基于Fumefx的水墨擴散動畫研究

劉　蕤

(湖北科技學院　藝術與設計學院，湖北　咸寧　437005)

基于Fumefx的水墨擴散動畫研究

劉蕤

(湖北科技學院藝術與設計學院，湖北咸寧437005)

摘要：水墨動畫中虛虛實實的意境和輕靈優雅的畫面，一直是水墨動畫數字化制作中的難點。隨著技術的發展，特別是流體軟件的突破，使用數字化的手段制作水墨動畫成為現實。本文介紹了基于流體插件Fumefx模擬水墨擴散動畫的方法，旨在為水墨動畫制作提供思路和方法。

關鍵詞：Fumefx；水墨動畫；水墨擴散

20世紀60年代到80年代末，中國動畫人創造了風格獨特的水墨動畫。它將中國的民族特性與動畫媒介相結合，形成了特有的動畫表現形式，滲透出深厚的民族文化底蘊，為中國動畫在國際上贏得非常高的贊譽，奠定了“中國學派”動畫的基礎。然而到20世紀90年代后，水墨動畫并未隨著中國社會的變革而發展，而是陷入了停滯狀態，提起中國水墨動畫都是以往的輝煌。

隨著數字技術的發展，特別是三維數字動畫短片《夏》的實驗成功，水墨動畫開始煥發新的活力，喚醒了國人心中沉睡已久的水墨動畫情懷。近年來，水墨元素更是被大量運用在電視廣告、游戲過場CG、欄目片頭中。水墨動畫的表現形式也有了新突破，水墨的擴散特效便是其中之一。在水墨動畫制作中，要實現水墨擴散的效果一般有兩種方法：一種是基于物理仿真的實拍的方法，另外一種是基于計算機圖像技術的非物理仿真方法。前者是搭建玻璃水箱場景，布置燈光，將墨水滴入水箱中，然后使用高速攝像機進行拍攝，最后再進行后期剪輯合成。這種實拍方式的優點是效果非常真實，但是在表現效果上有非常大的局限性，很難讓墨水隨心所欲的流動，一些現實中不存在的波瀾壯闊的大場景也無法實現，需要得到理想的水墨效果還需要反復進行試驗，費時費力。后者通過計算機圖形圖像軟件制作的方式表現主題，這種方法幾乎可以表現任何效果，而且制作周期短，設備簡單，往往只需要幾臺硬件較好的電腦就可以制作。目前模擬水墨擴散的效果使用較多的有Maya的流體和3Ds max的插件Fumefx，Maya的流體較難控制，Fumefx則較為簡單，并且模擬非常真實。

一、Fumefx簡介

Fumefx是一款十分強大的基于3Ds max的流體動力學插件，最新的版本為3.5.1，它可以模擬出真實的火、煙及爆炸等常見的氣體現象，與其它的流體插件相比，Fumefx不僅能很好的模擬出復雜流體的運動，還能考慮到物理學中溫度、重力、燃料等因素對模擬效果的影響，它是建立在模擬真實的流體運動基礎上的插件，而其他流體插件是建立在粒子系統的基礎上，難以控制且渲染需要耗費大量時間。Fumefx在3Ds Max中由以下4個部分組成：

1．柵格(Fumefx Grid)

它是Fumefx系統的核心部分，在這里可以添加物體、粒子系統、力和源，進行運算和最終的渲染。創建完成后為長方體，在場景中以黃色線框的形態展現，所有的煙、火特效將只能在柵格內模擬，并且Fumefx是建立在物理模擬基礎上，所以需設置好柵格的大小，柵格中可以看到簡化粒子后的模擬形態。當Fumefx安裝成功后，可以在3Ds Max“創建”面板中“標準基本體”下拉列表中選擇“Fumefx”來拖拽創建柵格。

2．源輔助對象(Fumefx Source)

它是模擬的流體發射源，如不創建源，Fumefx網格中將不會有任何運算。源輔助對象分為簡單源(simple Src)、對象源(Object Src)和粒子源(Particle Src)三種方式，其中，簡單源是最基本的流體發射器，它直接向柵格內發射粒子；對象源和粒子源則是以物體和粒子作為流體發射的載體，它可以實現特效師天馬行空的想法。而空間中的重力產生的方向由重力矢量(Gravity Vector)模擬，它可以隨意改變流體發射的方向，甚至可以制作出奇特的反重力特效，如需制作出更快速流動特效，可以在場景中創建風場對流體的運動進行加速，并將方向與重力方向相同即可。

