摘 要：定格和三維流體動(dòng)畫都是三維動(dòng)畫的一個(gè)重要組成部分。實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫模擬相融合是一般動(dòng)畫項(xiàng)目中遇到的特殊困難和瓶頸，將三維流體動(dòng)畫和定格動(dòng)畫進(jìn)行合成制作，提出基于流體插件體系解決如何把生成的三維流體動(dòng)畫運(yùn)用到定格動(dòng)畫中的方法。為三維動(dòng)畫之間的模擬合成探索新的視覺藝術(shù)形式尋求了技術(shù)的突破。

關(guān)鍵詞：模擬；合成；流體插件；三維流體水；定格動(dòng)畫

中圖分類號(hào)：TP391.41

在三維動(dòng)畫技術(shù)飛速發(fā)展的今天，基于流體插件模擬流體動(dòng)畫的方法是新穎的研究課題，新的三維流體動(dòng)畫制作技術(shù)確實(shí)讓電影、動(dòng)畫和游戲受益匪淺，但如果將三維流體動(dòng)畫和定格動(dòng)畫進(jìn)行合成制作，三維流體動(dòng)畫便陷入了技術(shù)同質(zhì)化的尷尬[1]。通過基于流體插件體系解決把生成的三維流體動(dòng)畫運(yùn)用到定格動(dòng)畫中的方法，可實(shí)現(xiàn)三維流體動(dòng)畫和定格動(dòng)畫之間的模擬合成，探索新的視覺藝術(shù)形式尋求技術(shù)的突破，可以有效地提高了三維動(dòng)畫的制作效率并減少成本。

1 三維流體動(dòng)畫的問題描述和分類

常見的自然低速流現(xiàn)象有煙霧與云彩、燃燒與爆炸、水流與海洋等，這些問題本身并不孤立存在，然而，通過三維軟件對(duì)這些自然流體動(dòng)畫模擬再現(xiàn)時(shí)，由于流體自身的介質(zhì)不同，如對(duì)于煙霧、火焰等現(xiàn)象的模擬，視覺效果只是與密度場(chǎng)和溫度場(chǎng)相關(guān)，我們關(guān)注的是體的問題[2]；而對(duì)于液體流動(dòng)，則需要通過解算器去求解其自由表面，才能將其與周圍的環(huán)境分開。所以在進(jìn)行三維流體動(dòng)畫創(chuàng)作時(shí)，不同流體插件之間的模擬功能也是不相同的，必須有針對(duì)性地選擇插件進(jìn)行流體動(dòng)畫模擬。

2 三維流體水的藝術(shù)化繪制

本文主要研究《東施效顰》項(xiàng)目中西施浣紗和越王遇東施的鏡頭全部都要用到河水流體動(dòng)畫，并在后期處理中，進(jìn)行摳像合成和特效處理。西施浣紗過程中，“紗”不小心落入水中，向右方向移動(dòng)，所以基本流動(dòng)方向有了確定，觀看鏡頭序列幀，“紗”以12幀/每秒的流動(dòng)速度，存在了3.2秒鐘，也就是說，在3.2秒內(nèi)，河水的涌動(dòng)速度必須保證和紗的流動(dòng)速度是同步的，且河水同樣受到暖色調(diào)的影響。

2.1 基于Real Flow三維流體水的近似建模

通過波浪自定義腳本實(shí)現(xiàn)模型創(chuàng)建后，涌動(dòng)型波浪（Wave）的關(guān)聯(lián)屬性主要有以下幾個(gè)方面：通過涌動(dòng)角“控點(diǎn)”振蕩的方向。默認(rèn)方向是0（度），振蕩引起波浪發(fā)生橫向運(yùn)動(dòng)。如果設(shè)置涌動(dòng)角為90，波浪則基本上只停留在原地上下起伏。Octaves（浪數(shù)）值越大，浪越多、越碎小。Slope（坡度）值越大，每個(gè)浪的斜面越陡，整體看起來，波峰波谷越分明。Fractal Speed（涌速）是振蕩的速度，模擬出河水的波動(dòng)速度和擴(kuò)散速度[3]。

