以民間神話《年》為例探索三維動畫角色的毛發制作技術

◎董增哲

一、選題背景

三維毛發的發展時間較短，尚屬新興的技術領域，三維毛發技術的發展基于計算機圖形技術與相關應用領域發展的基礎之上。到目前為止，對三維動畫的研究更多地集中于計算機圖形技術的提升、技術應用方式的嘗試以及產業應用流程的確立和優化。三維動畫藝術創作與繪畫相似，都是通過創作主體、表現主體的主觀能動性和獨創性創作。但是最終呈現的方式有很大區別：繪畫的過程是主觀與客觀的統一，并且相互驗證，其目的是將三維客觀世界，通過創作主體的主觀能動性，表現成二維畫面。而三維動畫創作方式是客觀觀察，并將客觀進行主觀設計，加入個人主觀色彩，然后在計算機中創造三維形象，并通過不同時間上的連續變化形成動態畫面。

動畫短片《年》是一部結合中國傳統神話再創造的神話系列短片。講述古代唐朝揚州的大年夜，年獸和小男孩趙安之間發生真摯友誼的故事。在一個大年夜的晚上，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。在趙安遇到危險時，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》中對于人物毛發的設計，參考了唐朝的發型。這個時期古代婦女以發髻為主，再配以金、銀、翡翠等首飾，形成一種富麗華貴、雍容富態的裝飾風格。[1]年獸的毛發參考了《搜神記》中對年獸發型的描述，再結合獅子的毛發進行毛發設計。在民間神話《年》中，年獸和人物的每一根頭發都需要做出正確反射，并按照每種毛發生長規律對其進行制作，使其紋理、軟硬程度符合對應的角色特性。

二、設計思路

《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]年獸的毛發和獅子的毛發很相似，獅子的毛發比較短，還長有很長的鬃毛。如果采用傳統的毛發制作方式，用模型或者面片的形式去代替毛發，那表現出來的毛發效果遠遠達不到預期效果，而且毛發看起來會比較僵硬。目前，三維造型藝術主要表現為單一化和多元化并存的現狀，寫實化的風格占據主流地位。大多數三維動畫都是以寫實為主，但是有少部分三維動畫造型融入抽象與夸張的藝術風格。因此，為了制作出更真實、更有趣的動畫，筆者采用了寫實的毛發效果，并且解算出毛發運動。

GMH是一款簡單方便，又能真實地展現毛發效果的三維插件。利用這款軟件把毛發以多邊形的形式先制作出來，確定好毛發的造型之后，再對多邊形進行分UV，繪制毛發貼圖，進而設置風場和毛發扭曲約束等參數，最后進行動力學解算。以多邊形模型為載體制作毛發，能夠更好地控制毛發的造型和數量。然而，Yeti和Xgen用引導線來塑造毛發造型，需要準確塑造引導線的形狀，才能更好地把握毛發造型。GMH插件是利用多邊形轉成毛發的優勢，一方面通過建模塑造毛發，更容易掌控毛發整體造型；另一方面可以避免巨大的運算量，降低軟件的運算負擔。

三、設計過程

造型的生動與精準，符合創作背景是創造者永恒的追求。不同的造型創作方式存在不同的差異性。在三維毛發創作中，實現毛發凌亂飄逸遠比實現毛發整潔更為困難，僵硬與生硬亦是經常用于評價毛發的形容詞。三維毛發制作是創作者使用計算機工具進行創作的過程，其本質是感性思維與理想思維的不斷交織、碰撞、沖突，最終統一的過程。不同的朝代有著不同的毛發造型，所以需要根據民間神話《年》的歷史風格、故事背景和參考文獻，設計出角色的毛發造型，再在三維軟件中不斷修改和驗證，這樣才能更好地確保民間神話《年》的歷史風格。

（一）年獸毛發的造型設計

三維造型創造來源于書籍或者現實社會，并根據主體的能動性進行主觀創作。絕大多數情況下，三維造型創作的過程均可先進行二維平面造型的先期制作，而后進行立體變化的修改，并逐步深化此過程，加入更多的細節變化，最終得到更為復雜的結構，并完美呈現。在對年獸毛發造型設計時，先根據古籍記載有怪獸名曰“年”、形若獅子的特點，在二維平面設計出二維造型。

