以民间神话《年》为例探索三维动画角色的毛发制作技术

◎董增哲

一、选题背景

三维毛发的发展时间较短，尚属新兴的技术领域，三维毛发技术的发展基于计算机图形技术与相关应用领域发展的基础之上。到目前为止，对三维动画的研究更多地集中于计算机图形技术的提升、技术应用方式的尝试以及产业应用流程的确立和优化。三维动画艺术创作与绘画相似，都是通过创作主体、表现主体的主观能动性和独创性创作。但是最终呈现的方式有很大区别：绘画的过程是主观与客观的统一，并且相互验证，其目的是将三维客观世界，通过创作主体的主观能动性，表现成二维画面。而三维动画创作方式是客观观察，并将客观进行主观设计，加入个人主观色彩，然后在计算机中创造三维形象，并通过不同时间上的连续变化形成动态画面。

动画短片《年》是一部结合中国传统神话再创造的神话系列短片。讲述古代唐朝扬州的大年夜，年兽和小男孩赵安之间发生真挚友谊的故事。在一个大年夜的晚上，在赵安房间里，小年兽从壁画中跳出来，随后赵安和年兽建立了真挚的友谊。在赵安遇到危险时，小年兽为了救赵安变成原来的面貌，村民看到年兽的面貌纷纷拿起鞭炮扔向年兽，最终年兽跑向山林。民间神话《年》中对于人物毛发的设计，参考了唐朝的发型。这个时期古代妇女以发髻为主，再配以金、银、翡翠等首饰，形成一种富丽华贵、雍容富态的装饰风格。[1]年兽的毛发参考了《搜神记》中对年兽发型的描述，再结合狮子的毛发进行毛发设计。在民间神话《年》中，年兽和人物的每一根头发都需要做出正确反射，并按照每种毛发生长规律对其进行制作，使其纹理、软硬程度符合对应的角色特性。

二、设计思路

《搜神记》中记载，有一种头如狮子、身如壮牛的凶恶怪兽叫“年”，常年都在深海里，但逢新旧岁之交，便出来糟蹋庄稼，伤害人畜。[2]年兽的毛发和狮子的毛发很相似，狮子的毛发比较短，还长有很长的鬃毛。如果采用传统的毛发制作方式，用模型或者面片的形式去代替毛发，那表现出来的毛发效果远远达不到预期效果，而且毛发看起来会比较僵硬。目前，三维造型艺术主要表现为单一化和多元化并存的现状，写实化的风格占据主流地位。大多数三维动画都是以写实为主，但是有少部分三维动画造型融入抽象与夸张的艺术风格。因此，为了制作出更真实、更有趣的动画，笔者采用了写实的毛发效果，并且解算出毛发运动。

GMH是一款简单方便，又能真实地展现毛发效果的三维插件。利用这款软件把毛发以多边形的形式先制作出来，确定好毛发的造型之后，再对多边形进行分UV，绘制毛发贴图，进而设置风场和毛发扭曲约束等参数，最后进行动力学解算。以多边形模型为载体制作毛发，能够更好地控制毛发的造型和数量。然而，Yeti和Xgen用引导线来塑造毛发造型，需要准确塑造引导线的形状，才能更好地把握毛发造型。GMH插件是利用多边形转成毛发的优势，一方面通过建模塑造毛发，更容易掌控毛发整体造型；另一方面可以避免巨大的运算量，降低软件的运算负担。

三、设计过程

造型的生动与精准，符合创作背景是创造者永恒的追求。不同的造型创作方式存在不同的差异性。在三维毛发创作中，实现毛发凌乱飘逸远比实现毛发整洁更为困难，僵硬与生硬亦是经常用于评价毛发的形容词。三维毛发制作是创作者使用计算机工具进行创作的过程，其本质是感性思维与理想思维的不断交织、碰撞、冲突，最终统一的过程。不同的朝代有着不同的毛发造型，所以需要根据民间神话《年》的历史风格、故事背景和参考文献，设计出角色的毛发造型，再在三维软件中不断修改和验证，这样才能更好地确保民间神话《年》的历史风格。

（一）年兽毛发的造型设计

三维造型创造来源于书籍或者现实社会，并根据主体的能动性进行主观创作。绝大多数情况下，三维造型创作的过程均可先进行二维平面造型的先期制作，而后进行立体变化的修改，并逐步深化此过程，加入更多的细节变化，最终得到更为复杂的结构，并完美呈现。在对年兽毛发造型设计时，先根据古籍记载有怪兽名曰“年”、形若狮子的特点，在二维平面设计出二维造型。

