以民間神話《年》為例探索三維動(dòng)畫角色的毛發(fā)制作技術(shù)

◎董增哲

一、選題背景

三維毛發(fā)的發(fā)展時(shí)間較短，尚屬新興的技術(shù)領(lǐng)域，三維毛發(fā)技術(shù)的發(fā)展基于計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)與相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展的基礎(chǔ)之上。到目前為止，對(duì)三維動(dòng)畫的研究更多地集中于計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的提升、技術(shù)應(yīng)用方式的嘗試以及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用流程的確立和優(yōu)化。三維動(dòng)畫藝術(shù)創(chuàng)作與繪畫相似，都是通過創(chuàng)作主體、表現(xiàn)主體的主觀能動(dòng)性和獨(dú)創(chuàng)性創(chuàng)作。但是最終呈現(xiàn)的方式有很大區(qū)別：繪畫的過程是主觀與客觀的統(tǒng)一，并且相互驗(yàn)證，其目的是將三維客觀世界，通過創(chuàng)作主體的主觀能動(dòng)性，表現(xiàn)成二維畫面。而三維動(dòng)畫創(chuàng)作方式是客觀觀察，并將客觀進(jìn)行主觀設(shè)計(jì)，加入個(gè)人主觀色彩，然后在計(jì)算機(jī)中創(chuàng)造三維形象，并通過不同時(shí)間上的連續(xù)變化形成動(dòng)態(tài)畫面。

動(dòng)畫短片《年》是一部結(jié)合中國傳統(tǒng)神話再創(chuàng)造的神話系列短片。講述古代唐朝揚(yáng)州的大年夜，年獸和小男孩趙安之間發(fā)生真摯友誼的故事。在一個(gè)大年夜的晚上，在趙安房間里，小年獸從壁畫中跳出來，隨后趙安和年獸建立了真摯的友誼。在趙安遇到危險(xiǎn)時(shí)，小年獸為了救趙安變成原來的面貌，村民看到年獸的面貌紛紛拿起鞭炮扔向年獸，最終年獸跑向山林。民間神話《年》中對(duì)于人物毛發(fā)的設(shè)計(jì)，參考了唐朝的發(fā)型。這個(gè)時(shí)期古代婦女以發(fā)髻為主，再配以金、銀、翡翠等首飾，形成一種富麗華貴、雍容富態(tài)的裝飾風(fēng)格。[1]年獸的毛發(fā)參考了《搜神記》中對(duì)年獸發(fā)型的描述，再結(jié)合獅子的毛發(fā)進(jìn)行毛發(fā)設(shè)計(jì)。在民間神話《年》中，年獸和人物的每一根頭發(fā)都需要做出正確反射，并按照每種毛發(fā)生長規(guī)律對(duì)其進(jìn)行制作，使其紋理、軟硬程度符合對(duì)應(yīng)的角色特性。

二、設(shè)計(jì)思路

《搜神記》中記載，有一種頭如獅子、身如壯牛的兇惡怪獸叫“年”，常年都在深海里，但逢新舊歲之交，便出來糟蹋莊稼，傷害人畜。[2]年獸的毛發(fā)和獅子的毛發(fā)很相似，獅子的毛發(fā)比較短，還長有很長的鬃毛。如果采用傳統(tǒng)的毛發(fā)制作方式，用模型或者面片的形式去代替毛發(fā)，那表現(xiàn)出來的毛發(fā)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)期效果，而且毛發(fā)看起來會(huì)比較僵硬。目前，三維造型藝術(shù)主要表現(xiàn)為單一化和多元化并存的現(xiàn)狀，寫實(shí)化的風(fēng)格占據(jù)主流地位。大多數(shù)三維動(dòng)畫都是以寫實(shí)為主，但是有少部分三維動(dòng)畫造型融入抽象與夸張的藝術(shù)風(fēng)格。因此，為了制作出更真實(shí)、更有趣的動(dòng)畫，筆者采用了寫實(shí)的毛發(fā)效果，并且解算出毛發(fā)運(yùn)動(dòng)。

GMH是一款簡單方便，又能真實(shí)地展現(xiàn)毛發(fā)效果的三維插件。利用這款軟件把毛發(fā)以多邊形的形式先制作出來，確定好毛發(fā)的造型之后，再對(duì)多邊形進(jìn)行分UV，繪制毛發(fā)貼圖，進(jìn)而設(shè)置風(fēng)場和毛發(fā)扭曲約束等參數(shù)，最后進(jìn)行動(dòng)力學(xué)解算。以多邊形模型為載體制作毛發(fā)，能夠更好地控制毛發(fā)的造型和數(shù)量。然而，Yeti和Xgen用引導(dǎo)線來塑造毛發(fā)造型，需要準(zhǔn)確塑造引導(dǎo)線的形狀，才能更好地把握毛發(fā)造型。GMH插件是利用多邊形轉(zhuǎn)成毛發(fā)的優(yōu)勢(shì)，一方面通過建模塑造毛發(fā)，更容易掌控毛發(fā)整體造型；另一方面可以避免巨大的運(yùn)算量，降低軟件的運(yùn)算負(fù)擔(dān)。

