雾鬓风鬟 2期

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摘 要 毛发在三维影视动画中是制约画面效果表现力的一个重要因素，通过毛发的自然属性归纳毛发的自然特点，以真实指导艺术创作。并从中归纳出毛发创作的一般性流程，以现有的、成熟的技术来表现三维写实性的毛发。

关键词 三维；毛发；Maya；动画；影视

中图分类号TP392 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）107-0143-02

在当今三维技术的强力推动下，短短的十几年内三维动画与影视等艺术形式的艺术表现力都得到了极大的发展。从早期的三维动画电影《玩具总动员》到今年热映的《疯狂原始人》，从早期还略显粗糙的真人实拍与二维动画结合的产物《疯狂大灌篮》到现在让观众无从分辨幻想与现实的《钢铁侠》，都让人领略了三维技术的超现实与它的无限可能性。这其中，毛发的表现一直都是三维动画、影视特效艺术创作中制约画面表现力的突出问题。

特别是国内的影视动画中，受限于成本及技术等因素，毛发的表现问题更加凸现。本文尝试从现有的成熟技术着手，从艺术与技术等多方面分析三维平台环境中写实毛发的制作，并将其整合为可适用于商业生产的创作流程。

1 头发自然特征现象分析

让我们从一张照片开始，分析头发各种特性，并将这种特性归纳下来，以便于我们的创作。

从图片中的头发分析，我们大体可将头发的自然属性归纳为以下几点：

造型特征：

1）毛发分为多个层次，大体可归纳为：基础层、主造型层、碎发层；

2）头发越靠近发根，造型越流畅；靠近发梢，头发造型更加参差不齐。特别是发梢末端，头发有开叉所造成的打结现象；

3）头发末端多会形成一缕一缕的现象，可根据这种现象将头发归纳为几个大的造型区域。

质感特征：

1）头发拥有较强的高光与反射，特别是在头发边缘，有比较强烈的菲涅尔反射现象。（注：菲涅耳方程是由法国物理学家奥古斯丁・菲涅耳推导出的一组光学方程，用于描述光在两种不同折射率的介质中传播时的反射和折射。简单的说，就是视线垂直于表面时，反射较弱，而当视线非垂直表面时，夹角越小，反射越明显。如果你看向一个圆球，那圆球中心的反射较弱，靠近边缘较强--引自维基百科）；

2）高光根据头发的形状与走势，形成较碎的高光；

3）头发颜色并不都是一样的，根据区域不同会有不同颜色的头发；

4）毛发拥有不太显著的透光的效果，即SSS效果（注：SSS效果即透光效果，有些物体虽然并不透明，但是会产生光的折射现象。比较明显的例子如：玉石、人体的皮肤）。

动画特征：

毛发运动的特征是是毛发自身不会产生力，所以毛发的动画大多体现在“力”对毛发的影响上。在三维平台环境里，我们称之为动力学，对头发的运动产生影响的力我们称为“力场”。

1）受地球引力的缘故，毛发在保持形状的基础上整体下垂；

2）受风场的影响，毛发会有飘动的效果；

3）受身体的跟随运动影响，毛发会跟随头部运动并产生跟随与重叠效果；

4）毛发会与身体产生碰撞效果，并影响毛发造型。

毛发表现的关键主要体现在以上三个方面：造型的表现、质感的表现以及动画的表现。这三个难点如果单独来看，似乎都可以通过现有的技术手段来实现，但是在创作过程中，如果将他们整合在一起，却有着很大的难度，往往造型合适，但是很难将之动画化，适合动画的毛发在造型以及渲染方面却有着很高的技术难度。

根据上文归纳的特点，我们可以依托三维平台环境，以现有的成熟技术将毛发的制作流程进行总结并归纳出适合不同需要的毛发制作流程。

2 现有毛发制作流程分析

根据现有的技术，毛发的制作可以有多种方法，我们需要对其进行优劣分析并概括出各自特点，并在其基础上总结出最优方案。

2.1 建模+贴图

这是现今最为成熟、应用领域最为广泛的方式。采取手动建模模拟头发的造型，并采用贴图的方式模拟头发的色彩、高光、透明等属性。

优势：这种方法的成本极低，可节省大量的渲染时间，表现效果在可接受范围内。

劣势：造型呆板，难以表现毛发的造型细节。因为采用的是面片建模的方法，导致头发上的高光为片状，难以体现出毛发的高光及菲涅尔等属性。并且在动画上较难控制。

以上特点，决定了这种方法大多用在低成本动画制作中，他的效果不够好，但是可以快速的得到一个可接受的结果。但是不适合表现写实性的毛发，大多用在三维游戏的制作中。

2.2 三维软件平台的动力学模拟

动力学模拟的方式是将来技术发展的趋势，但是现今技术条件下，对创作者的技术要求较高。

优势：效果极为写实，并且毛发本身具备动力学属性，动画模拟方便。

劣势：头发的造型难以控制，只能通过三维平台软件提供的参数进行调整，表现手法受到较大的限制。大大降低了艺术表现的自由度。

以上两种方法是现在常见的头发表现手法，他们各自具备优点，同时在现有技术条件下也存在着难以克服的弊端。

3头发的艺术表现研究

如何克服以上两种毛发制作方法的弊端并将他们的优势吸收进来，是我们要研究的重点，根据以上的特点，我们的基本思路是用手动建模保证头发造型的可控性，并采用动力学毛发的渲染手段，这样可以最大可能的保证艺术上的表现力和自由度。

据此，我们采用三维建模的方法将毛发的大体形态创建出来，效果如图：

创建过程中，须注意的是需按照毛发的走势及层次创建，否则会对后面的工作产生影响.同时注意将毛发分层，按照前文分析，依照基础层、主造型层、碎发层，将毛发创建出。这一步骤的过程，类似素描创作的毛发画法。

这一步骤完成后，我们将模型中的线条提取出来

这些线条将是接下来我们处理毛发的关键，我们可以依照线条走势用动力学的方式将毛发数字化的模拟出来。

4结论

使用建模与毛发模拟的方式虽有渲染速度缓慢，制作难度大等局限，但是在现有手段下，无疑是兼备效果与技术的好的手法.

随着技术的发展，创作者的手段及技法将会越来越多元化，创作中的受到的限制也将越来越少。毛发技术的发展更是让三维创作者从无从下手到如今的可以不受技术限制的专注于毛发的艺术表现力。本文旨在抛砖引玉，希望更多的创作者能够参与讨论并给出更好的解决方案。