關于XGen制作三維角色毛發的分析研究

摘要：隨著時代的發展進步，經濟迅猛發展，科技日新月異，在今天人們對于精神文化娛樂需求，有了更高的追求，影視文化產業逐步深入人心，而動畫這種從小看到大的精神娛樂，更是最為形象、直觀、生動的表現手法，也越來越得到人們的喜愛。從二維動畫到三維動畫，隨著技術的飛速發展，各種絢麗奪目的特效技術應運而生。其中毛發特效技術由于數量多、可變化的參數復雜、難以真實模擬真實世界毛發，一直是三維角色制作的一個技術難點。

關鍵詞：XGen;毛發;角色;maya

在三維動畫電影、動畫片、游戲宣傳動畫、影視廣告、虛擬現實等項目中高質量的三維角色的制作運用了大量的毛發特效技術，如《長發公主》《海洋奇緣》《瘋狂動物城》《熊出沒·狂野大陸》等影片都有高質量毛發的應用。毛發對角色形象的塑造至關重要，但是由于毛發數量龐大、單根毛發又比較細小、紋理結構復雜，使得毛發動畫模擬和渲染都非常耗費時間，制作難度較高。因此，誕生了各種毛發插件，例如Ornatrix、yeti、XGen、Shave等，每款插件都有各自擅長之處，在使用了各種毛發插件后，我認為目前MAYA自帶的毛發插件XGen毛發系統更為方便使用。XGen毛發系統是華特迪士尼動畫工作室開發的一款以任意數量的隨機或均勻放置的基本體填充多邊形網格曲面的幾何體實例化器。XGen不僅是更加便于對毛發的造型控制，在渲染時對于特寫鏡頭的毛發效果也是優于nhair毛發系統的。XGen除了主要用于做頭發、毛發和羽毛外，XGen也可實現快速填充大規模環境，包括草原、森林、巖石地形和地形和碎屑軌跡。

一、XGen制作三維毛發的生產流程

XGen制作毛發，一般是先在模型表面制作引導線，引導線的數量可以比較少，然后對引導線進行梳理、編輯，控制毛發的分布位置、密度、長度、彎曲等形態，使其符合毛發的自然生長形態，然后再賦予毛發材質，最終渲染出成品。

二、XGen制作三維角色毛發

在開始做之前一定要做好文件的工程目錄，XGen對工程目錄要求非常嚴格，必須要創建工程目錄，設置好工程目錄，這樣才能確保能順利完成項目的制作。

（一）制作人物毛發

1.在開始做之前需要確定發型設計稿，然后打開模型，把模型頭頂需要創建頭發的部分復制出來，這里需要注意模型不要有三角形，并且查看UV是否正確。

2.在確定模型沒有問題后，就可以創建新的描述，生成引導線，創建頭發，這里使用的是【樣條線】，這個可以用來做人物角色發型、藤蔓等。引導線的數量、分布、形態和段數都會影響最終毛發的效果，所以在開始創建的時候就要重視。

3.在創建出毛發后可以使用【雕刻導向工具】調整毛發造型，通過給【遮罩】黑白貼圖，控制毛發密度。通過給【區域控制】貼圖，可控制毛發分界線位置。

4.毛發造型的細節調整可以使用【修改器】里的工具，使用哪種工具是根據頭發造型來確定的，同一種工具多次使用，可以調整出多變的發型效果。其中最常用的是【成束】、【切割】和【躁波】，【成束】可以使毛發形成一簇一簇的效果。【切割】可以使毛發發梢部分不要過于整齊，產生碎發效果。【躁波】可以使毛發有凌亂的波紋效果。

（二）制作動物毛發

制作動物毛發比制作人物毛發耗時更長，主要是因為動物不同身體部位毛發的長度和紋理結構各有不同，因此要提前準備好動物各個角度的圖片進行觀察參考，再根據不同部位慢慢梳理毛發。在渲染上動物因為毛發數量巨大，所以渲染時間也會更長。

