maya：卡通人物頭發(fā)的綁定

1.創(chuàng)建頭發(fā)生長(zhǎng)區(qū)域。

        2.創(chuàng)建頭發(fā)系統(tǒng)。

        3.創(chuàng)建頭發(fā)初始態(tài)。

        4.設(shè)置頭發(fā)初始態(tài)。

        5.制作發(fā)型。

        6.頭發(fā)初末狀態(tài)的重要性。

        7.頭發(fā)碰撞。

        8.頭發(fā)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的設(shè)置。

        9.頭發(fā)渲染細(xì)節(jié)的設(shè)置。

        使用maya制作動(dòng)力學(xué)頭發(fā)通�？墒褂靡韵聨追N方法：

        1.手動(dòng)繪制nurbs曲線，將它轉(zhuǎn)為頭發(fā)動(dòng)力學(xué)曲線，再賦予pe筆刷進(jìn)行毛發(fā)渲染。
        2.直接在nurbs幾何體（或uv平展的多邊形幾何體）上生成大量均勻分布的頭發(fā)曲線，然后通過(guò)頭發(fā)約束來(lái)制作發(fā)型。
        3.通過(guò)nurbs曲線生成nurbs曲面，然后賦予貼圖；最后通過(guò)頭發(fā)動(dòng)力學(xué)曲線控制骨骼的方法，使nurbs曲面受到骨骼蒙皮的影響。因?yàn)橘N圖渲染速度比pe頭發(fā)快很多，所以在制作一些短發(fā)效果時(shí)也常用此方法進(jìn)行，盡管動(dòng)力學(xué)精度不高。
        4.通過(guò)nurbs曲線生成nurbs曲面，然后在nurbs曲面上提取更多的曲線，利用模型歷史以曲面控制曲線完成發(fā)型。這種方法不適合制作復(fù)雜的發(fā)型。
        其實(shí)方法1和方法2是差不多的，不同點(diǎn)在于：方法1是先定發(fā)型，后設(shè)置動(dòng)力學(xué)屬性；方法2則反過(guò)來(lái)。相對(duì)而言，方法1可有效的利用資源，但缺點(diǎn)就是調(diào)節(jié)曲線繁瑣，且細(xì)節(jié)上可能很難滿足鏡頭特寫(xiě)，尤其在制作飄逸的長(zhǎng)發(fā)效果時(shí)。
        本例中采用的是方法2。

        【hair系統(tǒng)的組成】

        hair系統(tǒng)由頭發(fā)動(dòng)力學(xué)節(jié)點(diǎn)（hairsystem），毛囊節(jié)點(diǎn)（follicle），動(dòng)力學(xué)輸出曲線（hairsystemoutputcurves）構(gòu)成，如果算上渲染部分，則還包含筆刷特效節(jié)點(diǎn)（pfxhair）。
        hairsystem節(jié)點(diǎn)是頭發(fā)行為的總控制節(jié)點(diǎn)，除了頭發(fā)的各種行為參數(shù)，包括新增力場(chǎng)也是以該節(jié)點(diǎn)作為對(duì)象進(jìn)行。
        follicle毛囊，顧名思義，是頭發(fā)生長(zhǎng)的基部，除了可對(duì)單條動(dòng)力學(xué)曲線進(jìn)行額外控制，還記錄著頭發(fā)受到的約束或碰撞情況。
        hairsystemoutputcurves節(jié)點(diǎn)是動(dòng)力學(xué)解算后的最終曲線形態(tài)，盡管maya的hair系統(tǒng)可以不包含初始態(tài)或結(jié)束態(tài)的曲線，但是我們應(yīng)按規(guī)范至少完成初始態(tài)的建立，讓輸出曲線和follicle毛囊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，方便控制。
        pfxhair是通過(guò)筆刷特效節(jié)點(diǎn)來(lái)完成頭發(fā)的渲染，是maya特有的筆刷系統(tǒng)的一部分（painteffect筆刷特效包含：植物筆刷，卡通線條，頭發(fā)筆刷，生長(zhǎng)筆刷，特效筆刷等），可通過(guò)調(diào)節(jié)特定功能下的筆觸參數(shù)，實(shí)現(xiàn)豐富的效果渲染。
        hair操作規(guī)則：增加力場(chǎng)影響時(shí)，是選擇頭發(fā)的動(dòng)力學(xué)解算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行；而創(chuàng)建約束，則是選擇頭發(fā)動(dòng)力學(xué)曲線或者毛囊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行。