為了實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目場(chǎng)景中的河水流體動(dòng)畫模型創(chuàng)建，依照前文技術(shù)理論依據(jù)，對(duì)默認(rèn)的腳本語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)置，通過E盤Real Flow的script文件夾下，找到rw_scripted文件夾，有一組事先通過電影截取的河水圖片序列，序列編號(hào)前全部去掉0，如果設(shè)置為01、02、03…，將不能模擬創(chuàng)建模型。項(xiàng)目中圖片序列是從0開始的，格式為“.tga”，所以frame后面的+1就不要了，它是來指示當(dāng)前的時(shí)間幀，F(xiàn)ile Path實(shí)現(xiàn)了模擬河水動(dòng)畫原始序列文件路徑，更改為E：/Real Flow/script/rw_scripted/raver_dsxp，模擬幀數(shù)都設(shè)置了150。

2.2 三維流體水模擬材質(zhì)渲染

將從Real Flow中輸出的Meshes序列文件導(dǎo)入到3d Max中，打開Dream Scape流體插件，在場(chǎng)景中創(chuàng)建一盞Dream Scape類型的燈光，4盞3d Max內(nèi)置Torus環(huán)境光，并調(diào)整燈光照射位置。為了更好地烘托出河水的暖色基調(diào)和涌動(dòng)真實(shí)性，項(xiàng)目在模型下方創(chuàng)建了河床模型并進(jìn)行了材質(zhì)貼圖。

為項(xiàng)目河水賦予材質(zhì)，打開材質(zhì)編輯器，創(chuàng)建Blinn材質(zhì)球，單擊Standard按鈕，在彈出的Material/Map Browser（材質(zhì)/貼圖瀏覽器）對(duì)話框里選擇Ocean材質(zhì)，將材質(zhì)賦予給河水模型。Specular Level（鏡面色階）和Glossiness（光澤度）分別調(diào)整為200和90。對(duì)Maps卷展欄下的Diffuse Color（慢反色）、Opacity（不透明）、Bump（位圖）和Reflection（反射）分別進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

創(chuàng)建攝像機(jī)并調(diào)整好視圖，通過VRAY渲染器和Brazil巴西渲染器分別對(duì)制作完成的河水進(jìn)行渲染（圖1和圖2）。

可見兩種渲染器的渲染結(jié)果差異很大，和參照流體插件優(yōu)化法中的渲染優(yōu)化法結(jié)論是完全相同的，前者速度較快，但可以清晰地看到右側(cè)浪面泡沫高光過于凸顯，與河水形成強(qiáng)烈對(duì)比，不夠真實(shí)。后者渲染速度雖然十分緩慢，但更加柔和真實(shí)，真正意義上達(dá)到了高仿真流體的效果。

基于流體插件簡(jiǎn)控法、加速法、優(yōu)化法及問題研究分類[4]，通過Real Flow波浪自定義腳本技術(shù)和Dream Scape流體插件與3d Max結(jié)合運(yùn)用，能夠很好地提高流體動(dòng)畫的制作效率，可以有效地實(shí)現(xiàn)高仿真流體的制作，流體插件渲染優(yōu)化法的運(yùn)用[5]，對(duì)最終實(shí)現(xiàn)三維流體動(dòng)畫的效果有決定性影響。

3 模擬合成場(chǎng)景動(dòng)畫

3.1 Primatte和Color Key實(shí)現(xiàn)背景摳像

實(shí)現(xiàn)三維流體動(dòng)畫的最終合成制作，下面是《東施效顰》其中一個(gè)合成制作分鏡的實(shí)驗(yàn)分析：

（1）要實(shí)現(xiàn)合成制作，就必須對(duì)定格藍(lán)布背景進(jìn)行摳像處理，《東施效顰》中使用了Primatte KeyerPro 4.0和Color Key實(shí)現(xiàn)背景摳像。

