劉　蕤

(湖北科技學(xué)院　藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院，湖北　咸寧　437005)

基于Fumefx的水墨擴(kuò)散動(dòng)畫研究

劉蕤

(湖北科技學(xué)院藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院，湖北咸寧437005)

摘要：水墨動(dòng)畫中虛虛實(shí)實(shí)的意境和輕靈優(yōu)雅的畫面，一直是水墨動(dòng)畫數(shù)字化制作中的難點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，特別是流體軟件的突破，使用數(shù)字化的手段制作水墨動(dòng)畫成為現(xiàn)實(shí)。本文介紹了基于流體插件Fumefx模擬水墨擴(kuò)散動(dòng)畫的方法，旨在為水墨動(dòng)畫制作提供思路和方法。

關(guān)鍵詞：Fumefx；水墨動(dòng)畫；水墨擴(kuò)散

20世紀(jì)60年代到80年代末，中國動(dòng)畫人創(chuàng)造了風(fēng)格獨(dú)特的水墨動(dòng)畫。它將中國的民族特性與動(dòng)畫媒介相結(jié)合，形成了特有的動(dòng)畫表現(xiàn)形式，滲透出深厚的民族文化底蘊(yùn)，為中國動(dòng)畫在國際上贏得非常高的贊譽(yù)，奠定了“中國學(xué)派”動(dòng)畫的基礎(chǔ)。然而到20世紀(jì)90年代后，水墨動(dòng)畫并未隨著中國社會(huì)的變革而發(fā)展，而是陷入了停滯狀態(tài)，提起中國水墨動(dòng)畫都是以往的輝煌。

隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，特別是三維數(shù)字動(dòng)畫短片《夏》的實(shí)驗(yàn)成功，水墨動(dòng)畫開始煥發(fā)新的活力，喚醒了國人心中沉睡已久的水墨動(dòng)畫情懷。近年來，水墨元素更是被大量運(yùn)用在電視廣告、游戲過場(chǎng)CG、欄目片頭中。水墨動(dòng)畫的表現(xiàn)形式也有了新突破，水墨的擴(kuò)散特效便是其中之一。在水墨動(dòng)畫制作中，要實(shí)現(xiàn)水墨擴(kuò)散的效果一般有兩種方法：一種是基于物理仿真的實(shí)拍的方法，另外一種是基于計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)的非物理仿真方法。前者是搭建玻璃水箱場(chǎng)景，布置燈光，將墨水滴入水箱中，然后使用高速攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，最后再進(jìn)行后期剪輯合成。這種實(shí)拍方式的優(yōu)點(diǎn)是效果非常真實(shí)，但是在表現(xiàn)效果上有非常大的局限性，很難讓墨水隨心所欲的流動(dòng)，一些現(xiàn)實(shí)中不存在的波瀾壯闊的大場(chǎng)景也無法實(shí)現(xiàn)，需要得到理想的水墨效果還需要反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。后者通過計(jì)算機(jī)圖形圖像軟件制作的方式表現(xiàn)主題，這種方法幾乎可以表現(xiàn)任何效果，而且制作周期短，設(shè)備簡(jiǎn)單，往往只需要幾臺(tái)硬件較好的電腦就可以制作。目前模擬水墨擴(kuò)散的效果使用較多的有Maya的流體和3Ds max的插件Fumefx，Maya的流體較難控制，F(xiàn)umefx則較為簡(jiǎn)單，并且模擬非常真實(shí)。

一、Fumefx簡(jiǎn)介

Fumefx是一款十分強(qiáng)大的基于3Ds max的流體動(dòng)力學(xué)插件，最新的版本為3.5.1，它可以模擬出真實(shí)的火、煙及爆炸等常見的氣體現(xiàn)象，與其它的流體插件相比，F(xiàn)umefx不僅能很好的模擬出復(fù)雜流體的運(yùn)動(dòng)，還能考慮到物理學(xué)中溫度、重力、燃料等因素對(duì)模擬效果的影響，它是建立在模擬真實(shí)的流體運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上的插件，而其他流體插件是建立在粒子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，難以控制且渲染需要耗費(fèi)大量時(shí)間。Fumefx在3Ds Max中由以下4個(gè)部分組成：

1．柵格(Fumefx Grid)