（二）雕刻和拓撲毛發模型

在三維軟件中構成三維結構表面的元素集合為三角面，不同位置方向的三角面構成模型的表面。計算機三維圖像的最終運算都是以三角面為主，三角面數量會決定渲染效果的精細和平滑程度，所以在制作三維造型之前要把握好模型的面數。在已創作好的二維造型基礎上，在ZBrush中進行毛發的雕刻。雕刻中注重對毛發的整體造型，以尖端窄、中間寬、尾部略寬的條狀形進行雕刻繪制。雕刻完成后，再導入MAYA中，對其低模拓撲處理。拓撲時注意以四邊面拓撲，布線以環狀形布線，布線需工整，盡量使其貼附高模。拓撲完成后，對模型刪除歷史，凍結變換和居中樞軸。[3]整理大綱，保持大綱整潔，沒有多余的節點和模型的存在，防止因為多余的節點，導致毛發生成失敗的問題。

（三）毛發模型分UV和繪制貼圖

毛發要是能夠完整地生成出來，必須有一個平整的、完全展開的UV。選中毛發模型，點開UV編輯器，因為MAYA會自動切割一部分的UV，但是效果卻并不是很理想，所以需要框選所有的UV殼，進行平面映射。UV顏色顯示白色就說明這塊UV已經展得不錯了，顯示紅色說明這塊展得不夠平整，仍需要繼續分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UV進行UV快照，將UV圖像導出。毛發建模是將毛發依附在角色的模型表面，必須確定好毛發根部的位置，并提供法線方向作為毛發初始的生長方向。[4]在ps中確定毛發的根部，利用紋理貼圖，能夠更好地控制毛發的生長范圍和粗細程度等。用黑色代表毛發生長不到的范圍，用白色代表毛發生長的范圍，調整邊緣的虛實變化，[5]使毛發看起來更加自然。把繪制好的毛發貼圖導出，生成透明貼圖，貼到模型上，配合燈光進行貼圖渲染測試，根據渲染出來的效果，再對其進行修改和調整。

（四）毛發的動力學解算

毛發的動力學解算是很關鍵的一步，也是最后所呈現效果的一步。毛發的動力學解算是使用物理學原理模擬自然界的毛發運動，能夠使毛發運動看起來更加逼真和寫實。首先，我們需要將毛發生成動態毛發系統（Hair System）。其次，創建碰撞物體，將頭部和身體創建成被碰撞的物體，并且擴大碰撞的范圍。這樣可以保證在動力學解算的過程中，毛發可以和身體發生碰撞，從而防止發生毛發穿到身體里的穿幫現象。對毛發設置約束參數，比如扭曲約束，橫向約束等等。這樣在動力學解算的過程中，毛發能夠保持整體的發型，避免發生披頭散發的問題。

創建風場和力場，MAYA中的動力學解算和自然界一樣，都需要風和萬有引力的作用。設置力場，將重力值調整為9.8N/kg。沒有重力場，毛發就會飄浮在空中，和自然界垂直落下的毛發相違背。同時還需要設置摩擦系數，摩擦力能夠更好地模擬自然界中的毛發運動。場景中還需加入風場的作用，風場能夠模擬現實生活中風的走向，風的強度，風的密度，這些參數都在一定程度上影響毛發解算的效果和毛發運動的幅度。風如果從前面吹來，毛發會向后飄動。風的強度越大，動力學解算出來的毛發效果會越飄逸。風的密度越大，則風力越強。計算機圖形技術的特性和優勢的發揮需要結合創作者主觀意識的控制，才能更好地表現創作者的藝術風格。技術風格與美術風格的統一是三維動畫獨有的特性。

四、展示方式

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

五、結語

毛發動力學解算依靠計算機強大的計算能力，模擬現實生活中的毛發運動，給整部民間神話《年》提供了更多的趣味性和真實感。在整個民間神話《年》制作的過程中，查找相關資料，設計出大量的設計稿，在失敗中吸取教訓，總結經驗，使筆者體會很多，對三維動畫技術也有了更深層次的認識。毛發技術是三維動畫的重點和難點，在科學技術高速發展的今天，仍有很長的路要走。