利用maya來設計頭型

以計算機繪圖（cg）設計的3d頭發(fā)并不件容易的事，大多數人所使用的方法就是以對象表面（geometry surface）搭配材質貼圖（texture mapping）的設計方式。但這種方法有其缺點使得設計上易產生困難點。首先要設定頭發(fā)的外觀就必須重繪材質貼圖，并且控制每個區(qū)段頭發(fā)對象排列的形成樣式。而為什么要使用maya paint effects（簡稱pfx）？pfx很適合用在頭發(fā)的產生，它讓你更容易控制形成頭發(fā)的精確方式而完全不需用到材質（包括color與alpha部份的材質貼圖），因而大大減少花費在頭發(fā)制作上的時間成本。另一個好處是可以隨時改變頭發(fā)的造型并立即得知完成的結果。此外，在著色上（render）比較快速而且內存負擔大大地降低。

　　如圖這個頭發(fā)只要用30秒的時間來著色（以1ghz的機器著色來算），但我聽說在final fantasy影片制作上共花了好幾天，用了好幾部機器，同時又有多少人投入。當然這個頭發(fā)是不能跟ff的人物頭發(fā)來比，我的重點主要是說明利用pfx不僅執(zhí)行效能較佳而且也更有效率。當然使用pfx也有其不便之處，例如pfx無法直接支持碰撞偵測（collision detection），因此如果要制作頭發(fā)及頭部與衣物之間的互動，那么還是要花一點心思，而通常都要靠maya cloth來完成。

setup【基本設定】

　　首先決定好在人物頭上要搭配那一種造型的頭發(fā)，以免之后又要忙于應付不斷修改的繁復過程。如果所要的發(fā)型不是長在你自己的頭上，那么最好用一張相片或草稿做為參考的底圖。一旦決定好造型之后就開始設計吧！我們要讓頭發(fā)的表面用make live活化，然后在頭頂上方畫出曲線。如果用的是細分表面（subdiv surface）那么就請先轉換成多面體（poly）然后用make live活化。

　　

　　選定頭部后，modify->make live，create->cv curve tool，從頭的后方中間開始再到前面。這個曲線決定了頭發(fā)中分與開始長出的分界線，參考圖中所需的曲線長度。接著以editcurves->rebuild curve重制成uniform，然后用9 spans與degree 3的參數。記得打開曲線的show cv 功能，在這個說明中要常常打開這個功能。不妨指定成一個hotkey，如ctrl-alt-v，并將曲線更名為hair_split_curve01。

　

　　現在選擇這個曲線，以duplicate復制，將此第二曲線更名為hair_split_curve02，然后將兩條曲線稍微區(qū)分開來使頭發(fā)的中間線位于這兩曲線之間，同時在這兩條hair_split曲線的前方再畫出一個小的曲線使其結合在一起，用2 spans應該就可以了不需要太精確。將三條曲線拉低一些然后縮小使其插入頭骨內而不是浮在頭頂上方，我們的頭發(fā)就是從這三個曲線開始成長，因此如果頭發(fā)偏右或其它方向的話，那么也要跟著在該處設定hair_split曲線。精確。將三條曲線拉低一些然后縮小使其插入頭骨內而不是浮在頭頂上方，我們的頭發(fā)就是從這三個曲線開始成長，因此如果頭發(fā)偏右或其它方向的話，那么也要跟著在該處設定hair_split曲線。

hair control curves【頭發(fā)控制曲線的設計】

　　接下來就要畫出與頭發(fā)生長走向（flow）類似的一組曲線。選擇頭部，make live->cv curve tool，開始將第一個定點貼附（snap）在hair_split_curve01曲線的前方。然后在頭部的側邊（即左邊）再加入4到6個cv控制點。cv的數量應該盡可能少些但仍足以控制頭發(fā)的造型為原則。一開始可以先用多一些的cv之后再視需要刪除多余的點以降低調整所花費的時間。接著用這個方法再加入新的曲線并使每個曲線的起點貼附到hair_split_curve01曲線的cv上。如此即可讓主要的hair_control_curve曲線得以平均分置，且在用pfx時得到最佳化的效果。