（二）雕刻和拓扑毛发模型

在三维软件中构成三维结构表面的元素集合为三角面，不同位置方向的三角面构成模型的表面。计算机三维图像的最终运算都是以三角面为主，三角面数量会决定渲染效果的精细和平滑程度，所以在制作三维造型之前要把握好模型的面数。在已创作好的二维造型基础上，在ZBrush中进行毛发的雕刻。雕刻中注重对毛发的整体造型，以尖端窄、中间宽、尾部略宽的条状形进行雕刻绘制。雕刻完成后，再导入MAYA中，对其低模拓扑处理。拓扑时注意以四边面拓扑，布线以环状形布线，布线需工整，尽量使其贴附高模。拓扑完成后，对模型删除历史，冻结变换和居中枢轴。[3]整理大纲，保持大纲整洁，没有多余的节点和模型的存在，防止因为多余的节点，导致毛发生成失败的问题。

（三）毛发模型分UV和绘制贴图

毛发要是能够完整地生成出来，必须有一个平整的、完全展开的UV。选中毛发模型，点开UV编辑器，因为MAYA会自动切割一部分的UV，但是效果却并不是很理想，所以需要框选所有的UV壳，进行平面映射。UV颜色显示白色就说明这块UV已经展得不错了，显示红色说明这块展得不够平整，仍需要继续分UV。但不需要切割过多，还是整体的UV便于绘制贴图。

分完UV之后，对UV进行UV快照，将UV图像导出。毛发建模是将毛发依附在角色的模型表面，必须确定好毛发根部的位置，并提供法线方向作为毛发初始的生长方向。[4]在ps中确定毛发的根部，利用纹理贴图，能够更好地控制毛发的生长范围和粗细程度等。用黑色代表毛发生长不到的范围，用白色代表毛发生长的范围，调整边缘的虚实变化，[5]使毛发看起来更加自然。把绘制好的毛发贴图导出，生成透明贴图，贴到模型上，配合灯光进行贴图渲染测试，根据渲染出来的效果，再对其进行修改和调整。

（四）毛发的动力学解算

毛发的动力学解算是很关键的一步，也是最后所呈现效果的一步。毛发的动力学解算是使用物理学原理模拟自然界的毛发运动，能够使毛发运动看起来更加逼真和写实。首先，我们需要将毛发生成动态毛发系统（Hair System）。其次，创建碰撞物体，将头部和身体创建成被碰撞的物体，并且扩大碰撞的范围。这样可以保证在动力学解算的过程中，毛发可以和身体发生碰撞，从而防止发生毛发穿到身体里的穿帮现象。对毛发设置约束参数，比如扭曲约束，横向约束等等。这样在动力学解算的过程中，毛发能够保持整体的发型，避免发生披头散发的问题。

创建风场和力场，MAYA中的动力学解算和自然界一样，都需要风和万有引力的作用。设置力场，将重力值调整为9.8N/kg。没有重力场，毛发就会飘浮在空中，和自然界垂直落下的毛发相违背。同时还需要设置摩擦系数，摩擦力能够更好地模拟自然界中的毛发运动。场景中还需加入风场的作用，风场能够模拟现实生活中风的走向，风的强度，风的密度，这些参数都在一定程度上影响毛发解算的效果和毛发运动的幅度。风如果从前面吹来，毛发会向后飘动。风的强度越大，动力学解算出来的毛发效果会越飘逸。风的密度越大，则风力越强。计算机图形技术的特性和优势的发挥需要结合创作者主观意识的控制，才能更好地表现创作者的艺术风格。技术风格与美术风格的统一是三维动画独有的特性。

四、展示方式

本作品主要以动画短片的形式展出。将MAYA与UE4游戏引擎相结合，在MAYA中渲染人物动作，在UE4中渲染室外场景。这样一方面大大减少了渲染的时间，另一方面依靠UE4游戏引擎制作真实的环境，能够使民间神话《年》更加逼真，给予观众更多的观看体验（如图1）。

五、结语

毛发动力学解算依靠计算机强大的计算能力，模拟现实生活中的毛发运动，给整部民间神话《年》提供了更多的趣味性和真实感。在整个民间神话《年》制作的过程中，查找相关资料，设计出大量的设计稿，在失败中吸取教训，总结经验，使笔者体会很多，对三维动画技术也有了更深层次的认识。毛发技术是三维动画的重点和难点，在科学技术高速发展的今天，仍有很长的路要走。