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在 SIGGRAPH 前搶先了解!一睹特效大廠 Framestore 毛髮解算器「Fibre」

今年的電腦繪圖界的盛事大會 SIGGRAPH 近期即將展開,即便這次走向了全虛擬化的線上展,但其中的技術看點、最新趨勢還是依然令人津津樂道!外媒 befores & afters 就整理了其中一個,值得一看的技術趨勢方向。在 SIGGRAPH 中往往值得一看的就是 Talks 的內容了!無論是特效、動畫或是遊戲團隊,都會帶來他們在工作流程上的創新內容,以及實際運用在近期影視作品專案上的技術和工具。

在 8 月 17 日開跑的系列講座,其中就有一個演講是來自特效大廠 Framestore 的分享-動態解算器 Fibre。這套工具幫助 Framestore 實現更逼真的毛髮和模擬,這套工具也被運用在他們近年來的作品上,例如《名偵探皮卡丘》、 《小姐與流氓》、《蒂米敗敗(Timmy Failure : Mistakes Were Made)》、《黑暗元素》等。

這場講座的主講者,將由 Framestore 團隊內部的電影軟體總監 Manne Öhrström、R&D 技術總監 Alex Rothwell 帶來分享。Before & Afters 也在講座正式來臨前,他們也先分享了 Fibre 動態毛髮解算器的一些內容。


什麼是 Fibre 呢?

與其說是毛髮系統,Fibre 更為貼近「動態解算器」這個名稱。當毛髮需要和水、風、衣服布料或是其他角色互動時,這套軟體可以讓毛髮移動地更逼真。先前,Framestore 內部的角色 FX 部門(Creature FX)就曾用了多款解算器,試圖達到毛髮、羽毛的動態效果。Alex Rothwell 說道,「每個解算器都有自己的優缺點,最重要的是,藥味不同的任務搭配正確的解算器運用。」他說明,例如一個解算器可能對於短毛髮就是最好的解決方案,但可能就不適用於繩子上的細節效果。羽毛的效果可能在一個電影專案中,用衣物模擬的方案就可以解決,但是在另外一個專案中可能就要展現更動態的效果。

Alex 繼續解釋,團隊內先前使用的系統,對於過往的專案來說表現非常好。但隨著專案的規模持續變大,無論是應用方式、或是鏡頭的數量、製作複雜度等等,顯然手邊的方法並不能滿足。「我們發現團隊內的 CFX 藝術家,相較於展現他們的藝術能力及技能,反而花了太多時間在處理延伸出來的邏輯難題。甚至是花了太多時間去除最後模擬效果上的人工感,這個過程也都會在每次鏡頭更新過程變得十分『重工』。」

《小姐與流氓》其中一個鏡頭的渲染模擬 (圖片來源 / befores & afters)

「動畫工作的改動總是一直在發生,我們也非常希望可以找到更強大的解決方案,能在整體的模擬工作流程中,只需要非常少的手動以及微調,就可以做到自動更新。」

by Alex Rothwell, R&D 技術總監, Framestore

為了要讓藝術家可以從繁複的手動工作解脫,Framestore 也希望可以提供他們更單一、好用的工具,去幫助他們在藝術創作的過程中。「我們意識到,投資在單一的解決方案可以讓我們打造更好的工作流程,並提供技術說明文檔、教育訓練資源以及更強大的串接能力。而為了要可以應付一定規模的工作量,我們的解算器也需要可以簡易地被應用在任何專案、場景以及鏡頭上,甚至是每個生物角色上。這必須都在廣泛的物件中可以交互應用,包含液體、場域、動態以及衣物等。」  

最終渲染成果 (圖片來源 / befores & afters)

Fibre 的運作原理

Framestore 過往就已經有一套完整的毛髮及羽毛的解決方案,Fibre 就不需要再仿造同一個流程並重新打造。技術總監 Alex 說明,Fibre 更像是把 Framestore 既有的解決方案凝聚在一起,更聚焦為動物的模擬打造,可以做到更多材質元素間的互動,達到像是 10 萬根毛髮互相碰撞的程序效果。解算器的演算法採用了以物理為基的動態方案,以及 Cosserat 彈性桿動力學配備的邏輯約束,前端的預處理步驟也被省去了,並有著更優化的碰撞引擎,加持到工作流程中。

「團隊也在Fibre 的流程中打造更有效率的數據管理。在多個執行緒(thread)上可以無障礙地處理大量的毛髮數量是設計的首要目標。在 Fibre 的內部運行上,會將數據分成一束束的分類,並集合起來在不同的執行緒上運行。」

「這些序列的同步就會接著得到優化,同步上就不再有障礙;但是本質上是有相互依賴的關係,可以在每個 Sub Frame 步驟中重建。如此以來,也達到了更大的核心使用率。」 

一睹最終效果

Alex表示,Framestore 團隊透過 Fibre 已經為手動前置模擬流程減少了 80% 的工作量,相對地,對於毛髮的模擬時間也減少了 50% 至 80%。為了要做到這點,團隊將這套軟體也運用在既有的 Maya CFX 工作流程中,Fibre 可以自動在每個鏡頭上為角色、毛髮、幾何形狀自動做出設定。他進一步說明道,Maya Fibre 的使用者介面,可以讓藝術家手動指定材質到毛髮的不同分段,也可以自動地指派並混合使用軟體既有的邏輯。可以基於每個頭髮頂點分配物理屬性。例如,使用者可以創建一個規則,接著以在頂點低於某個水面平面或在 VDB 體積的預定距離之內時,為該頂點分配自定義的「濕潤」屬性。

 「一旦設定好以後,當上游流程在動畫或是毛髮做出了修改時,Fibre 模擬就會自動啟動。因此,除了初始設置外,藝術家僅需要在需要特定美術指導時就可以重新拍攝鏡頭。」Alex說,最終,Fibre 也被設計成一個集成式的系統,其中以迭代速度、高保真度、穩定性和優良的預測結果為核心,使我們能夠便捷地進行初始設置,並從此快速迭代,獲得更準確的外觀效果。

在 8 月 26 日舉行的 SIGGRAPH 2020 演講期間,讀者們可以直接從 Framestore 的講者分享,聽到 Fibre 進一步的細節原理。

本文經 befores and afters 授權發布,內容僅有做字詞修改,保留作者所述內容,但不代表映CG 立場。如需轉載請聯絡原作者。

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