三、設(shè)計(jì)過程

造型的生動(dòng)與精準(zhǔn)，符合創(chuàng)作背景是創(chuàng)造者永恒的追求。不同的造型創(chuàng)作方式存在不同的差異性。在三維毛發(fā)創(chuàng)作中，實(shí)現(xiàn)毛發(fā)凌亂飄逸遠(yuǎn)比實(shí)現(xiàn)毛發(fā)整潔更為困難，僵硬與生硬亦是經(jīng)常用于評(píng)價(jià)毛發(fā)的形容詞。三維毛發(fā)制作是創(chuàng)作者使用計(jì)算機(jī)工具進(jìn)行創(chuàng)作的過程，其本質(zhì)是感性思維與理想思維的不斷交織、碰撞、沖突，最終統(tǒng)一的過程。不同的朝代有著不同的毛發(fā)造型，所以需要根據(jù)民間神話《年》的歷史風(fēng)格、故事背景和參考文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)出角色的毛發(fā)造型，再在三維軟件中不斷修改和驗(yàn)證，這樣才能更好地確保民間神話《年》的歷史風(fēng)格。

（一）年獸毛發(fā)的造型設(shè)計(jì)

三維造型創(chuàng)造來源于書籍或者現(xiàn)實(shí)社會(huì)，并根據(jù)主體的能動(dòng)性進(jìn)行主觀創(chuàng)作。絕大多數(shù)情況下，三維造型創(chuàng)作的過程均可先進(jìn)行二維平面造型的先期制作，而后進(jìn)行立體變化的修改，并逐步深化此過程，加入更多的細(xì)節(jié)變化，最終得到更為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并完美呈現(xiàn)。在對(duì)年獸毛發(fā)造型設(shè)計(jì)時(shí)，先根據(jù)古籍記載有怪獸名曰“年”、形若獅子的特點(diǎn)，在二維平面設(shè)計(jì)出二維造型。

（二）雕刻和拓?fù)涿l(fā)模型

在三維軟件中構(gòu)成三維結(jié)構(gòu)表面的元素集合為三角面，不同位置方向的三角面構(gòu)成模型的表面。計(jì)算機(jī)三維圖像的最終運(yùn)算都是以三角面為主，三角面數(shù)量會(huì)決定渲染效果的精細(xì)和平滑程度，所以在制作三維造型之前要把握好模型的面數(shù)。在已創(chuàng)作好的二維造型基礎(chǔ)上，在ZBrush中進(jìn)行毛發(fā)的雕刻。雕刻中注重對(duì)毛發(fā)的整體造型，以尖端窄、中間寬、尾部略寬的條狀形進(jìn)行雕刻繪制。雕刻完成后，再導(dǎo)入MAYA中，對(duì)其低模拓?fù)涮幚?。拓?fù)鋾r(shí)注意以四邊面拓?fù)洌季€以環(huán)狀形布線，布線需工整，盡量使其貼附高模。拓?fù)渫瓿珊螅瑢?duì)模型刪除歷史，凍結(jié)變換和居中樞軸。[3]整理大綱，保持大綱整潔，沒有多余的節(jié)點(diǎn)和模型的存在，防止因?yàn)槎嘤嗟墓?jié)點(diǎn)，導(dǎo)致毛發(fā)生成失敗的問題。

（三）毛發(fā)模型分UV和繪制貼圖

毛發(fā)要是能夠完整地生成出來，必須有一個(gè)平整的、完全展開的UV。選中毛發(fā)模型，點(diǎn)開UV編輯器，因?yàn)镸AYA會(huì)自動(dòng)切割一部分的UV，但是效果卻并不是很理想，所以需要框選所有的UV殼，進(jìn)行平面映射。UV顏色顯示白色就說明這塊UV已經(jīng)展得不錯(cuò)了，顯示紅色說明這塊展得不夠平整，仍需要繼續(xù)分UV。但不需要切割過多，還是整體的UV便于繪制貼圖。

