暴雪高級Houdini特效藝術家為您解析《暗黑4》宣傳片制作細節
Houdini官方與SIGGRAPH 2021聯合，邀請了暴雪娛樂的高級特效藝術家Nema Safvati做了Houdini制作的專題分享
本次分享的內容關于暴雪娛樂最受期待的游戲之一《暗黑破壞神4》發布的CG動畫短片《By Three They Come（2019）》
“血之鼓”
影片末尾，3個不幸的靈魂，他們的血與肉從三端匯集，蜿蜒向中心蔓延，形成通往新生命的大門，莉莉絲撐破細胞膜，浴血登場。
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動畫短片的制作團隊內部，將這個三角形的整體稱為“血之鼓（Blood Drum）”，它由暴雪娛樂的高級特效藝術家Nema Safvati制作。
Nema Safvati
高級特效藝術家
暴雪娛樂
曾就職于MPC, The Mill等知名視效工作室
參與作品：《蟻人2：黃蜂女現身》、《復仇者聯盟3：無限戰爭》、《蜘蛛俠：英雄歸來》等
“血之鼓”制作解析“血之鼓”包含組成（Formation）和撕裂（Tearing）兩個部分，我們也將分為兩個部分進行解析。
01
組成??原畫
Nema：圖片中展示的原畫是“血之鼓”已經匯集形成的效果。
Branching Growth Solver（分支生長解算器）
Nema：開始模擬前，曲線從三個頂點開始蔓延，一邊向內生長一邊留下曲線路徑痕跡。第一個生長閾值（Generation）的顏色為黃綠色，在更高的生長閾值中變成紅色，生長閾值最大值為5。
每個曲線路徑的頂端你可以想象為Houdini人群模擬的Agent節點。每一個時間點，Agent節點會基于不同的規則，決定動畫的走向。基于層層疊加的規則，我們最后得到了比較自然的紋路，紋路仿佛一邊蔓延，一邊在思考走向，就像人群模擬的設置一樣。這其中我用到的是Boid Flocking的算法。
我們換一個角度看這個解算器，只看每一條曲線的頂點，這樣有助于我們分析解算器的兩個部分——Growth（生長）和Branching（分支）節點。
Growth（生長）節點 - 第一幀中曲線的走向是設置好的，之后會根據不同的規則發展出不同的走向。首先運用一些噪波，設置曲線從上一幀到下一幀的生長走向。之后由矢量（Vector）決定各曲線在后續的模擬中是繼續生長，還是停下。
Branching（分支）節點 - 根據已有的曲線，可以生長出分支，是否生長取決于一些變量，比如密度（Density），點和曲線的Agent節點。
生長和分支背后的邏輯最根本的不同是——分支不僅會從曲線的頂點蔓延，在設定范圍內也會由任何點開始蔓延。根據不同的參數，比如最小、最大的點Age參數、曲線Age參數，以及密度。只要某個點通過了所有的參數設置，開始長出分支，它就會將自己復制形成一個新的Agent節點，按照規則生成一個新的曲線。
生長模擬分解
血管 - 圖中看到的是“血之鼓”的主要血管，模擬中的密度設置得很低，所以長出來的血管不多，并且生長的方向也比較統一。生長閾值的最大值控制讓其生長速度稍慢。組織 - 組織模擬的密度值開的比較高，也沒有給生長閾值設限，達到密度的最大值之前曲線能一直生長分支，看起來非常密集。我們選擇了較高的頻率，同時在生長的設置中，我還調整了頂點的波噪應用方式，得出了較密集的網絡結構。細胞膜 - 細胞膜部分運用的是點云，組織模擬中的頂點會將點云的點激活，已生成的點會不斷生成新的點。只要接近組織中的曲線，或者接近已生成的點，就會繼續自動生成新的點。我調整了點云的生長規則，避免和組織的生長看起來太過相似。結合 - 除了細胞膜是點云之外，大部分都是曲線。將所有的曲線轉換成管道，管道的粗細由Age和所在的生長閾值決定。這些管道都在細胞膜中，細胞膜是透明的，血管和組織在平面中生成了凸出的效果，但仍然是分開獨立的網格（Mesh）。
燈光分解
Nema：部分的顏色變化是次表面散射（Subsurface Scattering）和表面結構各區域厚度不同帶來的，當然還有內部幾何體遮光帶來的效果。Surfacing團隊制作了投射的材質，為作品增添了很多細節，這是光靠幾何體無法實現的。