　　如果hair_split_curve01有9個spans，那么就需要在頭的每一邊都畫上9到11條hair_control_

curves曲線。選擇第一條hair_control_curves曲線并移動其cv到頭部外使其不會與頭部交叉。調整這條曲線上的cv使其在這個部位形成頭發(fā)的造型（例如頭的前方或側邊）。再來調整hair_control_curves曲線上所有的cv使其不會互相交叉并可形成頭發(fā)的造型。這個步驟可以慢慢來，如果你在最少的cv與曲線條件下讓頭發(fā)造型設計的越像，那么到時候以pfx設計時就會更有效能。通常花上30分鐘也不為過，請參考附圖的結果。完成微調之后以group功能群組hair_control_curves，然后再以duplicate功能復制到頭的另一邊。同樣也調整一下使其造型有些獨特性以便不會與另一邊長得完全相同。接著以相同的front hair_split_curve方法畫出曲線使前面也有些控制曲線，3條曲線應該就夠了，但確定這些曲線在左右兩邊的control_curves上產生連續(xù)性。

　　現在選擇這個曲線，以duplicate復制，將此第二曲線更名為hair_split_curve02，然后將兩條曲線稍微區(qū)分開來使頭發(fā)的中間線位于這兩曲線之間，同時在這兩條hair_split曲線的前方再畫出一個小的曲線使其結合在一起，用2 spans應該就可以了不需要太精確。將三條曲線拉低一些然后縮小使其插入頭骨內而不是浮在頭頂上方，我們的頭發(fā)就是從這三個曲線開始成長，因此如果頭發(fā)偏右或其它方向的話，那么也要跟著在該處設定hair_split曲線。

power of pfx【pfx的魔法】

　　現在總算要開始長出頭發(fā)了！打開visor部份（window ->general editors-> visor）然后打開/brushes/hair/檔案夾，選擇一個與所要設計的發(fā)型最接近的hair brush樣式。選擇hairred1.mel的發(fā)型（確定是選定狀態(tài)）。我們要開始以這個筆刷畫出頭發(fā)，選擇hair_split_curve01，再選定paint-effects->curve utilities->attach brush to curves，如此可以讓hairred1.mel筆刷連接到由hair_split_curve01產生的新筆觸上，并讓頭發(fā)從這個曲線開始成長。這時會有兩個對象產生-筆刷（brush）與筆觸（stroke）而且重迭在hair_split_curve因此看不到。如果頭發(fā)看起來像閃電也不用耽心。將新筆觸在outliner窗口更名為hair_side_ stroke01，而新的筆刷為hair_side_brush。如果在outliner窗口選取筆觸時就會打開attribute editor，切到brush tab可以看到好多參數滑板（sliders），這些都分類整理好了因此方便找到所要的項目。

　　必要時要跟據頭部的大小來調整global scale，在此用的是0.150，但這是因為這個人物只有8cm高。因此你可以視需要調整這個參數，例如人物如果有160cm高，那么global scale用3應該就適合。打開open brush profiles然后注意看brush width，這是決定頭發(fā)自hair_split _curves長出時的寬度，在此設定為0.8，但不要設得太低否則頭發(fā)會看起來過于平板。其它的參數都不需更動。

　　在outliner選擇hair_side_stroke01，然后以shift鍵復選頭部兩邊所有的main_control_curves，以paint effects->curve utilities->set stroke control curves功能。這時頭發(fā)應該稍微順著頭發(fā)的形狀，打開hair_side_brush的attributes ，然后打開tubes|behavior|force tab，設curvefollow = 1，這時所有的頭發(fā)應該完全順著main_control_curves的曲線，因此你現在可以藉由調整main_control_curves來控制頭發(fā)的走向（flow）。

　　

