2. Теоретическая часть: основные понятия грума
1. В каком 3д софте можно создавать шерсть?
Для профессионального создания шерсти и груминга в индустрии чаще всего используют Maya и Houdini: в них можно реализовать фотореалистичные решения для анимаций, VFX, кино и игр. Blender также имеет инструменты для создания шерсти и волос, его зачастую включают в пайплайн для инди и студийных проектов. Реже используют программу 3ds Max со специальными модификаторами и Zbrush с инструментом FiberMesh для статичных моделей.
1 / Autodesk Maya (nHair, XGen) Система nHair и модуль XGen позволяют создавать продвинутую симуляцию волос и шерсти, а также выполнять интерактивный груминг и массовую растительность любой сложности.
2 / Houdini (Grooming, Hair & Fur SOPs) Встроенные SOP-инструменты для генерации и груминга шерсти и волос. Поддерживает быстрый процедурный workflow, кастомные симуляции и сложные эффекты для VFX и анимации.
3 / Blender (Particle Hair, Hair Grooming) Мощный инструмент для создания шерсти и волос — Particle System (Hair) и новый Hair Grooming workflow (Geometry Nodes и Hair Curves), с поддержкой укладки, стрижки, окрашивания и симуляции.
Сходства и отличия между инструментами для груминга в Maya, Blender, Houdini
Все три программы имеют ряд сходств, так как зачастую в основе груминга лежат общие принципы. Среди главных черт, объединяющих подходы к созданию шерсти в Maya, Blender и Houdini можно выделить следующие:
1 / Работа с направляющими (guides) для создания волос и шерсти. 2 / Возможности кастомизации, редактирования и скульптинга волос с помощью различных кистей. 3 / Включение масок и атрибутов для определения разных зон грума и локального контроля параметров шерсти. Так, в Houdini для данных целей используются в связке ноды Attribute Create и Attribute Paint. В Maya XGen можно создавать коллекции и описания волос (descriptions), разделять волосы на группы. В системе Hair Particle в Blender можно управлять плотностью, длиной, толщиной и другими параметрами волос локально с помощью текстурных масок.
VFX -breakdown от студии Framestore фильма «Третий лишний», 2024. Режиссер Сет Макфарлейн.
Безусловно, есть ряд различий между инструментами и методами груминга в программах Maya, Blender и HoudinI. Они обусловлены техническими особенностями, философией ПО, уровнем интеграции в профессиональный пайплайн.
1 / Основной подход. Maya использует XGen Interactive и Core, имеет тесную интеграцию с Arnold. Houdini использует нодовую систему и Guide Groom инструменты. Blender — Hair Particle System. 2 / Симуляция. В Maya есть встроенные инструменты для динамики и коллизий, особенно в XGen Interactive. Houdini использует ноду Guide Simulate со встроенным Vellum солвером для симуляции волос, также ноду Guide Defom для отработки динамики анимированных персонажей. В Blender возможности контроля за поведением динамики волос несколько ограничены, однако существуют сторонние аддоны (add-ons), которые позволяют работать с этим. 3 / Производительность. Самая высокая по стандартам индустрии производительность и наилучшая гибкость для пайплайна наблюдается при работе с грумом в Houdini. Maya XGen, несомненно, тоже выдает хорошую производительность и является стандартом в индустрии. Hair Particle в Blender не часто интегрируется в сложные пайплайны из-за менее гибкого и широкого функционала, однако позволяет быстро и бесплатно реализовывать более легкие проекты.
2. Постановка пайплайна для создания плюшевой шерсти в Houdini
Стоит остановиться на разборе пайплайна по созданию грума в Houdini, так как, основываясь на информации ранее, можно сделать вывод, что наиболее гибким и производительным софтом в области груминга является данная программа.
«Кристофер Робин», 2018. Режиссер Марк Форстер
1 / Подбор и анализ референсов — одна из важнейших частей для понимания предстоящих задач и создания качественного грума. 2 / Скульпт или моделинг персонажа 3 / Ретопология + UV развертка 4 / Подготовка модели в Houdini 5 / Создание масок 6 / Создание гайдов 7 / Симуляция гайдов с помощью Guide Simulate ноды 8 / Генерация волос с помощью Hair Generate ноды 9 / Шейдинг 10 / Рендер
3 / Термины и основные понятия для грума в Houdini
Прежде чем окунаться в процесс создания грума, необходимо усвоить основные понятия и названия из пайплайна, которые будут полезны.
