暴雪高級(jí)Houdini特效藝術(shù)家為您解析《暗黑4》宣傳片制作細(xì)節(jié)

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舉報(bào) 2021-09-24

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Houdini官方與SIGGRAPH 2021聯(lián)合，邀請(qǐng)了暴雪娛樂(lè)的高級(jí)特效藝術(shù)家Nema Safvati做了Houdini制作的專(zhuān)題分享

本次分享的內(nèi)容關(guān)于暴雪娛樂(lè)最受期待的游戲之一《暗黑破壞神4》發(fā)布的CG動(dòng)畫(huà)短片《By Three They Come（2019）》

“血之鼓”

影片末尾，3個(gè)不幸的靈魂，他們的血與肉從三端匯集，蜿蜒向中心蔓延，形成通往新生命的大門(mén)，莉莉絲撐破細(xì)胞膜，浴血登場(chǎng)。

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動(dòng)畫(huà)短片的制作團(tuán)隊(duì)內(nèi)部，將這個(gè)三角形的整體稱(chēng)為“血之鼓（Blood Drum）”，它由暴雪娛樂(lè)的高級(jí)特效藝術(shù)家Nema Safvati制作。

Nema Safvati

高級(jí)特效藝術(shù)家

暴雪娛樂(lè)

曾就職于MPC, The Mill等知名視效工作室
參與作品：《蟻人2：黃蜂女現(xiàn)身》、《復(fù)仇者聯(lián)盟3：無(wú)限戰(zhàn)爭(zhēng)》、《蜘蛛俠：英雄歸來(lái)》等

“血之鼓”制作解析
“血之鼓”包含組成（Formation）和撕裂（Tearing）兩個(gè)部分，我們也將分為兩個(gè)部分進(jìn)行解析。

01
組成
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原畫(huà)

Nema：圖片中展示的原畫(huà)是“血之鼓”已經(jīng)匯集形成的效果。

Branching Growth Solver（分支生長(zhǎng)解算器）

Nema：開(kāi)始模擬前，曲線從三個(gè)頂點(diǎn)開(kāi)始蔓延，一邊向內(nèi)生長(zhǎng)一邊留下曲線路徑痕跡。第一個(gè)生長(zhǎng)閾值（Generation）的顏色為黃綠色，在更高的生長(zhǎng)閾值中變成紅色，生長(zhǎng)閾值最大值為5。

每個(gè)曲線路徑的頂端你可以想象為Houdini人群模擬的Agent節(jié)點(diǎn)。每一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，Agent節(jié)點(diǎn)會(huì)基于不同的規(guī)則，決定動(dòng)畫(huà)的走向。基于層層疊加的規(guī)則，我們最后得到了比較自然的紋路，紋路仿佛一邊蔓延，一邊在思考走向，就像人群模擬的設(shè)置一樣。這其中我用到的是Boid Flocking的算法。

我們換一個(gè)角度看這個(gè)解算器，只看每一條曲線的頂點(diǎn)，這樣有助于我們分析解算器的兩個(gè)部分——Growth（生長(zhǎng)）和Branching（分支）節(jié)點(diǎn)。

Growth（生長(zhǎng)）節(jié)點(diǎn) - 第一幀中曲線的走向是設(shè)置好的，之后會(huì)根據(jù)不同的規(guī)則發(fā)展出不同的走向。首先運(yùn)用一些噪波，設(shè)置曲線從上一幀到下一幀的生長(zhǎng)走向。之后由矢量（Vector）決定各曲線在后續(xù)的模擬中是繼續(xù)生長(zhǎng)，還是停下。

Branching（分支）節(jié)點(diǎn) - 根據(jù)已有的曲線，可以生長(zhǎng)出分支，是否生長(zhǎng)取決于一些變量，比如密度（Density），點(diǎn)和曲線的Agent節(jié)點(diǎn)。

生長(zhǎng)和分支背后的邏輯最根本的不同是——分支不僅會(huì)從曲線的頂點(diǎn)蔓延，在設(shè)定范圍內(nèi)也會(huì)由任何點(diǎn)開(kāi)始蔓延。根據(jù)不同的參數(shù)，比如最小、最大的點(diǎn)Age參數(shù)、曲線Age參數(shù)，以及密度。只要某個(gè)點(diǎn)通過(guò)了所有的參數(shù)設(shè)置，開(kāi)始長(zhǎng)出分支，它就會(huì)將自己復(fù)制形成一個(gè)新的Agent節(jié)點(diǎn)，按照規(guī)則生成一個(gè)新的曲線。