它是Fumefx系統(tǒng)的核心部分，在這里可以添加物體、粒子系統(tǒng)、力和源，進(jìn)行運(yùn)算和最終的渲染。創(chuàng)建完成后為長(zhǎng)方體，在場(chǎng)景中以黃色線框的形態(tài)展現(xiàn)，所有的煙、火特效將只能在柵格內(nèi)模擬，并且Fumefx是建立在物理模擬基礎(chǔ)上，所以需設(shè)置好柵格的大小，柵格中可以看到簡(jiǎn)化粒子后的模擬形態(tài)。當(dāng)Fumefx安裝成功后，可以在3Ds Max“創(chuàng)建”面板中“標(biāo)準(zhǔn)基本體”下拉列表中選擇“Fumefx”來拖拽創(chuàng)建柵格。

2．源輔助對(duì)象(Fumefx Source)

它是模擬的流體發(fā)射源，如不創(chuàng)建源，F(xiàn)umefx網(wǎng)格中將不會(huì)有任何運(yùn)算。源輔助對(duì)象分為簡(jiǎn)單源(simple Src)、對(duì)象源(Object Src)和粒子源(Particle Src)三種方式，其中，簡(jiǎn)單源是最基本的流體發(fā)射器，它直接向柵格內(nèi)發(fā)射粒子；對(duì)象源和粒子源則是以物體和粒子作為流體發(fā)射的載體，它可以實(shí)現(xiàn)特效師天馬行空的想法。而空間中的重力產(chǎn)生的方向由重力矢量(Gravity Vector)模擬，它可以隨意改變流體發(fā)射的方向，甚至可以制作出奇特的反重力特效，如需制作出更快速流動(dòng)特效，可以在場(chǎng)景中創(chuàng)建風(fēng)場(chǎng)對(duì)流體的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加速，并將方向與重力方向相同即可。

3．浮動(dòng)面板(Fumefx UI floating dialog)

當(dāng)設(shè)置好柵格尺寸，選擇合適的源(Sources)對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行驅(qū)動(dòng)模擬后，就需要對(duì)模擬進(jìn)行設(shè)置了，這需要在Fumefx浮動(dòng)面板中進(jìn)行定義和參數(shù)調(diào)整，在這里可以將源加入模擬引擎，存儲(chǔ)模擬數(shù)據(jù)到外部路徑，調(diào)整煙火的外觀和濃度，設(shè)置燈光照明等。

4．交互式預(yù)覽窗口(Interactive Preview Window)

使用者可以在預(yù)覽窗口中快速預(yù)覽效果，并且可以實(shí)時(shí)觀察到調(diào)整參數(shù)后的結(jié)果，通過預(yù)覽窗口可以調(diào)試各項(xiàng)參數(shù)，它以高質(zhì)量草圖方式交互地顯示模擬結(jié)果，不需要進(jìn)行不斷的渲染測(cè)試。

二、Fumefx制作水墨擴(kuò)散的過程

1．創(chuàng)建柵格

Fumefx中制作水墨流動(dòng)效果，首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)Fumefx柵格，所有的模擬都將在柵格中進(jìn)行，柵格越大則分辨率越高，但柵格過大會(huì)減慢預(yù)覽的速度，也會(huì)減緩渲染速度。如計(jì)算機(jī)硬件配置難以支撐較大場(chǎng)景的渲染，可以采用將場(chǎng)景按其在畫面中前、中、后的位置單獨(dú)制作柵格渲染輸出，此方法雖然需要花費(fèi)更多的精力與時(shí)間，但是為后期合成提供了極大的便利，在后期中可以分層調(diào)節(jié)。

2 .“簡(jiǎn)單源”與“重力”的建立

在場(chǎng)景中創(chuàng)建“簡(jiǎn)單源”為流體發(fā)射器，將其箭頭方向調(diào)整至往下發(fā)射，并放置在柵格內(nèi)的頂部位置。在場(chǎng)景中創(chuàng)建“重力”，將其箭頭方向調(diào)整至向上，“重力”可在場(chǎng)景中任意放置，它的位置對(duì)運(yùn)算結(jié)果無任何影響，它可以模擬真實(shí)物理世界中的重力，創(chuàng)造出水墨從高處往低處流動(dòng)的特效。