（2）從After Effects菜單欄中找到Primatte KeyerPro插件，運(yùn)用Effect Controls（特效控制界面），選擇Selection下的CLEAN BG，在選擇Base Color Sample后面的吸管選項(xiàng)在視窗中對(duì)藍(lán)色河水背景進(jìn)行拖動(dòng)。

（3）從Effect菜單欄下選擇Color Key插件，把Color Tolerance參數(shù)設(shè)置為10，Edge Thin設(shè)置為1，Edge Feather設(shè)置為1.5，使用吸管工具對(duì)圖3中的黑色部分繼續(xù)吸取，還是不能夠完全去除黑色部分（圖4）。

（4）因前期拍攝的色彩反差較大，背景出現(xiàn)了從淡藍(lán)到黑色的過度，所以為了解決這一問題，重復(fù)了上圖對(duì)Color Key插件再進(jìn)行2次選擇運(yùn)用，即3次重復(fù)使用Color Key插件進(jìn)行多次摳像處理。

（5）使得背景雜點(diǎn)去除的干凈，項(xiàng)目添加了Matte Choker插件，來進(jìn)行點(diǎn)和邊緣最大模糊處理，Geometric Softness參數(shù)設(shè)置為11，Choke1和Choke2分別設(shè)置為55%和-16，Iterations參數(shù)設(shè)置為1，將Primatte KeyerPro插件界面下的Spill Killer下的Range參數(shù)值設(shè)置為80%。河水藍(lán)背景已經(jīng)清楚干凈。

3.2 基于Steady Move和ZaxWerks插件的模擬合成

播放序列幀動(dòng)畫，會(huì)發(fā)現(xiàn)多處關(guān)鍵幀畫面有抖動(dòng)現(xiàn)象，為了使將導(dǎo)入的河水流體動(dòng)畫序列能夠和定格畫面產(chǎn)生無縫銜接，為了防止一邊抖動(dòng)，一邊靜止的現(xiàn)象產(chǎn)生，使用了Effect菜單下的Steady Move插件，將Smoothing參數(shù)設(shè)置為50，Max Correction設(shè)置為7.0。這樣可以有效地防止定格動(dòng)畫因拍攝而產(chǎn)生的抖動(dòng)現(xiàn)象，使得畫面平穩(wěn)播放[6]。導(dǎo)入制作完成的河水流體動(dòng)畫序列圖，進(jìn)行播放預(yù)覽，畫面十分流暢，場(chǎng)景中添加一些花草模型，讓畫面內(nèi)容變得豐富，最后通過ZaxWerks插件調(diào)整統(tǒng)一整個(gè)分鏡的色調(diào)，最終完成了制作（圖5）。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)

本文通過三維定格的實(shí)景拍攝和高度仿真流體實(shí)現(xiàn)仿真現(xiàn)實(shí)的合成制作，是新的三維動(dòng)畫視覺藝術(shù)效果形式。在Primatte KeyerPro和Color Key摳像插件以及輔助插件的技術(shù)支持下，三維流體動(dòng)畫完全可以實(shí)現(xiàn)與定格動(dòng)畫的合成制作，大大提高了“河水”的制作效率，并實(shí)現(xiàn)了藝術(shù)化風(fēng)格流體“河水”的制作，拓展了三維流體動(dòng)畫在定格動(dòng)畫中應(yīng)用的新視覺藝術(shù)效果。

參考文獻(xiàn)：

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[6]J.R.Grace，M.E.Weber.Bubbles，Drops and Particels，Academic Press，London，2005.

作者簡(jiǎn)介：余洋（1986-），男，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：視覺文化藝術(shù)、影視傳媒動(dòng)畫。

作者單位：江蘇理工學(xué)院藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇常州 213001