生長(zhǎng)模擬分解

血管 - 圖中看到的是“血之鼓”的主要血管，模擬中的密度設(shè)置得很低，所以長(zhǎng)出來(lái)的血管不多，并且生長(zhǎng)的方向也比較統(tǒng)一。生長(zhǎng)閾值的最大值控制讓其生長(zhǎng)速度稍慢。
組織 - 組織模擬的密度值開(kāi)的比較高，也沒(méi)有給生長(zhǎng)閾值設(shè)限，達(dá)到密度的最大值之前曲線能一直生長(zhǎng)分支，看起來(lái)非常密集。我們選擇了較高的頻率，同時(shí)在生長(zhǎng)的設(shè)置中，我還調(diào)整了頂點(diǎn)的波噪應(yīng)用方式，得出了較密集的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
細(xì)胞膜 - 細(xì)胞膜部分運(yùn)用的是點(diǎn)云，組織模擬中的頂點(diǎn)會(huì)將點(diǎn)云的點(diǎn)激活，已生成的點(diǎn)會(huì)不斷生成新的點(diǎn)。只要接近組織中的曲線，或者接近已生成的點(diǎn)，就會(huì)繼續(xù)自動(dòng)生成新的點(diǎn)。我調(diào)整了點(diǎn)云的生長(zhǎng)規(guī)則，避免和組織的生長(zhǎng)看起來(lái)太過(guò)相似。
結(jié)合 - 除了細(xì)胞膜是點(diǎn)云之外，大部分都是曲線。

將所有的曲線轉(zhuǎn)換成管道，管道的粗細(xì)由Age和所在的生長(zhǎng)閾值決定。這些管道都在細(xì)胞膜中，細(xì)胞膜是透明的，血管和組織在平面中生成了凸出的效果，但仍然是分開(kāi)獨(dú)立的網(wǎng)格（Mesh）。

燈光分解

Nema：部分的顏色變化是次表面散射（Subsurface Scattering）和表面結(jié)構(gòu)各區(qū)域厚度不同帶來(lái)的，當(dāng)然還有內(nèi)部幾何體遮光帶來(lái)的效果。Surfacing團(tuán)隊(duì)制作了投射的材質(zhì)，為作品增添了很多細(xì)節(jié)，這是光靠幾何體無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

“血之鼓”靠近外緣的部分不斷變薄，所以當(dāng)相機(jī)移動(dòng)到“血之鼓”的下方時(shí)透光性比較好。

當(dāng)莉莉絲的臉將要穿過(guò)“血之鼓”的時(shí)候，“血之鼓”表面的拉伸效果是通過(guò)Vellum布料模擬完成的。我們用了一個(gè)很簡(jiǎn)易的代理網(wǎng)格（Proxy Mesh），當(dāng)時(shí)只是一個(gè)沒(méi)有厚度的2D平面，我們把平面放到模擬的代理網(wǎng)格中做點(diǎn)變形（Point Deform），包括細(xì)胞膜和內(nèi)部的幾何體。最后我運(yùn)用了Delta Mush，Point Delta在拉伸變形后能有效地保留幾何體結(jié)構(gòu)形狀和材質(zhì)。

02
撕裂

原畫(huà)

Nema：原畫(huà)部分我們可以看出，各部分都非常薄，模擬需要表現(xiàn)出非常有張力的效果，表面還有一些略顯惡心但又非常復(fù)雜的材質(zhì)。
最初的計(jì)劃是結(jié)合Vellum模擬和OpenCL，這樣的組合不至于一下跑光內(nèi)存。所以我們確定了主要元素的撕扯效果可以用布料模擬，但是我們還想增添更多細(xì)節(jié)，所以除了基礎(chǔ)的布料模擬，我們還在內(nèi)部和外部加了曲線，形成我們看到的黏糊糊的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