 1.創(chuàng)建頭發(fā)生長(zhǎng)區(qū)域

        將人物頭部復(fù)制一份，圓滑后刪除多余的部分，只留下頭皮部分作為頭發(fā)生成的區(qū)域；然后對(duì)提取的模型進(jìn)行uv重展，確保它的uv無(wú)拉伸，并盡量利用uv坐標(biāo)系的空間。
        使用幾何體生成頭發(fā)系統(tǒng)，需要注意：毛囊的分布和幾何體的uv信息有關(guān)。因?yàn)閚urbs的uv始終是0到1的方形（如果不是則對(duì)曲面uv進(jìn)行重建），所以通常使用nurbs半球體生成毛發(fā)曲線是較為理想的。但問(wèn)題也就在于nurbs編輯形體沒(méi)多邊形那么靈活，因此我選擇多邊形進(jìn)行。

        2.創(chuàng)建頭發(fā)系統(tǒng)

        選擇模型執(zhí)行：hair->createhair（選項(xiàng)：output：nurbscurves；u vcount20；length：4；passive fill：0。其他保持默認(rèn)。）
        maya中屬性的數(shù)值和單位及比例都有密切的聯(lián)系，默認(rèn)的5表示頭發(fā)長(zhǎng)度5厘米，但那是1：1的“模型：實(shí)物”的比例；我這里使用的是1：10的比例，因此默認(rèn)的5將表示50厘米的頭發(fā)長(zhǎng)度。因此，根據(jù)個(gè)人需要，我打算使用長(zhǎng)度為40厘米以下的頭發(fā)，所以修改為4。

        提示：
        創(chuàng)建大量頭發(fā)時(shí)，應(yīng)選擇painteffect的創(chuàng)建方式，因?yàn)樗�在�?chǎng)景中顯示的速度是nurbs曲線的10倍。當(dāng)確實(shí)需要對(duì)頭發(fā)動(dòng)力學(xué)曲線進(jìn)行一些額外的操作，例如在曲線上吸附物體隨頭發(fā)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或者模擬濕潤(rùn)頭發(fā)滴水的時(shí)候，則選擇后兩種。

        3.創(chuàng)建頭發(fā)初始態(tài)

        剛創(chuàng)建的頭發(fā)默認(rèn)是向四面八方伸展的，因此首先使用一個(gè)牛頓場(chǎng)，將大片頭發(fā)吸引至后上方：選擇毛發(fā)動(dòng)力學(xué)節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行fields->newton。

 4.設(shè)置頭發(fā)初始態(tài)

        全選頭發(fā)曲線，執(zhí)行hair->setstartposition->fromcurrent。
        如果是以painteffect的方式創(chuàng)建頭發(fā)，則在outliner中選擇毛囊組，然后執(zhí)行hair->setstartposition->fromcurrent。

        5.制作發(fā)型

        雖然沒(méi)有頭發(fā)插件shaveandhair那樣的梳子工具，不過(guò)配合力場(chǎng)，maya提供的動(dòng)力學(xué)約束功能在設(shè)置發(fā)型上功能也是很強(qiáng)大的，用的熟練的話并不比插件差多少。

