頭發(fā)綁定篇之Maya卡通角色制作

來源：火星時(shí)代 | 責(zé)任編輯：傳說中的落葉 | 發(fā)布時(shí)間： 2017-09-05 16:27 | 瀏覽量：

本節(jié)匯寶盆為大家?guī)淼氖牵侯^發(fā)綁定篇之Maya卡通角色制作
以下只是制作流程的簡要介紹，不作為完整的教程使用，因?yàn)樯婕安襟E較多。盡管如此，文章中我所提供的一些技術(shù)點(diǎn)介紹，相信會對很多人有幫助。

Maya卡通角色制作

教程思路

1.創(chuàng)建頭發(fā)生長區(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制作動力學(xué)頭發(fā)通?？墒褂靡韵聨追N方法：

1.手動繪制NURBS曲線，將它轉(zhuǎn)為頭發(fā)動力學(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，然后通過頭發(fā)約束來制作發(fā)型。

3.通過NURBS曲線生成NURBS曲面，然后賦予貼圖；最后通過頭發(fā)動力學(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，盡管動力學(xué)精度不高。

4.通過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)置動力學(xué)屬性；方法2則反過來。相對而言，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，尤其在制作飄逸的長發(fā)效果時(shí)。

本例中采用的是方法2。

【Hair系統(tǒng)的組成】

頭發(fā)綁定篇之Maya卡通角色制作1

Hair系統(tǒng)由頭發(fā)動力學(xué)節(jié)點(diǎn)（hairSystem），毛囊節(jié)點(diǎn)（follicle），動力學(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)，包括新增力場也是以該節(jié)點(diǎn)作為對象進(jìn)行。
follicle毛囊，顧名思義，是頭發(fā)生長的基部，除了可對單條動力學(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是通過筆刷特效節(jié)點(diǎn)來完成頭發(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，生長筆刷，特效筆刷等），可通過調(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：增加力場影響時(shí)，是選擇頭發(fā)的動力學(xué)解算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行；而創(chuàng)建約束，則是選擇頭發(fā)動力學(xué)曲線或者毛囊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行。

【Hair綁定步驟】

1.創(chuàng)建頭發(fā)生長區(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；然后對提取的模型進(jìn)行UV重展，確保它的UV無拉伸，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)镹URBS的UV始終是0到1的方形（如果不是則對曲面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。但問題也就在于NURBS編輯形體沒多邊形那么靈活，因此我選擇多邊形進(jìn)行。

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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)長度。因此，根據(jù)個(gè)人需要，我打算使用長度為40厘米以下的頭發(fā)，所以修改為4。

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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趫鼍爸酗@示的速度是NURBS曲線的10倍。當(dāng)確實(shí)需要對頭發(fā)動力學(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)動或者模擬濕潤頭發(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，將大片頭發(fā)吸引至后上方：選擇毛發(fā)動力學(xué)節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行Fields->Newton。

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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。

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5.制作發(fā)型

雖然沒有頭發(fā)插件ShaveAndHair那樣的梳子工具，不過配合力場，maya提供的動力學(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。

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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。在制作動畫時(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)約束很適合用來梳理頭發(fā)制作平滑的發(fā)型，但在動力學(xué)效果中并不常用，因?yàn)樗睦τ绊戇^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。制作發(fā)型時(shí)，可用它來打亂頭發(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)候推開疊加在一起的頭發(fā)，這是其他約束沒有的。

無論是哪種約束，頭發(fā)的初始態(tài)對它都是極其重要的，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距離，曲線上的約束點(diǎn)位置會隨著運(yùn)動而不斷變化；UParameter是忽略控制器方位，通過0到1的曲線U向方位來定位約束點(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），動畫開始后不會發(fā)生改變（即使對UP或UD設(shè)置動畫幀也是沒效果的，約束無法在動畫開始后改變位置）。

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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：通過一堆夾子，發(fā)卷，橡皮筋等工具（constraint），吹風(fēng)筒（NewtonField），來固定頭發(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)動和動力學(xué)影響，頭發(fā)會處于運(yùn)動狀態(tài)中，結(jié)束態(tài)對頭發(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：柔體是通過粒子對幾何體的goal目標(biāo)權(quán)重來實(shí)現(xiàn)結(jié)束態(tài)的維持，而hair則是通過動力學(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)，必須要在交互式動畫播放的情況下進(jìn)行，當(dāng)達(dá)到所需效果，應(yīng)立即停止動畫，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)前位置開始，必須再次調(diào)整初始位置才能繼續(xù)進(jìn)行。

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我們可以使用Hair菜單下的一些工具對頭發(fā)曲線進(jìn)行調(diào)整。例如：ScaleTool可以調(diào)整頭發(fā)的長度，但是要注意的是，一定要在起始幀的時(shí)候進(jìn)行；如果是在解算過程中，可能會出現(xiàn)異常。

另外，可以通過手動調(diào)節(jié)曲線的cv點(diǎn)，并使用Surfaces菜單下的EditCurves對頭發(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。

如果需要對局部頭發(fā)進(jìn)行刪除或者屬性改變，還可以通過PaintHairFollicles（繪制頭發(fā)毛囊）工具來完成。

7.頭發(fā)碰撞

選擇頭發(fā)動力學(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)生異常現(xiàn)象，所以要盡量使用ColllideSphere或者CollideCube來實(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），過高數(shù)值會使頭發(fā)發(fā)生一些異常的抖動。

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)對幾何體的直接碰撞正如柔體曲線對剛體的碰撞，其反彈效果很難控制。

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8.頭發(fā)動力學(xué)參數(shù)的設(shè)置

此時(shí)再次涉及到場景比例和單位的問題。這點(diǎn)我除了有專門文章說明，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，了解這些對maya的所有動力學(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)慎使用過高的頭發(fā)段數(shù)。

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9.頭發(fā)渲染細(xì)節(jié)的設(shè)置

更改了力場，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)我的場景比例1：10，將HairWidth設(shè)為0.001即可。不過，這個(gè)數(shù)值達(dá)到了軟件文本框可輸入的最小值，無法再進(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）。

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Displacements區(qū)塊下的SubClumping會生成很多聚攏的發(fā)簇，常用于制作頭發(fā)淋濕的效果，但對通常頭發(fā)并沒有太大的作用，反而會減少頭發(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)值為原來的10倍。不過因?yàn)镸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)男薷腗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)，就沒意義。

開啟LightEachHair后渲染效果會好很多，尤其在子頭發(fā)數(shù)量很多，頭發(fā)運(yùn)動時(shí)影響到頭發(fā)自身陰影效果的時(shí)候。不過同樣的，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)槭呛唵蔚耐ㄟ^復(fù)制頭發(fā)簇來完成，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。過多的話將造成頭發(fā)高光效果的錯(cuò)亂。

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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）。

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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)相對較亮，且在頭發(fā)細(xì)節(jié)上稍遜于software。使用MayaSoftware渲染時(shí)，開啟Brush下的Illumination功能（默認(rèn)是關(guān)閉的，MR渲染不需要開啟，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)對頭發(fā)高光的渲染效果沒任何影響，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。

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以下是不同設(shè)置的效果對比。

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【總結(jié)】

本質(zhì)上，hair就是粒子動力學(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，對此我是十分贊同的。

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