“血之鼓”靠近外緣的部分不斷變薄，所以當相機移動到“血之鼓”的下方時透光性比較好。當莉莉絲的臉將要穿過“血之鼓”的時候，“血之鼓”表面的拉伸效果是通過Vellum布料模擬完成的。我們用了一個很簡易的代理網格（Proxy Mesh），當時只是一個沒有厚度的2D平面，我們把平面放到模擬的代理網格中做點變形（Point Deform），包括細胞膜和內部的幾何體。最后我運用了Delta Mush，Point Delta在拉伸變形后能有效地保留幾何體結構形狀和材質。
02
撕裂原畫
Nema：原畫部分我們可以看出，各部分都非常薄，模擬需要表現出非常有張力的效果，表面還有一些略顯惡心但又非常復雜的材質。
最初的計劃是結合Vellum模擬和OpenCL，這樣的組合不至于一下跑光內存。所以我們確定了主要元素的撕扯效果可以用布料模擬，但是我們還想增添更多細節，所以除了基礎的布料模擬，我們還在內部和外部加了曲線，形成我們看到的黏糊糊的網狀結構。
測試模擬
早期測試模擬
Nema：“血之鼓”斷裂效果實現 - 這個部分的挑戰是在何處放置銜接（Weld）的點。第一種方式是預設撕裂的部分提前撕裂網格，就像破壞效果（Destruction Effect）。這樣能行得通，但是看起來沒什么意思，因為所有撕裂的效果都是提前決定好的，張力不夠的地方就會毫無撕裂效果。我想要一個更動態的撕裂效果。所以我斷開了網格中所有Primitive。所有的Primitive都只是小小的三角形布料，他們被銜接起來。不同于拉伸（Stretch）和彎曲（Bend），銜接是可拆分的，這就是我們實現撕扯效果的方法。這個方法帶來的問題是，一些三角形布料徹底斷開后會出現一些布料碎片，看起來效果不好。只要不將這些Primitive和其他的物體連接，后期刪掉這些碎片就解決了。
拉伸部分的精度 - 當細胞膜拉伸的時候，拇指周圍的部分的精度很低。因為整個細胞膜從原始的拓撲中拉出去很長一段距離，所以網格需要較高的精度支撐這個動作，但是如果將整個網格的精度拉高就不值當了。好在Vellum模擬能夠處理這種情況，我將中心需要拉伸的部分加厚，剩下的部分就保持正常的精度就好。
我們將拉伸的比例做了可視化，受力部分的原始長度和拉伸長度的比例決定了銜接部分是否發生撕裂。紅色意味著快要達到銜接約束閾值，后續就發生了撕裂。比如我把閾值設為2，那么當拉伸距離是原始距離的2倍時，銜接就會發生撕裂。銜接部分撕裂時產生的力會讓周圍更多部分撕裂，撕裂的效果得以延續。此外，我繪制了一個蒙版，用于控制不同部分的撕裂閾值，讓高處張力沒有這么強的地方也有一些撕裂效果，看起來不至于這么單調。
細胞膜外部線約束（Strands） - 這個部分模擬的來源是散點（Scatter Points），將相鄰的物體連接。我在模擬中用的是Vellum Hair約束，他支持拉伸、彎曲和破壞。所以我不需要再單獨添加銜接的部分。
回到線約束撕裂的效果，細胞膜內部和外部各有一層線約束，他們都有自己獨立的網絡。不像布料模擬，這里的兩個約束都會被破壞，Pin約束將線約束和布料釘在一起；曲線中的各個點也有約束，也會發生破壞。他們都屬于Vellum，所以工作原理是一樣的，我用拉伸的比例來決定撕裂的效果，當布料撕裂后，線約束也被拉伸斷裂，所以各部分的撕裂效果很相似，但又各有特色，視覺效果更動態。
有的部分雖然細胞膜破裂了，線約束還在拉伸。撕裂后，很多殘骸掉落而下，就像撕碎的布料，我手動添加了部分殘骸掉落的效果。
燈光分解
此部分和之前的燈光設置相似，用到了次表面散射和投射材質。至此，“血之鼓”的組成和撕裂兩部分的制作就完成了。END
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綠色部分為組織，比較細，平面上會有細微凸起的效果，增添了比較有意思的材質效果。
藍色是主要的血管，動畫開始不一會兒血管就不再變動了，因為血管不多。但是因為他們比較粗，所以凸出的效果更明顯。
黃色部分是纖維，他們是通過程序化動畫制作的，不是用的生長模擬，因為我們想要不同的視覺效果，所以在動畫中看得更明顯。
紫紅色部分則都是卷須，這是我的領導Jamie Pilgrim為之前的鏡頭制作的，這部分的紋路很像捕夢網，非常酷。
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