движении в произвольной точке вблизи черной дыры Керра, для сопоставления источников света с изображениями камеры через эллиптические пучки лучей. (iii) Описать новые идеи, полученные с помощью DNGR, о гравитационном линзировании, когда камера находится вблизи вращающейся черной дыры, а не далеко от нее, как в большинстве предыдущих исследований; мы сосредоточимся на формах, размерах и влиянии каустик и критических кривых, создании и уничтожении изображений звезд, закономерности множественных изображений и влиянии почти захваченных световых лучей, и обнаружим результаты, аналогичные более привычному случаю камеры, находящейся далеко от дыры. (iv) Описать, как были сгенерированы изображения черной дыры Гаргантюа и ее аккреционного диска в фильме “Интерстеллар” с помощью DNGR, включая, в частности, влияние (а) изменений цвета из-за доплеровского и гравитационного сдвига частоты, (б) изменений интенсивности из-за сдвига частоты, (в) симулированного блика объектива камеры, и (г) решений, принятых создателями фильма относительно этих влияний и относительно вращения Гаргантюа, с целью создания изображений, понятных массовой аудитории. В этой части статьи о аккреционном диске нет новых астрофизических открытий, но новички в области дисков могут найти ее педагогически интересной, а любители кино могут найти интересными обсуждения “Интерстеллара”.