1.在制作動物毛發時，面數很重要，面數多點，會讓制作更加方便。并且需要確定模型的UV是否正確。檢查清楚是否沒有五邊面，不能有五邊面，可以使用【清理選項】工具，把邊數大于4的面清理掉。因為開始制作后是無法挽救的，所以一開始就要注意。

2.在確定模型沒有問題后，就可以創建新的描述，生成引導線，創建毛發，這里使用【可修飾樣條線】，這個一般用來做動物毛發。

3.創建完毛發后，首先需要觀察動物參考圖，大致確定一個毛發的長度中間值，把【長度】調整好，【采樣值】也需要調整為插值，這樣在后續調整【密度】的時候造型才不會改變。

4.默認情況下創建出的毛發是分布在整個模型上的，但是真實情況是很多地方并不會長毛發，比如嘴唇，口腔，眼睛等這些地方。我們在開始的時候就需要把這些不需要長毛發的面移除掉。選中需要移除毛發的面，然后使用【移除選定面】命令。

5.通過觀察已經發現動物身上每個部位的毛發長度和紋理結構是有區別的，要實現這個效果，可以從【筆刷】欄下選中適合的工具進行造型。里面工具很多，和Shave很類似，修剪梳理毛發特別方便。

三、毛發的材質

在完成角色模型的毛發造型后，我們就需要給毛發添加材質。在這里使用的是Arnold Renderer渲染器。使用的材質球是Arnold材質球。這里主要說的是動物毛發的材質問題。

1.首先模型本身要有紋理貼圖，然后給描述創建新的color屬性，創建貼圖，保存，繪制，進入材質編輯器，給材質球貼上貼圖。再進行保存，繪制，確認模型是否給上貼圖。

2.在【預覽/輸出】里渲染器改為Arnold Renderer。

3.在【基本體顏色】這里改成新創建的屬性名稱

4.在【自定義著色器參數】創建新的color參數名稱，并把內容改成和【基本體顏色】一致。

5.打開材質編輯器創建Ai Standard Hair毛發材質球并賦予給描述，再創建aiUserDataColor，把其【Attribute】內容改為【自定義著色器參數】創建的color參數名稱。

6.再把aiUserDataColor拖拽給毛發材質球的Base Color屬性上。

7.最后給最開始新創建的Color屬性加上gamma校正顏色的表達式，使其顏色正常化。

四、XGen制作的毛發是靜態的，如果想讓XGen制作的毛發具有動態效果，可以使用nHair的動力學曲線模擬動態效果，然后驅動XGen制作的毛發，使XGen制作的毛發具有nHair的動態效果。

五、總結

毛發制作是三維角色制作的一個技術難點，需要有相當的耐心和技巧，同時也需要有對毛發系統的熟悉。通過對XGen制作三維角色毛發的分析研究，發現了很多問題，首先是我們從一開始就應該確保要有設置正確的工程目錄，只有這樣才能確保項目順利進行，還要保證模型是分好UV并且刪除了歷史的，而且最好是多備份文件，盡量不要使用Ctrl+z撤銷命令，并且所有地方不要有中文，這會導致路徑不正確。其次在【樣條線】制作時經常會出現引導線疏密不均勻，上下層之間穿插、形態過于筆直和段數過多形體雜亂這些會影響毛發造型的問題。想要使用XGen做好三維角色的毛發，不是一朝一夕的事，需要不斷地經驗積累，不僅是技術層面上的，藝術修養上也要不斷提升，才能完成優秀的作品。

參考文獻：

[1]?梁峙.中文版Maya 2017技術大全[M].北京：人民郵電出版社，2018年∶746-758

[2]?李曙光.寫實三維角色的毛發制作研究[J].長春師范大學學報，2018，37（10）：46-49.

作者簡介：邱純昕（1987.10—），女，漢族，四川自貢，廣西北海藝術設計學院，本科，專業：藝術設計，研究方向：影視特效。

（作者單位：北海藝術設計學院）