3．Fumefx UI基本設(shè)置

在修改面板中激活Fumefx UI浮動(dòng)面板，該面板為Fumefx中最重要的參數(shù)面板。在使用Fumefx時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的臨時(shí)文件，需要占用較大的硬盤空間，在使用前先將輸出路徑、臨時(shí)文件路徑分配至較大硬盤分區(qū)，以免預(yù)覽過程中硬盤空間不足，設(shè)置完成后需要退出后再進(jìn)入軟件，所有設(shè)置才能生效。

4．水墨擴(kuò)散效果的模擬

(1)“常規(guī)”選項(xiàng)卡中的參數(shù)設(shè)置： “間距”設(shè)置為10mm，該參數(shù)決定像素的大小，值越低則越精細(xì)，所消耗的時(shí)間也越久，在測(cè)試時(shí)可將該參數(shù)調(diào)大，渲染輸出前再調(diào)整成精細(xì)值。“靈敏度”為1，該參數(shù)越大則柵格包裹物體越緊。

(2)“模擬”選項(xiàng)卡中參數(shù)設(shè)置：本文中只介紹水墨效果的模仿，所以關(guān)閉“燃料”卷展欄中的“燃料模擬”，只模擬“煙”的效果，而水墨擴(kuò)散的效果與煙的效果類似。

(3)“渲染”選項(xiàng)卡中參數(shù)設(shè)置：關(guān)閉“火”卷展欄中的“火”的渲染。

(4)“照明”選項(xiàng)卡中參數(shù)設(shè)置：在“照明參數(shù)”下的“光源”中需拾取光源，如不拾取3Ds Max的光源不會(huì)對(duì)流體產(chǎn)生效果。

(5)“物體/源”選項(xiàng)卡中參數(shù)設(shè)置：在“物體”卷展欄中拾取創(chuàng)建的“簡(jiǎn)單源”和“重力”，否則Fumefx將不會(huì)進(jìn)行模擬，并對(duì)“簡(jiǎn)單源參數(shù)”卷展欄下的“煙”進(jìn)行制作關(guān)鍵幀，打開“自動(dòng)關(guān)鍵點(diǎn)”，在起始幀0幀時(shí)將“數(shù)量”設(shè)置為4，在結(jié)束幀時(shí)設(shè)置為0，這樣就會(huì)產(chǎn)生煙由開始出現(xiàn)的高濃度變?yōu)榈蜐舛?，最終消失的關(guān)鍵幀動(dòng)畫。如需制作水墨遇到物體時(shí)擴(kuò)散的效果，可以拾取物體模型，該設(shè)置將會(huì)使模擬的煙從上方流下，在接觸到物體模型時(shí)會(huì)順著物體形狀流下。

(6)打開Fumefx UI面板中的輸出預(yù)覽面板，對(duì)畫面生成預(yù)覽，此時(shí)的效果與水墨效果還相去甚遠(yuǎn)，需要對(duì)部分參數(shù)做一定修改。將場(chǎng)景環(huán)境改為白色，在Fumefx UI面板中“渲染”卷展欄中將“環(huán)境顏色”改為白色，將“煙霧顏色”改為黑色。再次進(jìn)行預(yù)覽，效果已經(jīng)接近水墨效果，但是細(xì)節(jié)部分還有欠缺。

(7)在Fumefx UI面板中，將“模擬”卷展欄下的“重力”適當(dāng)加大，并調(diào)節(jié)“擾亂”數(shù)值，使煙霧產(chǎn)生不規(guī)則紊亂的效果。在“流體貼圖”中勾選“流體貼圖”，在“渲染”卷展欄下的“貼圖來源”中改為“流體貼圖”，并為“貼圖”貼入“Noise”(噪波)貼圖，打開“材質(zhì)編輯器”，將貼圖以“實(shí)例”的方式在“材質(zhì)編輯器”中進(jìn)行修改，將“噪波參數(shù)”中的“噪波類型”改為“湍流”，“級(jí)別設(shè)置為5，交換黑白兩色，調(diào)整“高”值為0.25，“低”值為0.19。勾選“煙”卷展欄下的“透視陰影”與“接收陰影”。