        transform變形約束是制作發(fā)型時(shí)最常用的約束方式，它除了可以將頭發(fā)曲線進(jìn)行位移，通過(guò)自身的旋轉(zhuǎn)縮放還能影響頭發(fā)的聚攏和發(fā)散。在制作動(dòng)畫(huà)時(shí)，該約束也常用于制作頭 發(fā)受到物體作用的效果，如用手撥開(kāi)頭發(fā)。
        rubberband是一種橡膠效果的約束：當(dāng)控制器遠(yuǎn)離頭發(fā)，頭發(fā)就受到很強(qiáng)的拉力；控制器靠近頭發(fā)，拉力就降低至零。通常這個(gè)約束很適合用來(lái)梳理頭發(fā)制作平滑的發(fā)型，但在動(dòng)力學(xué)效果中并不常用，因?yàn)樗�的拉力影響過(guò)于“柔順平滑”（制作洗發(fā)露廣告倒是不錯(cuò)……）。
        stick效果和rubberband類似，所不同的是它會(huì)在一定的距離內(nèi)產(chǎn)生作用：當(dāng)頭發(fā)和約束控制器的距離大于初始距離，頭發(fā)將被控制器吸引；當(dāng)距離小于初始距離，頭發(fā)將被控制器推開(kāi)。制作發(fā)型時(shí)，可用它來(lái)打亂頭發(fā)的聚攏。
        以上三種約束與頭發(fā)曲線發(fā)生距離變化時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生明顯的拉力變化；而以下兩種約束只在起始幀時(shí)定位曲線上約束點(diǎn)的位置，不會(huì)產(chǎn)生任何拉力。
        hair to hair用于頭發(fā)之間的相互吸引，它的作用較為微弱，常用于頭發(fā)塊的定型，例如頭發(fā)束使用絲帶固定。
        hairbunch用于模擬頭發(fā)間的自碰撞效果，計(jì)算速度要快于啟用頭發(fā)的自碰撞功能。并且，該功能可以在起始幀的時(shí)候推開(kāi)疊加在一起的頭發(fā)，這是其他約束沒(méi)有的。

        無(wú)論是哪種約束，頭發(fā)的初始態(tài)對(duì)它都是極其重要的，因?yàn)榧s束參數(shù)中有三種不同的點(diǎn)計(jì)算方式：nearest是計(jì)算控制器到曲線的相對(duì)距離，曲線上的約束點(diǎn)位置會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)而不斷變化；uparameter是忽略控制器方位，通過(guò)0到1的曲線u向方位來(lái)定位約束點(diǎn)；udistance和uparameter差不多，它計(jì)算世界空間中曲線上點(diǎn)到約束之間的距離，可進(jìn)行自定義（ud和up最大的不同在于當(dāng)對(duì)多條曲線進(jìn)行控制點(diǎn)定位時(shí)，ud能在不同位置的曲線上產(chǎn)生不同的約束點(diǎn)，而up會(huì)使所有曲線的cv點(diǎn)位于相同的距離比），同樣的，這個(gè)方式是忽略控制器的方位的。但無(wú)論是哪個(gè)方式，曲線上的約束點(diǎn)都和cv點(diǎn)有關(guān)，只能在cv點(diǎn)上進(jìn)行控制，并且計(jì)算只在起始幀時(shí)執(zhí)行（除了hairbunch），動(dòng)畫(huà)開(kāi)始后不會(huì)發(fā)生改變（即使對(duì)up或ud設(shè)置動(dòng)畫(huà)幀也是沒(méi)效果的，約束無(wú)法在動(dòng)畫(huà)開(kāi)始后改變位置）。

約束控制器用于定制發(fā)型并不是很復(fù)雜，你可以把自己想象為一個(gè)真正的發(fā)型美容師：通過(guò)一堆夾子，發(fā)卷，橡皮筋等工具（constraint），吹風(fēng)筒（newtonfield），來(lái)固定頭發(fā)樣式（setstartposition），最后再加些發(fā)膠定型（setrestposition）。maya是個(gè)藝術(shù)軟件，很多東西是結(jié)合現(xiàn)實(shí)來(lái)進(jìn)行的，所以我們不用太懼怕那些條條框框。

