想学好Houdini特效,天文地理什么都得懂!大风吹树制作过程

CG世界

Hi大家好!最近小编发现了一个很厉害的Houdini模拟作品,展示的是树在狂风中被吹得东倒西歪的景象,看上去每一根树枝每一株叶子都是摇摇欲坠的,非常写实。点击下面的视频,咱们一起看下。
▲《Extreme Winds Blow down Trees,Houdini Simiulation》
能制作出这样Houdini作品的人一定是大神级别,而且我们曾经介绍过他的R&D测试。那么今天就来为大家详细介绍这位艺术家和他的制作过程。

想学好Houdini特效,天文地理什么都得懂!大风吹树制作过程

Mohammed Kamal Ahmed

Houdini FX Artist

https://vimeo.com/standingmanfx

作品由巴勒斯坦Houdini FX艺术家Mohammed Kamal Ahmed制作完成,他目前是澳大利亚阿德莱德Mill Film的FX Artist。
有很多行业小伙伴熟悉的是他的昵称“Standing Man”,他是Standing Man Post的创始人和FX Technical Artist。毕业于加沙伊斯兰大学(Islamic University of Gaza)多媒体/网络开发专业,曾留校担任CG/多媒体讲师,教授Maya建模/纹理/动画等课程。
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除了Houdini FX的身份之外,Mohammad Kamal Ahmed还有特效技术总监和铰接式软体模拟程序设计师的身份。为了能够更加轻松快速地解决制作问题,Mohammed Kamal Ahmed依靠自己CG效果制作和图形编程方面的丰富经验,在Houdini基础上不断开发快速且高效的FX工具。
接下来,小编就为大家分解一下制作过程。
Mohammed Kamal Ahmed设计出了一种可以有效地求解和模拟的新方法,特别是对于那些树干和树枝较粗的树木模拟,通过Houdini中的软体模拟和动态约束,来获得最为准确、最为直接的艺术效果。采用的模拟方法是将树木简化为较小的部分,从而提高模拟的速度和效率。
目标和思考
树木的微妙运动是一种普遍而又令人着迷的自然现象。当我们在街道上散步时会发现树叶飘动、树枝摇摆其实与壁炉中的火焰或海滩上的海浪很相似,都是不断变化着的。所以这个案例的目的就是为了捕捉和模拟树木复杂的自然运动。
制作计划是使用speedtree程序性生成的模型,基于真实的素材参考来制作树木模拟镜头。最先要处理的是大型镜头,以及金属、电线、混凝土等不同材质。
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几何呈现
对树干、树枝和细枝进行建模时,将他们设置成一系列圆锥形的截头椎体,并获得弯曲树枝的分段线性近似,叶子用Speedtree的细三棱柱表示。
对于气流和树木的分析
想要了解风的破坏力和风对树木产生影响的一个基本部分,就是要了解森林上方、内部,以及树木周围气流的性质。
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参考文献《植物叶子在风中的运动,从叶子飘动到树枝抖动》
https://royalsocietypublishing.org/doi/pdf/10.1098/rsif.2018.0010
想要开始制作效果逼真的FX或动画,在制作之前要找到真实的参考素材,观察研究并思考要制作出怎样的效果。
在Youtube上搜索关键词查看一些相似的视频,但Mohammed Kamal Ahmed只找到了一些分辨率非常低的参考资料,没有获得特别有价值的参考。
然后研究大气与树木之间湍流交换的性质,以及森林对山间气流的影响。
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参考来源:https://youtu.be/4_fZQYbS8_U
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参考来源:https://youtu.be/Lv9iwU6_zS0
程序性结构
了解复杂性和程序结构
在项目制作过程中有很多挑战,首先是模拟树的运动,处理不同类型的树木层次,并选择最有效的方式进行渲染。
从技术方面来说,Mohammed Kamal Ahmed想以最简单的方式进行(最好以后的项目也能借鉴这个方式),他开发了python工具作为Houdini和speedtree之间的实时连接,在GUI(图形用户接口)和Mantra、Redshift、Renderman等不同渲染器的支持下,使处理过程变得更为简洁和快速。
来自Speedtree的数据
当使用Bridge/Tree Library工具把树木从speedtree导入到Houdini时,需要处理几个不同部分。
首先导入主干、简单曲线和线条,这部分在移动和模拟过程中起主导作用;接着导入树干、树枝和细枝,这部分会因为主干的移动而产生变形;最后根据细枝和树枝的定点导入树叶。
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在开始模拟主干和简单的基本线条之前,要把树的每个层次结构简化为比较小、可管理的部分,这几个部分之间在移动过程中要相互依赖。最先模拟的应该是主干的基本线条,根据素材参考来看,树枝的主要运动基于主干运动,而且根据树木类型来看,主干应该比树枝更为坚硬。
在模拟之前还要简单的展示一下树的每个部分,并思考每个部分之间的关系,以及哪种模拟方式最为适合。针对于本案例,Houdini线性解算器是比较好的一种选择,它的可塑性和弹性相比其他方法更容易控制。
关于约束,采用的是线粘合约束(wire glue constraint),这种方式可以基于最近的点对树干和树枝、树枝和细枝进行约束。
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关于模拟,从先前的研究和参考文献中了解到了能够使树木运动像真实情况中穿过建筑物气流场移动的最佳方法,创建气流风量箱(airflow volume box)作为速度场来平移线条要容易一些,根据速度场的强弱使其运动,然后使用sop求解器对外部速度场数据进行采样,并将其用作目标速度。
v@targetv.x = volumesample(1, 0, v@P);
v@targetv.y = volumesample(1, 1, v@P);
v@targetv.z = volumesample(1, 2, v@P);
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Tree Toolset的第一个测试
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工具开发
根据项目制作的目的开发了工具,用于更为轻松便捷地模拟和排列树木。
TD – TREE RIG LIBRARY

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测试和渲染
所有资产均由Speedtree创建。
整个项目是Mohammed Kamal Ahmed和另一位艺术家Salah Hussein共同完成的,Mohammed Kamal Ahmed负责其中的树木模拟、建模和着色工作。

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看到这个《Tree Rig – Rnd #1》R&D测试,小伙伴们一定想起来了吧?我们曾在《不做出牛个B点的R&D,怎么敢说会Houdini?!》文章中(点击标题可以穿越回顾)介绍过Mohammed Kamal Ahmed的作品。
Standing Man Post
https://vimeo.com/standingmanfx
树木绑定资产 :
https://www.patreon.com/posts/31800923
关于这个基于速度场Houdini树木模拟的作品我们先介绍到这里,其实Mohammed Kamal Ahmed还有其他作品,比如下面这个利用Houdini和Substance Designer程序性生成的赛博朋克建筑。

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作品展示及制作过程

好啦今天的内容就是这些,如果还想了解更多关于技术方面的内容,请小伙伴们关注艺术家的Vimeo个人主页(地址在文章开头),小编就不再多介绍啦!明天见!

技术信息来源:

https://www.linkedin.com/pulse/photo-realistic-trees-simulation-based-velocity-field-kamal-ahmed/

-END-

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