(8)“渲染”選項(xiàng)卡中的參數(shù)調(diào)整可以在預(yù)覽窗口中進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)而不需要重新進(jìn)行生成預(yù)覽，當(dāng)生成預(yù)覽后可將攝像機(jī)視圖分辨率按最終輸出尺寸的像素比例縮小后進(jìn)行渲染，可減少渲染時(shí)間，以便反復(fù)修改參數(shù)，表現(xiàn)出更加真實(shí)的水墨效果。最終渲染時(shí)，在Fumefx UI面板中“常規(guī)”選項(xiàng)卡中的“間距”數(shù)值設(shè)置為較低數(shù)值，在“模擬”選項(xiàng)卡中將“質(zhì)量”設(shè)置為高數(shù)值，這樣就能渲染出高質(zhì)量的序列幀。

(9)當(dāng)所有場(chǎng)景生成預(yù)覽，確認(rèn)無誤后即可進(jìn)行最終的渲染。在3Ds Max的渲染設(shè)置面板中將分辨率設(shè)置為最終渲染的像素尺寸，并設(shè)置輸出圖片路徑，輸出的文件通常使用 TGA格式，并將圖片改成帶有Alpha通道的32位圖將序列幀導(dǎo)入到后期軟件中可自動(dòng)屏蔽背景，便于后期的合成制作。檢查設(shè)置完成后即可進(jìn)行最終的渲染輸出。

三、Fumefx制作水墨擴(kuò)散的技巧

1.大氣效果

要制作出更為逼真的水墨效果，需激活大氣效果(Atmosphere Shadow)，該選項(xiàng)能模擬出水墨的體積感，豐富水墨在空間中的層次感。

2.材質(zhì)貼圖

在貼圖中，噪波(noise)的材質(zhì)貼圖提供有三種噪波形態(tài)選擇，它將直接影響到水墨的形態(tài)，且噪波的頻率大小及噪波大小均會(huì)影響到最終的效果，在制作時(shí)需根據(jù)場(chǎng)景的大小進(jìn)行調(diào)試才能得出理想的數(shù)值；在噪波的效果中，發(fā)射源也會(huì)受到噪波貼圖的影響，因此在設(shè)置攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)需避開發(fā)射源；不透明度的調(diào)整對(duì)水墨形態(tài)的通透性產(chǎn)生影響，透明度會(huì)影響水墨最外層至最里層的層次感，需通過預(yù)覽后反復(fù)調(diào)節(jié)以達(dá)到理想效果。

3.參數(shù)敏感度

Fumefx在對(duì)物體進(jìn)行解算的過程中，較多參數(shù)的閾值十分敏感，且會(huì)對(duì)水墨的運(yùn)動(dòng)及形態(tài)產(chǎn)生極大的影響，而它們又是表現(xiàn)水墨效果是否真實(shí)的關(guān)鍵，在調(diào)節(jié)時(shí)需加倍耐心調(diào)試。如噪波(noise)和擾亂(turbulence)對(duì)水墨的運(yùn)動(dòng)方式產(chǎn)生極大的影響；速度阻尼(Velocity Damping)則控制水墨流動(dòng)的速度，只有在合適的數(shù)值下才能產(chǎn)生流暢的效果。

4.細(xì)膩度

要達(dá)到更細(xì)膩的水墨效果，還可以在Fumefx運(yùn)算完成后使用3ds Max的PF粒子來驅(qū)動(dòng)Fumefx流體，水墨特效的細(xì)膩程度由PF粒子的數(shù)量決定，數(shù)量越大效果越好，所需的時(shí)間也會(huì)越久。最后還可以配合使用插件Krakatoa粒子加速器來生成上百萬到上億的粒子，該方法雖然能制作出更加逼真、震撼的水墨特效，但是對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求較高，且需耗費(fèi)大量渲染時(shí)間。

四、結(jié)語

以Fumefx制作水墨動(dòng)畫，不僅豐富了數(shù)字動(dòng)畫領(lǐng)域的視覺表達(dá)方式，同時(shí)也拓寬了中國水墨動(dòng)畫在新技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展空間，使高新技術(shù)能更好的服務(wù)于中國傳統(tǒng)水墨畫藝術(shù)，用藝術(shù)來驅(qū)動(dòng)技術(shù)。對(duì)于數(shù)字動(dòng)畫技術(shù)應(yīng)該讓其為我們的藝術(shù)創(chuàng)作服務(wù)，更好的去表現(xiàn)我國傳統(tǒng)藝術(shù)的魅力。

參考文獻(xiàn):

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文章編號(hào)：2095-4654(2016)03-0111-03

* 收稿日期：2015-12-08

中圖分類號(hào)：TP317.48

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A