測(cè)試模擬

早期測(cè)試模擬

Nema：“血之鼓”斷裂效果實(shí)現(xiàn) - 這個(gè)部分的挑戰(zhàn)是在何處放置銜接（Weld）的點(diǎn)。第一種方式是預(yù)設(shè)撕裂的部分提前撕裂網(wǎng)格，就像破壞效果（Destruction Effect）。這樣能行得通，但是看起來(lái)沒(méi)什么意思，因?yàn)樗兴毫训男Ч际翘崆皼Q定好的，張力不夠的地方就會(huì)毫無(wú)撕裂效果。我想要一個(gè)更動(dòng)態(tài)的撕裂效果。所以我斷開(kāi)了網(wǎng)格中所有Primitive。所有的Primitive都只是小小的三角形布料，他們被銜接起來(lái)。不同于拉伸（Stretch）和彎曲（Bend），銜接是可拆分的，這就是我們實(shí)現(xiàn)撕扯效果的方法。這個(gè)方法帶來(lái)的問(wèn)題是，一些三角形布料徹底斷開(kāi)后會(huì)出現(xiàn)一些布料碎片，看起來(lái)效果不好。只要不將這些Primitive和其他的物體連接，后期刪掉這些碎片就解決了。

拉伸部分的精度 - 當(dāng)細(xì)胞膜拉伸的時(shí)候，拇指周?chē)牟糠值木群艿?。因?yàn)檎麄€(gè)細(xì)胞膜從原始的拓?fù)渲欣鋈ズ荛L(zhǎng)一段距離，所以網(wǎng)格需要較高的精度支撐這個(gè)動(dòng)作，但是如果將整個(gè)網(wǎng)格的精度拉高就不值當(dāng)了。好在Vellum模擬能夠處理這種情況，我將中心需要拉伸的部分加厚，剩下的部分就保持正常的精度就好。

我們將拉伸的比例做了可視化，受力部分的原始長(zhǎng)度和拉伸長(zhǎng)度的比例決定了銜接部分是否發(fā)生撕裂。紅色意味著快要達(dá)到銜接約束閾值，后續(xù)就發(fā)生了撕裂。比如我把閾值設(shè)為2，那么當(dāng)拉伸距離是原始距離的2倍時(shí)，銜接就會(huì)發(fā)生撕裂。銜接部分撕裂時(shí)產(chǎn)生的力會(huì)讓周?chē)嗖糠炙毫?，撕裂的效果得以延續(xù)。此外，我繪制了一個(gè)蒙版，用于控制不同部分的撕裂閾值，讓高處張力沒(méi)有這么強(qiáng)的地方也有一些撕裂效果，看起來(lái)不至于這么單調(diào)。

細(xì)胞膜外部線約束（Strands） - 這個(gè)部分模擬的來(lái)源是散點(diǎn)（Scatter Points），將相鄰的物體連接。我在模擬中用的是Vellum Hair約束，他支持拉伸、彎曲和破壞。所以我不需要再單獨(dú)添加銜接的部分。

回到線約束撕裂的效果，細(xì)胞膜內(nèi)部和外部各有一層線約束，他們都有自己獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。不像布料模擬，這里的兩個(gè)約束都會(huì)被破壞，Pin約束將線約束和布料釘在一起；曲線中的各個(gè)點(diǎn)也有約束，也會(huì)發(fā)生破壞。他們都屬于Vellum，所以工作原理是一樣的，我用拉伸的比例來(lái)決定撕裂的效果，當(dāng)布料撕裂后，線約束也被拉伸斷裂，所以各部分的撕裂效果很相似，但又各有特色，視覺(jué)效果更動(dòng)態(tài)。

有的部分雖然細(xì)胞膜破裂了，線約束還在拉伸。撕裂后，很多殘骸掉落而下，就像撕碎的布料，我手動(dòng)添加了部分殘骸掉落的效果。
燈光分解

此部分和之前的燈光設(shè)置相似，用到了次表面散射和投射材質(zhì)。至此，“血之鼓”的組成和撕裂兩部分的制作就完成了。END
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綠色部分為組織，比較細(xì)，平面上會(huì)有細(xì)微凸起的效果，增添了比較有意思的材質(zhì)效果。
藍(lán)色是主要的血管，動(dòng)畫(huà)開(kāi)始不一會(huì)兒血管就不再變動(dòng)了，因?yàn)檠懿欢?。但是因?yàn)樗麄儽容^粗，所以凸出的效果更明顯。
黃色部分是纖維，他們是通過(guò)程序化動(dòng)畫(huà)制作的，不是用的生長(zhǎng)模擬，因?yàn)槲覀兿胍煌囊曈X(jué)效果，所以在動(dòng)畫(huà)中看得更明顯。
紫紅色部分則都是卷須，這是我的領(lǐng)導(dǎo)Jamie Pilgrim為之前的鏡頭制作的，這部分的紋路很像捕夢(mèng)網(wǎng)，非?？帷?/p>

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