Грум и его симуляция в компьютерной графике
Визуальная достоверность волос в анимации формируется двумя ключевыми этапами: качественным грумингом (формирование базовой геометрии прядей) и надёжной динамической симуляцией. Ниже рассмотрены примеры из известных 3D-мультфильмов, иллюстрирующие различные подходы к созданию волос и их анимации.
«Рапунцель: Запутанная история» (Tangled, Disney, 2010) Пионерский проект Disney демонстрирует уникальный комбинированный пайплайн:
Грум: более 100 000 направляющих (guides) разбиты на группы «основные пряди» и «мелкий пушок». Guides строились сплайнами с учётом толщины и жесткости на разных участках длины.
Симуляция: кастомный модуль Disney’s Hair Simulation, основанный на массо-пружинной модели, учитывающий упругость и демпфинг в реальном времени. Для устранения самопроникновения вводились «скрытые коллизионные объёмы» вокруг персонажа.
Симуляция волос. «Рапунцель: Запутанная история». 2010. Walt Disney Animation Studios
Симуляция волос. «Рапунцель: Запутанная история». 2010. Walt Disney Animation Studios
Симуляция волос. «Рапунцель: Запутанная история». 2010. Walt Disney Animation Studios
Симуляция волос. «Рапунцель: Запутанная история». 2010. Walt Disney Animation Studios
Симуляция волос. «Рапунцель: Запутанная история». 2010. Walt Disney Animation Studios
Плавная, но контролируемая анимация длинных волос, с чёткой передачей массы и инерции, особенно заметной при быстром движении Рапунцель на лошади.
Симуляция волос. «Рапунцель: Запутанная история». 2010. Walt Disney Animation Studios
Симуляция волос. «Рапунцель: Запутанная история». 2010. Walt Disney Animation Studios
«Суперсемейка» (The Incredibles, Pixar, 2004)
Грум: упрощённая блочная сетка волос с минимальным числом guides (около 50 000). Основная задача — стилизованная, «мультяшная» форма, а не фотореализм.
Симуляция: использован внутренний solver Pixar, приближённый к пружинно-массовой системе, с низким разрешением сетки для ускорения расчётов.
«Суперсемейка» (The Incredibles, Pixar, 2004)
«Суперсемейка» (The Incredibles, Pixar, 2004)
«Суперсемейка» (The Incredibles, Pixar, 2004)
«Суперсемейка» (The Incredibles, Pixar, 2004)
«Суперсемейка» (The Incredibles, Pixar, 2004)
«Суперсемейка» (The Incredibles, Pixar, 2004)
Волосы выглядят графично, подчёркнуто упрощенно, но при этом естественно реагируют на движения головы и экшн-сцены, сохраняя стилизацию.
«Суперсемейка» (The Incredibles, Pixar, 2004)
«Суперсемейка» (The Incredibles, Pixar, 2004)
«Зверополис» (Zootopia, Disney, 2016)
Грум: гибридный подход — процедурно сгенерированные волосы для фона (группа зайцев, овец) и ручная проработка для главных героев (Джуди Хоппс, Ник Уайлд). Guides для персонажей включали до 150 000 кривых.
Симуляция: Houdini FX с кастомными силами вязкости и трения, позволяющими шерсти персонажей «прилипать» друг к другу в движении, что особенно важно для короткой, плотной шерсти.
«Зверополис» (Zootopia, Disney, 2016)
«Зверополис» (Zootopia, Disney, 2016)
«Зверополис» (Zootopia, Disney, 2016)
«Зверополис» (Zootopia, Disney, 2016)
Шерсть Джуди выглядит реалистично при сгибании ушей и наклонах головы, а у Ника Уайлда хорошо читается объём и направление волосинок в момент бега.
«Зверополис» (Zootopia, Disney, 2016)
«Зверополис» (Zootopia, Disney, 2016)
Анализ показывает, что выбор инструментов и подходов к созданию волос в анимации напрямую зависит от стилистики проекта, что подчеркивает разнообразие и многогранность современных технологий. В случае фотореалистичных проектов, таких как «Tangled» и «Frozen», предпочтение отдается комбинированным груминг-системам, которые в сочетании с продвинутыми солверами, такими как Vellum и кастомные решения, позволяют добиться невероятной детализации и реалистичности.
«Холодное сердце 2» (2019)
«Холодное сердце 2» (2019)
Для стилизованных анимаций, как в «Incredibles», акцент смещается на минимальное количество направляющих и упрощенную физику, что обеспечивает необходимую скорость и легкость в создании образов. В гибридных проектах, таких как «Zootopia», используется процедурный груминг для массовых персонажей, что позволяет эффективно управлять большим количеством объектов, в то время как ручная доработка применяется для ключевых героев, придавая им уникальность и характер.
«Зверополис» (Zootopia, Disney, 2016)
Ключевой рекомендацией для создания рабочего пайплайна становится гармоничное сочетание процедурного и ручного груминга, что позволяет максимально эффективно использовать возможности каждого подхода. Выбор подходящего солвера, такого как Vellum и в Houdini для сложных поведений пушковых систем, а также nHair в XGen для интеграции в Maya-пайплайн при строгих контрольных сценариях, становится основой для достижения высококачественных результатов в анимации. Таким образом, исследование подчеркивает важность адаптации инструментов к специфике проекта, что открывает новые горизонты для творчества и инноваций в области визуальных эффектов.
«Холодное сердце 2» (2019)