Открывает список базовый набор нод, необходимых для создания шерсти или волос персонажа: 1 / Guide Groom для создания гайдов 2 / Hair Generate для генерации волос 3 / Guide Defrom для деформации анимированных гайдов 4 / Guide Simulate для симуляции гайдов
базовый набор нод для работы с грумом в Houdini
Guides (гайды) — ключевое понятие при создании грума в Houdini и не только. Они являются направляющими для волос и шерсти, некой основой для их дальнейшей генерации. Очевидно, для создания гайдов используется нода Guide Groom, которая включает инструменты, позволяющие заложить базовую форму для шерсти или прически.
Rest geometry -> guides
VDB (Volume Data Block) — неотъемлемая часть подготовки геометрии к груму. VDB позволяет эффективно сжимать и обрабатывать 3д модели с высокой детализацией, позволяет предотвратить проникновение волос внутрь модели и создавать коллизию волос с поверхностью персонажа. Стоит отметить, что чем более детализирована VDB-модель, тем точнее и корректнее получится коллизия волос с поверхностью тела. За это отвечает параметр voxel size, при уменьшении которой увеличивается количество деталей в VDB. Однако это требует дополнительных вычислений компьютера и может замедлить работу, так что необходимо выбрать оптимальное значение.
Rest geometry -> VDB (voxel size = 0.1) -> VDB (voxel size 0.01)
Создание масок с помощью Attribute Paining — важная часть пайплайна и также входит в подготовку модели к грумингу. Маски нужны для того, чтобы разграничить области с разным характером грума. Прежде чем приступить к созданию масок, необходимо тщательно проанализировать поведение волос или шерсти для того, чтобы четко понимать расположение масок.
Rest geometry -> masks -> guides
Guide Simulation — симуляция гайдов с помощью встроенного в нее vellum солвера, который создаст более реалистичный эффект при движении, воздействии гравитации, ветра или иной физики.
Guide simulation: static -> gravitation -> wind velocity
Hair Generation — непосредственно генерация волос, следующий этап после создания гайдов.
Guide groom -> hair generation
В пайплане создания грума в Houdini есть огромное количество параметров, отвечающих за качество и характер шерсти и волос.
Clumping — это параметр группирования отдельных волос или шерсти на кластеры (клампы), что придает результату более реалистичный и естественный вид. С помощью ноды Clump, изменяя различные параметры, можно создавать несколько уровней кластеров: от крупных и грубых до мелких, плотных и детализированных, что позволяет управлять степенью детализации и стилистикой шерсти.
Важные параметры ноды Hair Clump:
1. Clump Size, определяющий размер клампов.
2. Crossover Rate — степень пересечения волос между клампами.
3. Параметры, относящиеся ко вкладке Shape, особенно Tightness (степень скованности) и Clump Profile (форма клампа).
4. Fractal Clumping — техника, выполняющая несколько итераций объединения волос в клампы, и каждая следующая итерация создает все более мелкие кластеры.
5. Curling — степень кудрявости волос.
Hair clump: разные размеры клампов
Guide Process нода также определяет характер волоса и грума и включает несколько разных видов параметров: Bend отвечает за изогнутость, Frizz — за взъерошенность, Lift — за воздушность и поднятие волоса, Smooth — за эффект сглаживания, Straighten — за прямоту, Set Direction — за направление, Set Length — за длину, Wave определяет волнистость, Displace — смещение.
Set Length позволяет определять длину волос, причем можно задать как и равномерную величину для всех волос, так и случайную в диапазоне от минимального до максимального заданного значения. Важно обратить внимание на аспекты:
1 / Mode — включает различные математические операции, определяющие то, как будет присваиваться длина волосам (multiply, set и другие). 2 / Blend — степень смешения примененного эффекта с существующим грумом, этот параметр имеют все ноды, относящиеся к Guide Process 3 / Randomize — рандомизация длины 4 / Scale Factor — величина длины
Вкладка Masking, встречающаяся во всех нодах Guide Process, крайне важна: с помощью нее можно определять области наложения эффекта для грума. Так, можно применить:
1. Input mask. Поменяв параметр «No Override», можно задать уже существующую маску или создать новую.
2. Curve mask: контроль с помощью кривой.
3. Noize mask: контроль с помощью базовой процедурной маски шума.
Guide process: set length Начальные гайды -> set length (no randomize) -> with randomize
Set Lift позволяет контролировать подъем волос. Стоит обратить внимание на параметры:
1 / Randomize — рандомизация. 2 / Lift — именно этот параметр и определяет высоту. 3 / Follow Skin Contour — заставляет кривые следовать контуру геометрии.
