关于XGen制作三维角色毛发的分析研究

摘要：随着时代的发展进步，经济迅猛发展，科技日新月异，在今天人们对于精神文化娱乐需求，有了更高的追求，影视文化产业逐步深入人心，而动画这种从小看到大的精神娱乐，更是最为形象、直观、生动的表现手法，也越来越得到人们的喜爱。从二维动画到三维动画，随着技术的飞速发展，各种绚丽夺目的特效技术应运而生。其中毛发特效技术由于数量多、可变化的参数复杂、难以真实模拟真实世界毛发，一直是三维角色制作的一个技术难点。

关键词：XGen;毛发;角色;maya

在三维动画电影、动画片、游戏宣传动画、影视广告、虚拟现实等项目中高质量的三维角色的制作运用了大量的毛发特效技术，如《长发公主》《海洋奇缘》《疯狂动物城》《熊出没·狂野大陆》等影片都有高质量毛发的应用。毛发对角色形象的塑造至关重要，但是由于毛发数量庞大、单根毛发又比较细小、纹理结构复杂，使得毛发动画模拟和渲染都非常耗费时间，制作难度较高。因此，诞生了各种毛发插件，例如Ornatrix、yeti、XGen、Shave等，每款插件都有各自擅长之处，在使用了各种毛发插件后，我认为目前MAYA自带的毛发插件XGen毛发系统更为方便使用。XGen毛发系统是华特迪士尼动画工作室开发的一款以任意数量的随机或均匀放置的基本体填充多边形网格曲面的几何体实例化器。XGen不仅是更加便于对毛发的造型控制，在渲染时对于特写镜头的毛发效果也是优于nhair毛发系统的。XGen除了主要用于做头发、毛发和羽毛外，XGen也可实现快速填充大规模环境，包括草原、森林、岩石地形和地形和碎屑轨迹。

一、XGen制作三维毛发的生产流程

XGen制作毛发，一般是先在模型表面制作引导线，引导线的数量可以比较少，然后对引导线进行梳理、编辑，控制毛发的分布位置、密度、长度、弯曲等形态，使其符合毛发的自然生长形态，然后再赋予毛发材质，最终渲染出成品。

二、XGen制作三维角色毛发

在开始做之前一定要做好文件的工程目录，XGen对工程目录要求非常严格，必须要创建工程目录，设置好工程目录，这样才能确保能顺利完成项目的制作。

（一）制作人物毛发

1.在开始做之前需要确定发型设计稿，然后打开模型，把模型头顶需要创建头发的部分复制出来，这里需要注意模型不要有三角形，并且查看UV是否正确。

2.在确定模型没有问题后，就可以创建新的描述，生成引导线，创建头发，这里使用的是【样条线】，这个可以用来做人物角色发型、藤蔓等。引导线的数量、分布、形态和段数都会影响最终毛发的效果，所以在开始创建的时候就要重视。

3.在创建出毛发后可以使用【雕刻导向工具】调整毛发造型，通過给【遮罩】黑白贴图，控制毛发密度。通过给【区域控制】贴图，可控制毛发分界线位置。

4.毛发造型的细节调整可以使用【修改器】里的工具，使用哪种工具是根据头发造型来确定的，同一种工具多次使用，可以调整出多变的发型效果。其中最常用的是【成束】、【切割】和【躁波】，【成束】可以使毛发形成一簇一簇的效果。【切割】可以使毛发发梢部分不要过于整齐，产生碎发效果。【躁波】可以使毛发有凌乱的波纹效果。

（二）制作动物毛发

制作动物毛发比制作人物毛发耗时更长，主要是因为动物不同身体部位毛发的长度和纹理结构各有不同，因此要提前准备好动物各个角度的图片进行观察参考，再根据不同部位慢慢梳理毛发。在渲染上动物因为毛发数量巨大，所以渲染时间也会更长。

1.在制作动物毛发时，面数很重要，面数多点，会让制作更加方便。并且需要确定模型的UV是否正确。检查清楚是否没有五边面，不能有五边面，可以使用【清理选项】工具，把边数大于4的面清理掉。因为开始制作后是无法挽救的，所以一开始就要注意。

2.在确定模型没有问题后，就可以创建新的描述，生成引导线，创建毛发，这里使用【可修饰样条线】，这个一般用来做动物毛发。

3.创建完毛发后，首先需要观察动物参考图，大致确定一个毛发的长度中间值，把【长度】调整好，【采样值】也需要调整为插值，这样在后续调整【密度】的时候造型才不会改变。

4.默认情况下创建出的毛发是分布在整个模型上的，但是真实情况是很多地方并不会长毛发，比如嘴唇，口腔，眼睛等这些地方。我们在开始的时候就需要把这些不需要长毛发的面移除掉。选中需要移除毛发的面，然后使用【移除选定面】命令。

5.通过观察已经发现动物身上每个部位的毛发长度和纹理结构是有区别的，要实现这个效果，可以从【笔刷】栏下选中适合的工具进行造型。里面工具很多，和Shave很类似，修剪梳理毛发特别方便。

三、毛发的材质

在完成角色模型的毛发造型后，我们就需要给毛发添加材质。在这里使用的是Arnold Renderer渲染器。使用的材质球是Arnold材质球。这里主要说的是动物毛发的材质问题。

1.首先模型本身要有纹理贴图，然后给描述创建新的color属性，创建贴图，保存，绘制，进入材质编辑器，给材质球贴上贴图。再进行保存，绘制，确认模型是否给上贴图。

2.在【预览/输出】里渲染器改为Arnold Renderer。

3.在【基本体颜色】这里改成新创建的属性名称

4.在【自定义着色器参数】创建新的color参数名称，并把内容改成和【基本体颜色】一致。

5.打开材质编辑器创建Ai Standard Hair毛发材质球并赋予给描述，再创建aiUserDataColor，把其【Attribute】内容改为【自定义着色器参数】创建的color参数名称。

6.再把aiUserDataColor拖拽给毛发材质球的Base Color属性上。

7.最后给最开始新创建的Color属性加上gamma校正颜色的表达式，使其颜色正常化。

四、XGen制作的毛发是静态的，如果想让XGen制作的毛发具有动态效果，可以使用nHair的动力学曲线模拟动态效果，然后驱动XGen制作的毛发，使XGen制作的毛发具有nHair的动态效果。

五、总结

毛发制作是三维角色制作的一个技术难点，需要有相当的耐心和技巧，同时也需要有对毛发系统的熟悉。通过对XGen制作三维角色毛发的分析研究，发现了很多问题，首先是我们从一开始就应该确保要有设置正确的工程目录，只有这样才能确保项目顺利进行，还要保证模型是分好UV并且删除了历史的，而且最好是多备份文件，尽量不要使用Ctrl+z撤销命令，并且所有地方不要有中文，这会导致路径不正确。其次在【样条线】制作时经常会出现引导线疏密不均匀，上下层之间穿插、形态过于笔直和段数过多形体杂乱这些会影响毛发造型的问题。想要使用XGen做好三维角色的毛发，不是一朝一夕的事，需要不断地经验积累，不仅是技术层面上的，艺术修养上也要不断提升，才能完成优秀的作品。

参考文献：

[1] 梁峙.中文版Maya 2017技术大全[M].北京：人民邮电出版社，2018年∶746-758

[2] 李曙光.写实三维角色的毛发制作研究[J].长春师范大学学报，2018，37（10）：46-49.

作者简介：邱纯昕（1987.10—），女，汉族，四川自贡，广西北海艺术设计学院，本科，专业：艺术设计，研究方向：影视特效。

（作者单位：北海艺术设计学院）