实时渲染模拟每根头发丝!新版UE4在实时毛发方面的实验性新功能


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Hi,小伙伴们都回家了吗?虽说假期已经开始了(或者即将开始),咱们的话题也不能停下,你们忙你们的,有空回来看我一眼就好啦。对了,春节我们不停更,更有豪礼呦!所以,记得每天打开看看我们文章!实时渲染模拟每根头发丝!新版UE4在实时毛发方面的实验性新功能

 

小编还记得当年看《海王》的时候,一边感慨庞大浩瀚的水下世界,一边还得操心角色水中飘逸的头发是怎么模拟出来的。确实哈,在实时游戏、虚拟制作,尤其是数字角色的制作过程中,很棘手的问题之一就是如何做出飘逸而且看起来真实的头发。

 

不过,今天给你们带来的绝对是个好消息。Epic公司在去年12月发布的UE4 4.24版本中,展示了其新型基于发丝的头发&毛发系统,这个系统能够以实时帧速率来模拟和渲染大量逼真的头发效果,为致力于创作写实级别角色、生物和数字人类的艺术家提供了一种新的工具。


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「CG世界」此前也给小伙伴们介绍过了UE4.24的这项功能了,虽然是一项实验性功能,还不能用到实际制作中,但是并不妨碍我们跟随项目核心工程师之一Charles de Rousiers来了解一下这款新型头发系统。

 


没来得及翻译字幕,就给小伙伴们稍微展示几下吧。


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实时头发渲染

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调节Hair Width

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调节Hair Root Scale

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调节Hair Tip Scale

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调节Hair Clip Length


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实时渲染模拟每根头发丝!新版UE4在实时毛发方面的实验性新功能


一般传统实时模拟头发采用的是基于卡片的渲染或是与之类似的其他方法。在基于卡片的工作流程中,会使用少量较大的平面来模拟大量单个头发的近似形状和运动。而使用UE4.24中头发渲染和模拟的新功能,可以渲染到每一根头发丝,从而极大地提高实时模拟头发的真实效果。


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进入UE4的标准DCC头发流程虽然目前没有用于Hair Groom的标准文件导入/导出格式,但这个带有实验性的新型头发工具提供了一种命名约定方案,用于使用Alembic文件提取从标准DCC工具中导出的Groom数据,也可以为单个Alembic文件(例如头发、桃毛、胡须、睫毛和眉毛)中的多个Hair Groups提供支持。

 

一般来说,无论是渲染头发还是模拟头发都是非常昂贵的过程。UE4.24中可达到的头发帧速率取决于groom的大小、分辨率和运行的基础硬件。这里有一个大概的基准指导,就是1080p分辨率下,一个有着4万+发丝的人类groom在2080Ti上运行的帧速率为30fps或是更高。


实时渲染模拟每根头发丝!新版UE4在实时毛发方面的实验性新功能


毛发模拟受三个因素影响:BRDF(双向反射分布函数)、几何体和发丝之间的反应,或者是带有阴影且同时光从发丝反弹到另一发丝的方式。UE4使用了很多先进的技术来实现实时性能,例如系统对于groom进行体素化并使用深度阴影贴图的技术,不过具体还得取决于艺术家用于实时技术的预算。Groom可以通过MSAA进行超采样,每个像素8个样本。使用全路径跟踪的某些解决方案虽然容易一些,但成本相对来说也是很高的。因此Epic团队使用了一系列非常巧妙的方法来加快渲染速度,同时生成完全由几何体与合理背光、自阴影和照明构成的非常真实自然的头发体积。

 

大多数的毛发模拟并不能均等地模拟所有头发,而是使用权重机制从一组特殊引导头发中传递出去。然而UE4不仅能够渲染和着色,还能使用UE4的视觉效果编辑器Niagara进行动力学模拟,这些都具有非常强的实用性。


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Epic目前正在与Ornatrix、Yeti和Houdini一起测试其带有groom的新型头发系统。Ornatrix和Yet都可以非常方便地将Alembic导出到UE4的新头发系统中,当然并不仅限于这些。技术人员表示,groom可以来自ILM的Haircraft,也可以来自Weta Digital的Barbershop,只要是符合Alembic导出以及输入时寻找的属性集就都可以。当UE4在引擎中识别groom后,就会开始寻找一组真正可以构成groom的标准属性。这里我们说的groom不仅仅是一组曲线,还包括宽度、颜色等至关重高的属性。

 

不过说到头发模拟,我们很自然的会想到HairWorks和Shave and a Haircut。

 

差不多是在5年前,NVIDIA开发了一种名为HairWorks的头发解决方案,这款工具集包括了DCC工具集成,和头发的实时渲染&模拟。虽然在发布之初HairWorks却是挺实用,但后来人们渐渐发现发现操作起来有些困难。因此新版UE4已经不再提供对HairWokds的支持了。


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还有就是Shave&A Haircut。估计大家都听说了去年Epic Games收购Shave&A Haircut的事情,CG世界还给小伙伴们分享过,当时我们心存侥幸,但很让人意外的是UE4.24新版本中提供的毛发工具并没有涉及到这个软件。自从收购以来,Epic Games在GitHub上公布了9.6版Maya插件和相关着色器,作为源代码和已编译的二进制文件,可免费供所有用户在UE4 EULA下使用。


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很多人都觉得Shave&A Haircut作为UE4解决方案核心部分是合情合理的,但事实并非如此。Epic深知Grooming工具的市场并不大,也没有占据主导地位,相比之下他们还是更热衷于与Peregrine Labs以及其旗下的Yeti软件等公司合作。而且Epic显然可以凭借庞大的研发预算和市场影响力淘汰掉一些小型公司,但他们也没有,而是非常专注地为这些规模小专业强的hair&groom公司提供长期支持。


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小编多给大家聊几句。据国外媒体报道,Epic收购Shave&a Haircut的附带利益和专利有着密不可分的联系。这部分行业市场一直存在专利雷区,导致一些软件无法在美国销售。现在Epic拥有Shave and a Haircut的专利和雄厚的法律实力,而且他们又放弃了涉及的专利问题,这就为Yeti和Ornatrix的广泛应用扫清了道路。这两家公司都知道自己受到了Epix的保护,是安全的,正在以前所未有的方式全球商业化。


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我们看到的视频演示模拟的金黄色长发,是难度系数最大的一个案例。研究人员表示,在第一个实验软件版本中,团队专注于提供出色的视觉质量和物理模拟,但老实说当Alembic引入UE4中以后,几乎所有都是不可编辑的。不过随着时间推移,这个问题会逐渐得到改善,UI也会有更多调整和修改。头发的外观和渲染也可以进行调整,但是groom本身不能调整。

 

不管怎么样吧,广大用户们还是会心心念念地期待着技术的不断进步,早日可以为实际制作提供实用性较强的帮助。


来源:

https://www.fxguide.com/fxfeatured/ue4-real-time-hair-advances/



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