設length flex =1，這會讓頭發(fā)的長度拉長并使其與main_ control_curves一樣長。接著以hair_side_stroke01.shapenode，設display quality為10左右以便讓更新速度較快一些�，F在測試一次著色效果，確定camera的背景是白色的以便頭發(fā)看得較清楚。別耽心是否長得跟你所想要的是不是一樣，只要長得接近就算成功。

tweaking pfx【pfx的調整】

　　這個部份會花較多的時間來細部調整以使頭發(fā)更貼近完美。首先再從頭發(fā)的側邊開始。由于窗口內的頭發(fā)不完全會反應出設定的結果，因此一邊要隨時進行著色測試得知實際情形，建議用320 * 240的預窗口大小即可以節(jié)省pfx的著色時間，而且除了頭發(fā)的筆觸之外其它對象都要隱藏起來。打開hair_side_brush 的tubes|creation tab設為tubes per step，這樣可以明顯地影響pfx的著色速度與頭發(fā)所需的數量，大約設定為25就夠了。接著設length min = 7，length max = 10。 如果要更長的頭發(fā)那就設length min值高些甚至與length max值一樣。接著設tube width1 = 0.3，tube width2 = 0.1，width2是發(fā)稍部份，因此如果要尖一點的寫實效果，那么就用較低的width1與width2值。

　　但tubes per step要設高一些以使頭發(fā)較薄，這是因為這種頭發(fā)的數量不夠。調整segment = 64，這個值要越小越好，但仍要讓頭發(fā)較為平滑為原則，當然數量也一定會影響著色的時間。同時也將simplify method 設為tubes per step以便加速窗口更新速度但又不失細節(jié)。

　　在測試著色一次之可得到與圖中大致相同的結果。多試幾次以了解每個設定的作用，如果不確定滑板會用何作用，分別測試看看其效果，也試試將值設超過范圍之后再測試效果如何。

shading and texturing【材質屬性設定】

　　選定hair_side_brush之后打開shading|tube shading tab，將color1改為發(fā)根的顏色而color2為發(fā)稍的顏色，或者用內定的黑與暗紅色也可以。設transparency1為黑，transparency2為灰以得到較柔軟的效果，也可像我一樣用黑色以得到較尖的效果。設fade = 0.2，如果要讓發(fā)稍較柔軟就設高一些，多測試著色幾次以得到想要的結果。接下來材質部份可讓頭發(fā)看起來更為寫實，如果不設材質那么就比較像是卡通的效果，有時不設材質的效果也不錯，有材質會比較寫實并不表示每一次都得使用材質來設定，完全視人物的需要來決定是否使用。

　　開始進行材質的設定，選定前一個筆刷后打開shading|tubes shading|texturing。選擇map color，設texcolorscale = 0，這可讓你使用材質上的所有色系。設texture type = file，map method = tube3d，并將texcolor1與texcolor2 都設為白色以取自材質上的色系。接著在image name部份加載一個材質檔，請選用自己的材質樣本，材質上的隨意效果（random）越多其pattern效果也就越好。我的做法是用同一個hairred1.mel筆刷來畫在窗口的2d畫布上，畫出幾條垂直線然后再到photoshop放大并修飾。如果頭發(fā)的寬度還要更少那么就設頭發(fā)材質，好像將發(fā)根放大一樣。如果材質顯示不出來那么有可能是你將寬度設得太薄而材質分辨率又太高。

　

completing the whole hair【完成整個頭發(fā)造型】

　　現在你需要將筆刷作用在右邊與前面的頭發(fā)筆觸上。選擇hair_side_stroke01，再以painteffects->get settigns from selected stroke，這樣可以取得剛剛設定的內容；接著選擇hair_split_curve02，再以painteffects->curve utilities->attach brush to curves，選定筆觸并以shift鍵復選兩邊所有的control_curves曲線，如同前面一樣再以painteffects->curve utilities-> set stroke control curves。我們現在有兩個筆刷可以控制頭發(fā)的外觀，一個是左一個是右。如果你希望只用一個筆刷就能控制所有的頭發(fā)造型那么以下列的步驟進行：

　　選取new_stroke并以shift鍵復選hair_side_stroke01，以painteffects->share one brush可以讓你一個筆刷（hair_side_brush）控制兩個頭發(fā)筆觸。而頭發(fā)的前面部份，我們打算用分開的筆刷來進行使之后得以最佳化。