3．浮動面板(Fumefx UI floating dialog)

當設置好柵格尺寸，選擇合適的源(Sources)對場景進行驅動模擬后，就需要對模擬進行設置了，這需要在Fumefx浮動面板中進行定義和參數調整，在這里可以將源加入模擬引擎，存儲模擬數據到外部路徑，調整煙火的外觀和濃度，設置燈光照明等。

4．交互式預覽窗口(Interactive Preview Window)

使用者可以在預覽窗口中快速預覽效果，并且可以實時觀察到調整參數后的結果，通過預覽窗口可以調試各項參數，它以高質量草圖方式交互地顯示模擬結果，不需要進行不斷的渲染測試。

二、Fumefx制作水墨擴散的過程

1．創建柵格

Fumefx中制作水墨流動效果，首先需要創建一個Fumefx柵格，所有的模擬都將在柵格中進行，柵格越大則分辨率越高，但柵格過大會減慢預覽的速度，也會減緩渲染速度。如計算機硬件配置難以支撐較大場景的渲染，可以采用將場景按其在畫面中前、中、后的位置單獨制作柵格渲染輸出，此方法雖然需要花費更多的精力與時間，但是為后期合成提供了極大的便利，在后期中可以分層調節。

2 .“簡單源”與“重力”的建立

在場景中創建“簡單源”為流體發射器，將其箭頭方向調整至往下發射，并放置在柵格內的頂部位置。在場景中創建“重力”，將其箭頭方向調整至向上，“重力”可在場景中任意放置，它的位置對運算結果無任何影響，它可以模擬真實物理世界中的重力，創造出水墨從高處往低處流動的特效。

3．Fumefx UI基本設置

在修改面板中激活Fumefx UI浮動面板，該面板為Fumefx中最重要的參數面板。在使用Fumefx時會產生大量的臨時文件，需要占用較大的硬盤空間，在使用前先將輸出路徑、臨時文件路徑分配至較大硬盤分區，以免預覽過程中硬盤空間不足，設置完成后需要退出后再進入軟件，所有設置才能生效。

4．水墨擴散效果的模擬

(1)“常規”選項卡中的參數設置： “間距”設置為10mm，該參數決定像素的大小，值越低則越精細，所消耗的時間也越久，在測試時可將該參數調大，渲染輸出前再調整成精細值。“靈敏度”為1，該參數越大則柵格包裹物體越緊。

(2)“模擬”選項卡中參數設置：本文中只介紹水墨效果的模仿，所以關閉“燃料”卷展欄中的“燃料模擬”，只模擬“煙”的效果，而水墨擴散的效果與煙的效果類似。

(3)“渲染”選項卡中參數設置：關閉“火”卷展欄中的“火”的渲染。

(4)“照明”選項卡中參數設置：在“照明參數”下的“光源”中需拾取光源，如不拾取3Ds Max的光源不會對流體產生效果。

(5)“物體/源”選項卡中參數設置：在“物體”卷展欄中拾取創建的“簡單源”和“重力”，否則Fumefx將不會進行模擬，并對“簡單源參數”卷展欄下的“煙”進行制作關鍵幀，打開“自動關鍵點”，在起始幀0幀時將“數量”設置為4，在結束幀時設置為0，這樣就會產生煙由開始出現的高濃度變為低濃度，最終消失的關鍵幀動畫。如需制作水墨遇到物體時擴散的效果，可以拾取物體模型，該設置將會使模擬的煙從上方流下，在接觸到物體模型時會順著物體形狀流下。

(6)打開Fumefx UI面板中的輸出預覽面板，對畫面生成預覽，此時的效果與水墨效果還相去甚遠，需要對部分參數做一定修改。將場景環境改為白色，在Fumefx UI面板中“渲染”卷展欄中將“環境顏色”改為白色，將“煙霧顏色”改為黑色。再次進行預覽，效果已經接近水墨效果，但是細節部分還有欠缺。