Guide process: set lift
Frizz отвечает за степень кудрявости и шероховатости волоса. В настройках оператора можно менять следующие параметры:
1 / Frequency — частота. 2 / Random Frequency — рандомизация частоты. 3 / Amplitude — амплитуда. 4 / Random Amplitude — рандомизация амплитуды.
На подписях к изображении ниже сокращения: amp — amplitude, fr — frequency.
Guide process: frizz fr (0), amp (0) -> fr (1000), amp (0.005) -> fr (50), amp (0.05)
Оператор Smooth отвечает за сглаживание волос. Главные параметры данного оператора:
1 / Smoothing Mode — по дефолту стоит Object Space. 2 / Search Radius — определяет радиус сглаживания. 3 / Num Neighbours — определяет количество соседних волос для охвата.
Search radius (0) -> search radius (0.5), num neighbours (3) -> Search radius (1), num neighbours (10)
Straighten позволяет выпрямлять волосы. В данном операторе важны параметры Tangent Straightness и Normal Straightness, чем больше значение имеют данные параметры — тем выше степень выпрямления волос. На подписях к изображениям ниже сокращения: ts — tangent straightness, ns — normal straightness.
Guide process: straighten ts (0), ns (0) -> ts (0.7), ns (0.7) -> ts (1), ns (1)
Bend — оператор, позволяющий загибать волосы в различных направлениях. Важно обратить внимание на следующие параметры:
1 / Mode — способ работы оператора bend, можно назначать различные направления. 2 / Axis Computation — вычисление поведения оси. 3 / Angle — самый важный параметр, определяющий угол изгиба. 4 / Random Angle — рандомизация угла.
Guide process: bend
Set Direction определяет направление волос, измеряется тремя осями — x, y, z. Важные параметры:
1 / Uniform Direction определяет направление. 2 / Direction Amount определяет силу воздействия направления. 3 / Lift Amount определяет уровень подъема волос над поверхностью, чтобы волосы сильнее следовали заданному направлению.
Guide process: set direction Uniform direction (z, y,x): (0,0,0) -> (0,0,1) -> (0,1,1)
Wave определяет степень волнистости волос. Важные параметры в данном операторе — Amplitude (амплитуда) и Frequency (частота) в двух направлениях — X и Y. Управляя данными параметрами, можно не только добиться эффекта волнистости самого волоса, но и поменять направление всей массы.
Guide process: wave Разные комбинации параметров
Guide Collide With VDB помогает создавать пространство между шерстью и геометрией, не позволяя волосам проникать внутрь объекта.
Guide collide with VDB
Guide Advect — нода, помогающая контролировать и определять направление гайдов, используя velocity field (поле скорости). На примере ниже velocity field создается с помощью рисованных кривых, которые преобразовываются в объем нодой Volume Velocity from Curves. Здесь можно настроить радиус воздействия, который повлияет на характер направления гайдов.
Guide advect: влияние кривых на поведение гайдов
Guide Skin Attribute Lookup — это нода, которая используется для получения значений атрибутов кожи (skin) на поверхности модели. Основная функция этой ноды — проецировать атрибуты с поверхности кожи на направляющие волосы по их позициям и UV-координатам, что помогает при деформации и управлении волосами в процессе груминга. Если необходимые атрибуты отсутствуют, они вычисляются автоматически на основе текущей позиции направляющих относительно кожи.
Guide Groom — нода с различными кистями, которые позволяют прорабатывать грум.
Нода Guide Groom имеет множество кистей с различным функционалом: от удаления волос до их скульптурирования. Ниже продемонстрирована работа пяти наиболее часто используемых кистей:
1 / Draw — для создания отдельных волос 2 / Delete — для удаления волос 3 / Plant — для создания большого количества волос 4 / Cut — для укорачивания волос 5 / Sculpt — для скульптурирования волос
Остальные кисти также могут иметь множество достоинств, главное — удобство пользователя.
Draw / Delete / Plant / Cut / Sculpt
Итак, были разобраны различные ноды и их параметры для создания грума в Houdini. Безусловно, существуют другие инструменты, позволяющие определять поведение шерсти, однако данный набор является базовым для грумера, вводит его в процесс.