        6.頭發(fā)初末狀態(tài)的重要性

        頭發(fā)制作過(guò)程中，初末狀態(tài)的設(shè)置十分重要。 setstartposition（設(shè)置起始位置）一般用于定發(fā)型前的不斷嘗試，最后都會(huì)和結(jié)束態(tài)保持一致；setrestposition（設(shè)置結(jié)束位置）則是發(fā)型靜止時(shí)的形態(tài)參考。很多時(shí)候，由于各種運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)影響，頭發(fā)會(huì)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，結(jié)束態(tài)對(duì)頭發(fā)行為的影響較為微弱。頭發(fā)（hair）系統(tǒng)的這個(gè)原理和maya柔體（softbody）很像：柔體是通過(guò)粒子對(duì)幾何體的goal目標(biāo)權(quán)重來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)束態(tài)的維持，而hair則是通過(guò)動(dòng)力學(xué)曲線參考結(jié)束態(tài)曲線的方式進(jìn)行，相當(dāng)于柔體的一個(gè)分支功能。在使用約束進(jìn)行發(fā)型制作時(shí)，必須要在交互式動(dòng)畫(huà)播放的情況下進(jìn)行，當(dāng)達(dá)到所需效果，應(yīng)立即停止動(dòng)畫(huà)，然后在當(dāng)前狀態(tài)setstartposition，否則hair的狀態(tài)將在第一幀時(shí)還原。同時(shí)，發(fā)生位移變化的約束將從當(dāng)前位置開(kāi)始，必須再次調(diào)整初始位置才能繼續(xù)進(jìn)行。

        我們可以使用hair菜單下的一些工具對(duì)頭發(fā)曲線進(jìn)行調(diào)整。例如：scaletool可以調(diào)整頭發(fā)的長(zhǎng)度，但是要注意的是，一定要在起始幀的時(shí)候進(jìn)行；如果是在解算過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)異常。
        另外，可以通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)曲線的cv點(diǎn)，并使用surfaces菜單下的editcurves對(duì)頭發(fā)的初始或末態(tài)曲線進(jìn)行各種編輯；還可以使用變形器對(duì)大量頭發(fā)進(jìn)行定型，但要注意此時(shí)不能鎖定曲線的長(zhǎng)度（locklength），否則將在去除變形器歷史后曲線形態(tài)發(fā)生異常。
        如果需要對(duì)局部頭發(fā)進(jìn)行刪除或者屬性改變，還可以通過(guò)painthairfollicles（繪制頭發(fā)毛囊）工具來(lái)完成。

        7.頭發(fā)碰撞

        選擇頭發(fā)動(dòng)力學(xué)曲線，執(zhí)行hair->createconstraint->collidesphere，創(chuàng)建一個(gè)頭發(fā)系統(tǒng)專用的碰撞球，模擬人物頭部輪廓。此外，還需要多個(gè)碰撞球放置于角色的肩膀，胸部一帶。要注意：雖然頭發(fā)可以通過(guò)geoconnector節(jié)點(diǎn)和幾何體進(jìn)行直接碰撞（makecollide），但是很容易發(fā)生異�，F(xiàn)象，所以要盡量使用colllidesphere或者collidecube來(lái)實(shí)現(xiàn)碰撞效果。stiffness是碰撞球和碰撞方體最重要的設(shè)置參數(shù)，通常0.2至0.3左右即可（數(shù)值為0則不產(chǎn)生碰撞），過(guò)高數(shù)值會(huì)使頭發(fā)發(fā)生一些異常的抖動(dòng)。
        碰撞球可作為最初的頭發(fā)定型用，雖然在細(xì)節(jié)上不夠精確，但對(duì)于完成大體輪廓還是很有幫助的，所以制作發(fā)型時(shí)除了頭發(fā)的各種約束，碰撞球和碰撞方體也是很重要的輔助工具。
        毛發(fā)對(duì)幾何體的直接碰撞正如柔體曲線對(duì)剛體的碰撞，其反彈效果很難控制。