分完UV之后，對(duì)UV進(jìn)行UV快照，將UV圖像導(dǎo)出。毛發(fā)建模是將毛發(fā)依附在角色的模型表面，必須確定好毛發(fā)根部的位置，并提供法線方向作為毛發(fā)初始的生長方向。[4]在ps中確定毛發(fā)的根部，利用紋理貼圖，能夠更好地控制毛發(fā)的生長范圍和粗細(xì)程度等。用黑色代表毛發(fā)生長不到的范圍，用白色代表毛發(fā)生長的范圍，調(diào)整邊緣的虛實(shí)變化，[5]使毛發(fā)看起來更加自然。把繪制好的毛發(fā)貼圖導(dǎo)出，生成透明貼圖，貼到模型上，配合燈光進(jìn)行貼圖渲染測試，根據(jù)渲染出來的效果，再對(duì)其進(jìn)行修改和調(diào)整。

（四）毛發(fā)的動(dòng)力學(xué)解算

毛發(fā)的動(dòng)力學(xué)解算是很關(guān)鍵的一步，也是最后所呈現(xiàn)效果的一步。毛發(fā)的動(dòng)力學(xué)解算是使用物理學(xué)原理模擬自然界的毛發(fā)運(yùn)動(dòng)，能夠使毛發(fā)運(yùn)動(dòng)看起來更加逼真和寫實(shí)。首先，我們需要將毛發(fā)生成動(dòng)態(tài)毛發(fā)系統(tǒng)（Hair System）。其次，創(chuàng)建碰撞物體，將頭部和身體創(chuàng)建成被碰撞的物體，并且擴(kuò)大碰撞的范圍。這樣可以保證在動(dòng)力學(xué)解算的過程中，毛發(fā)可以和身體發(fā)生碰撞，從而防止發(fā)生毛發(fā)穿到身體里的穿幫現(xiàn)象。對(duì)毛發(fā)設(shè)置約束參數(shù)，比如扭曲約束，橫向約束等等。這樣在動(dòng)力學(xué)解算的過程中，毛發(fā)能夠保持整體的發(fā)型，避免發(fā)生披頭散發(fā)的問題。

創(chuàng)建風(fēng)場和力場，MAYA中的動(dòng)力學(xué)解算和自然界一樣，都需要風(fēng)和萬有引力的作用。設(shè)置力場，將重力值調(diào)整為9.8N/kg。沒有重力場，毛發(fā)就會(huì)飄浮在空中，和自然界垂直落下的毛發(fā)相違背。同時(shí)還需要設(shè)置摩擦系數(shù)，摩擦力能夠更好地模擬自然界中的毛發(fā)運(yùn)動(dòng)。場景中還需加入風(fēng)場的作用，風(fēng)場能夠模擬現(xiàn)實(shí)生活中風(fēng)的走向，風(fēng)的強(qiáng)度，風(fēng)的密度，這些參數(shù)都在一定程度上影響毛發(fā)解算的效果和毛發(fā)運(yùn)動(dòng)的幅度。風(fēng)如果從前面吹來，毛發(fā)會(huì)向后飄動(dòng)。風(fēng)的強(qiáng)度越大，動(dòng)力學(xué)解算出來的毛發(fā)效果會(huì)越飄逸。風(fēng)的密度越大，則風(fēng)力越強(qiáng)。計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的特性和優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮需要結(jié)合創(chuàng)作者主觀意識(shí)的控制，才能更好地表現(xiàn)創(chuàng)作者的藝術(shù)風(fēng)格。技術(shù)風(fēng)格與美術(shù)風(fēng)格的統(tǒng)一是三維動(dòng)畫獨(dú)有的特性。

四、展示方式

本作品主要以動(dòng)畫短片的形式展出。將MAYA與UE4游戲引擎相結(jié)合，在MAYA中渲染人物動(dòng)作，在UE4中渲染室外場景。這樣一方面大大減少了渲染的時(shí)間，另一方面依靠UE4游戲引擎制作真實(shí)的環(huán)境，能夠使民間神話《年》更加逼真，給予觀眾更多的觀看體驗(yàn)（如圖1）。

五、結(jié)語

毛發(fā)動(dòng)力學(xué)解算依靠計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力，模擬現(xiàn)實(shí)生活中的毛發(fā)運(yùn)動(dòng)，給整部民間神話《年》提供了更多的趣味性和真實(shí)感。在整個(gè)民間神話《年》制作的過程中，查找相關(guān)資料，設(shè)計(jì)出大量的設(shè)計(jì)稿，在失敗中吸取教訓(xùn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，使筆者體會(huì)很多，對(duì)三維動(dòng)畫技術(shù)也有了更深層次的認(rèn)識(shí)。毛發(fā)技術(shù)是三維動(dòng)畫的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，仍有很長的路要走。