(7)在Fumefx UI面板中，將“模擬”卷展欄下的“重力”適當加大，并調節“擾亂”數值，使煙霧產生不規則紊亂的效果。在“流體貼圖”中勾選“流體貼圖”，在“渲染”卷展欄下的“貼圖來源”中改為“流體貼圖”，并為“貼圖”貼入“Noise”(噪波)貼圖，打開“材質編輯器”，將貼圖以“實例”的方式在“材質編輯器”中進行修改，將“噪波參數”中的“噪波類型”改為“湍流”，“級別設置為5，交換黑白兩色，調整“高”值為0.25，“低”值為0.19。勾選“煙”卷展欄下的“透視陰影”與“接收陰影”。

(8)“渲染”選項卡中的參數調整可以在預覽窗口中進行實時觀測而不需要重新進行生成預覽，當生成預覽后可將攝像機視圖分辨率按最終輸出尺寸的像素比例縮小后進行渲染，可減少渲染時間，以便反復修改參數，表現出更加真實的水墨效果。最終渲染時，在Fumefx UI面板中“常規”選項卡中的“間距”數值設置為較低數值，在“模擬”選項卡中將“質量”設置為高數值，這樣就能渲染出高質量的序列幀。

(9)當所有場景生成預覽，確認無誤后即可進行最終的渲染。在3Ds Max的渲染設置面板中將分辨率設置為最終渲染的像素尺寸，并設置輸出圖片路徑，輸出的文件通常使用 TGA格式，并將圖片改成帶有Alpha通道的32位圖將序列幀導入到后期軟件中可自動屏蔽背景，便于后期的合成制作。檢查設置完成后即可進行最終的渲染輸出。

三、Fumefx制作水墨擴散的技巧

1.大氣效果

要制作出更為逼真的水墨效果，需激活大氣效果(Atmosphere Shadow)，該選項能模擬出水墨的體積感，豐富水墨在空間中的層次感。

2.材質貼圖

在貼圖中，噪波(noise)的材質貼圖提供有三種噪波形態選擇，它將直接影響到水墨的形態，且噪波的頻率大小及噪波大小均會影響到最終的效果，在制作時需根據場景的大小進行調試才能得出理想的數值；在噪波的效果中，發射源也會受到噪波貼圖的影響，因此在設置攝像機的運動軌跡時需避開發射源；不透明度的調整對水墨形態的通透性產生影響，透明度會影響水墨最外層至最里層的層次感，需通過預覽后反復調節以達到理想效果。

3.參數敏感度

Fumefx在對物體進行解算的過程中，較多參數的閾值十分敏感，且會對水墨的運動及形態產生極大的影響，而它們又是表現水墨效果是否真實的關鍵，在調節時需加倍耐心調試。如噪波(noise)和擾亂(turbulence)對水墨的運動方式產生極大的影響；速度阻尼(Velocity Damping)則控制水墨流動的速度，只有在合適的數值下才能產生流暢的效果。

4.細膩度

要達到更細膩的水墨效果，還可以在Fumefx運算完成后使用3ds Max的PF粒子來驅動Fumefx流體，水墨特效的細膩程度由PF粒子的數量決定，數量越大效果越好，所需的時間也會越久。最后還可以配合使用插件Krakatoa粒子加速器來生成上百萬到上億的粒子，該方法雖然能制作出更加逼真、震撼的水墨特效，但是對計算機硬件要求較高，且需耗費大量渲染時間。

四、結語

以Fumefx制作水墨動畫，不僅豐富了數字動畫領域的視覺表達方式，同時也拓寬了中國水墨動畫在新技術領域的發展空間，使高新技術能更好的服務于中國傳統水墨畫藝術，用藝術來驅動技術。對于數字動畫技術應該讓其為我們的藝術創作服務，更好的去表現我國傳統藝術的魅力。

參考文獻:

[1]周光平.3Ds Max 影視特效火星課題——流體煙霧篇[M].北京：人民郵電出版社，2011.

[2]黃峻.3Ds Max 渲染插件白金手冊[M].北京：北京科海電子出版社，2006.

文章編號：2095-4654(2016)03-0111-03

* 收稿日期：2015-12-08

中圖分類號：TP317.48

文獻標識碼：A