　　選擇原來的front_hair_split_curve曲線，這主要是讓右邊再長出頭發(fā)出來，但不要再共享同一個筆刷。將此新的筆觸更名為stroke to hair_front_stoke。注意hypergraph窗口內的聯結情形（如果你的頭發(fā)設計是兩邊不同時，那么必須使用不同的筆刷，只要將原筆刷設定內容轉移到新的筆刷即可開始進）。如果要使用材質的話那么前面的頭發(fā)也要使用不一樣的材質才行。

optimizing your hair【頭發(fā)的最佳化】

　　到此為止頭發(fā)的前半部看起來還不是很對勁而且側邊的頭發(fā)也缺少份量（volume）。接著要讓頭發(fā)的兩個筆刷都進行最佳化以使其不僅著色時較快速，同時也較有份量。你不需要使用一大堆tubes per step來產生較有份量的效果。只要選擇hair_front_brush，打開attribute editor，設tubes-perstep = 10，由于前面的頭發(fā)較少因此可試著降低這個值，其重點是用較高的width1值使其不致于代表每一根頭發(fā)，而是一束頭發(fā)，你也可以讓每根頭發(fā)都具有材質貼圖。同時設segments = 24，而如果頭發(fā)仍然過于平滑時再設低一點的值。打開behavior|forces的tab，設curveattract =-0.041，這會讓頭發(fā)自小小的控制點散開來，使頭發(fā)不會緊靠在控制曲線上而過于密集地束在一起。選定hair_side_brush然后設定負的curveattract值，例如在此是以-0.050設定�，F在的頭發(fā)看起來應該很自然，為了避免過于隨意，試試在in the stroke.shape node與brush node調整seed值與tube rand值。

以下是選項設定

　　一般人類的頭發(fā)在整體上是不會很均勻地成長，這是由于我們常常要剪頭發(fā)的關系。例如有些前面的頭發(fā)會比較散，而后面的頭發(fā)一般會比較密，或者兩邊的頭發(fā)比后面的還密。因此我們不可能都以tubesperstep設定否則整個頭發(fā)會過于密集。但我們可以利用pressure curves來告訴pfx那里的頭發(fā)要較多。pressure curves可以作用在許多其它的參數上以達到你所想要的頭發(fā)造型。你可以利用wacom數字筆來畫并以既有的曲線來設計。選擇hair_side_stroke01，painteffects->curveutilities->make pressure curves的option，設control points =10，offset scale = 0.05，這時在筆觸旁邊應該會多一個曲線，如果pressure curves太遠或太近那么就需要設一個不同的offset scale值，如果要刪除之，在stroke.shapenode打開pressure mapping tab，以右鍵按pressuremin3，deleteexpression，然后刪除此pressure curves。如果在靠近near hair_side_stroke01取得一個不錯的pressure curve，那么打開pressuremapping tab并設pressuremapping1為tubes per step，set pressure min1= 0.1，pressuremax1 = 1。關掉其它pressure-mappings以避免不必要的結果。

　

　　 接著要調整pressurecurve上的cv，將曲線中間的點移高一些。如果你看不到頭發(fā)旁邊密度的改變那么就改變pressuremin1并更新。同時將曲線兩端的cv拉低使后兩端的密度較少。測試著色看看不同cv位置的結果有何差異，使用相同的camera角度并使用renderview下面的滑板以便看到不同的情形。一旦滿意后讓hair_side_stroke02產生一個pressure curve。

結論

　　到目前已成功地設計一個頭發(fā)造型。但有些細節(jié)在此并未提及，例如你可能會問為什么不能讓頭發(fā)產生動作，的確，在有了control_curves set之后讓這個頭發(fā)加上動作是容易的事。你可以利用許多方法來帶動hair_control_curves的動作，像是mel/expression/softbodies/clothobjects對象。而碰撞偵測就較為麻煩，不過可用clothobject的方法，你只要用已經設計好的control curves即可產生cloth objects（tubes）。另一個要考慮的是打光的效果，有關強光與陰影在此并未提及，這是因為要在頭發(fā)上具有較好的光影效果需要的不僅是pfx的設定，重要的是打光的技術，請使用者自行測試。而且不僅頭發(fā)可用pfx，其它類似的毛發(fā)效果也可以用pfx來達成，重點是如何使用筆觸與幾個control_curves來產生頭發(fā)所需的效果，剩下就靠pfx來完成。