        8.頭發(fā)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的設(shè)置

        此時(shí)再次涉及到場(chǎng)景比例和單位的問(wèn)題。這點(diǎn)我除了有專門(mén)文章說(shuō)明，在柔體，剛體以及布料系統(tǒng)的技術(shù)文章中也多次提到，由此可見(jiàn)，了解這些對(duì)maya的所有動(dòng)力學(xué)特效是十分重要的。根據(jù)我自己慣用的標(biāo)準(zhǔn)比例1：10，這里要將頭發(fā)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)forces區(qū)塊下的gravity設(shè)置為9.8（默認(rèn)的0.98是指在1：1的比例下的值），可直接得到較為真實(shí)的效果。當(dāng)然，這是普遍的效果所用的參數(shù)值，某些特殊情況需要另作變更，當(dāng)所處的環(huán)境是宇宙，水底，可根據(jù)表現(xiàn)效果的需要而變更。另外，頭發(fā)的動(dòng)力學(xué)行為，和曲線的段數(shù)也有很大的關(guān)系：段數(shù)越高，頭發(fā)的運(yùn)動(dòng)就越柔順，但這除了增加解算時(shí)間，效果上也不一定合理，因此要謹(jǐn)慎使用過(guò)高的頭發(fā)段數(shù)。

9.頭發(fā)渲染細(xì)節(jié)的設(shè)置

        更改了力場(chǎng)，接著是頭發(fā)筆刷的大小。人的頭發(fā)絲在0.1mm左右（0.05mm-0.15mm），雖然maya不一定能按實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)來(lái)完成這種精度的頭發(fā)絲，但稍微研究下參數(shù)還是能得到很好的方案的。brush節(jié)點(diǎn)是用于頭發(fā)的渲染，但是頭發(fā)的直徑是由頭發(fā)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的hairwidth所控制。hairwidth默認(rèn)值為0.01（厘米），也就是0.1mm，那么根據(jù)我的場(chǎng)景比例1：10，將hairwidth設(shè)為0.001即可。不過(guò)，這個(gè)數(shù)值達(dá)到了軟件文本框可輸入的最小值，無(wú)法再進(jìn)行降低，因此我的做法是：保持hairwidth的默認(rèn)值0.01不變，然后將brush節(jié)點(diǎn)下的globalscale（全局縮放）參數(shù)設(shè)為原來(lái)的十分之一（將默認(rèn)的5改為0.5）。于是，一個(gè)軟件單位的頭發(fā)絲誕生了。如果覺(jué)得還不夠細(xì)，可以繼續(xù)降低hairwidth的數(shù)值，但不應(yīng)低于0.005（再低就是納米纖維了）。

         displacements區(qū)塊下的subclumping會(huì)生成很多聚攏的發(fā)簇，常用于制作頭發(fā)淋濕的效果，但對(duì)通常頭發(fā)并沒(méi)有太大的作用，反而會(huì)減少頭發(fā)細(xì)節(jié)。
        multistreaks（子頭發(fā)）是在原有頭發(fā)的基礎(chǔ)上增加頭發(fā)渲染的總數(shù)量。當(dāng)設(shè)置為9，雖然數(shù)量上相當(dāng)于hairperclump數(shù)值為原來(lái)的10倍。不過(guò)因?yàn)閙ultistreaks是在頭發(fā)簇寬度的基礎(chǔ)上生成，發(fā)絲的散布范圍可超出clumpwidth，細(xì)節(jié)更豐富；而hairperclump是在clumpwidth范圍內(nèi)的，如果頭發(fā)寬度hairwidth*hairperclump大于clumpwidth，那就沒(méi)什么意義了。因此，一般在設(shè)定好頭發(fā)寬度和簇?cái)?shù)量后，如需要增加頭發(fā)密度，應(yīng)該增加multistreaks的數(shù)值；而且相對(duì)而言，增加multistreaks的數(shù)量比增加hairperclump渲染速度要快。當(dāng)然，有時(shí)也需要適當(dāng)?shù)男薷膍ultistreakspread1（頭發(fā)寬度最大偏移）和multistreakspread2（頭發(fā)末梢最大偏移），因?yàn)楫?dāng)頭發(fā)數(shù)量乘以頭發(fā)寬度大于發(fā)簇寬度時(shí)，就沒(méi)意義。
        開(kāi)啟lighteachhair后渲染效果會(huì)好很多，尤其在子頭發(fā)數(shù)量很多，頭發(fā)運(yùn)動(dòng)時(shí)影響到頭發(fā)自身陰影效果的時(shí)候。不過(guò)同樣的，渲染時(shí)間也就增加不少。
        盡管multistreaks在頭發(fā)細(xì)節(jié)上不錯(cuò)，但是因?yàn)槭呛?jiǎn)單的通過(guò)復(fù)制頭發(fā)簇來(lái)完成，渲染效果并不盡如人意，因此一般都采用比較低的數(shù)值，如1。過(guò)多的話將造成頭發(fā)高光效果的錯(cuò)亂。

        因此為了更好的表現(xiàn)頭發(fā)質(zhì)感，適當(dāng)?shù)目刂苃airperclump和clumpwidth才是最佳的方案。
        將筆刷brush添加到頭發(fā)進(jìn)行渲染，可以得到更為豐富的效果。要注意，brush節(jié)點(diǎn)連接到pfx節(jié)點(diǎn)時(shí)，并不是所有的參數(shù)都有效，如筆刷的寬度和顏色，將被頭發(fā)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的頭發(fā)寬度和發(fā)色所替換。而筆刷的高光屬性則替代頭發(fā)系統(tǒng)的高光設(shè)置（mentalray會(huì)忽略），同時(shí)，頭發(fā)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)下的multistreaks功能失效。

        10.painteffect和brush的關(guān)系

        創(chuàng)建頭發(fā)時(shí)選擇painteffect的方式，和選擇頭發(fā)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行hair->assignpainteffectbrush to hair，效果上是不同的。前者僅僅是將曲線以筆刷的形式進(jìn)行渲染，而后者則在頭發(fā)系統(tǒng)中加入一個(gè)brush筆觸節(jié)點(diǎn)，提供了更為豐富的渲染效果（如果手動(dòng)刪除brush節(jié)點(diǎn)，那么和創(chuàng)建頭發(fā)時(shí)選擇painteffect的方式是同樣的效果）。

 

mayasoftware渲染pe特效時(shí)，是作為后期渲染的，只支持深度貼圖陰影，無(wú)法渲染頭發(fā)的反射；mentalray渲染pe頭發(fā)可支持反射和光線追蹤成影，并且在使用光線追蹤時(shí)效率很高，但mr渲染的頭發(fā)相對(duì)較亮，且在頭發(fā)細(xì)節(jié)上稍遜于software。使用mayasoftware渲染時(shí)，開(kāi)啟brush下的illumination功能（默認(rèn)是關(guān)閉的，mr渲染不需要開(kāi)啟，sw則需要），頭發(fā)將得到高光照明的效果。關(guān)閉reallight可以使用內(nèi)置燈光照明，提高解算速度；而specular參數(shù)對(duì)頭發(fā)高光的渲染效果沒(méi)任何影響，取決定作用的仍然是頭發(fā)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)下的specular。而且要注意的是，mentalray將忽略illumination區(qū)塊下的所有功能。

        以下是不同設(shè)置的效果對(duì)比。

 

        【總結(jié)】

        本質(zhì)上，hair就是粒子動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。它和柔體系統(tǒng)、內(nèi)核布料系統(tǒng)有很多共通點(diǎn)，例如初始模型的保留，約束模擬碰撞，作用力的單位設(shè)置等。因此，要學(xué)習(xí)maya各個(gè)動(dòng)力學(xué)模塊，我們要了解的不是那些大量的固定參數(shù)，而是認(rèn)識(shí)它們之間的共通點(diǎn)。maya是個(gè)為藝術(shù)家而準(zhǔn)備的軟件，對(duì)此我是十分贊同的。