把雪和毛发做到极致~《雪怪大冒险》里的技术点

好莱坞动画《雪怪大冒险》在内地上映已经快半个月了，有人说它是《冰雪奇缘》+《寻梦环游记》的集合体，这样的评价应该算是很高了吧。影片讲述了雪怪和人类意外相遇，原本互不相信彼此存在的两个种族，因为体型和生活环境的差异而引发了一系列逗趣的故事。先来回顾一下预告，然后我们分享和《雪怪大冒险》制作相关的故事。

对于艺术家们来说，每一个制作的日子就是“大雪天”，制作雪、模拟雪，要把雪做得贴近真实效果。影片制片人希望观众通过视觉就能感受到雪怪世界的寒冷，所以整个影片雪是必备元素。

如何才能让雪贴近真实效果？

在整个关于雪的制作过程中，团队开发了很多不同的系统，才让做雪的过程更简单一些。制作团队在参考了他们自己之前做过的一些作品后，决定使用volumetrics的方法，避免了利用大量几何体制造雪。但是影片中会有很多高速运动的镜头，这样的话雪就很容易呈现出雨的样子。于是团队开发了一种系统，就是使雪离开相机一段距离后，自身仍带有一定重力。这样的话，镜头一扫而过，哪怕是垂直上升，再怎么看雪也不会像雨一样。

如何模拟雪破碎的效果制作？

制作过程中最主要的挑战就是如何真实模拟积雪破碎的过程，从大块的雪到雪崩时飘的雪末，团队希望呈现在雪地上有稍微凹陷进去的效果，而不仅仅局限于雪地表面“脚印”的痕迹。

Imageworks在解决这一问题是采用了Houdini软件中叫做Katyusha的一套新工具，可以动态地将雪的表面分解为破碎的块状。因为每个块状都是被“颗粒”（用于模拟粒子的Houdini解决方案）填充的，当这些块状受到巨大影响时，“颗粒”会被释放出来。数以万计的颗粒其实就是迷你雪形状，然后系统会处理整个模拟过程，将tile或者是迷你雪形状转化为体积，在Katana软件中进行缝合，再使用Arnold的体积着色器进行渲染。

艺术家们可以在雪块破碎时进行调整，去掉不必要的部分，控制雪块破碎的方式。

如何模拟雪堆积的效果？

使用Katyusha方便雪崩部分的制作，但是电影里面还有另一个场景需要解决，就是雪的堆积场景。Imageworks又开发了一个系统，当雪落到物体的时候，没有使用任何模拟，也就是说稍微用点时间进行简单的雪堆建模就可以了。

上面提到的填充系统内部运行了一种几何AO，通过它可以实现积雪堆积的效果。然后系统会建立一个雪花落地的体积图，并将积雪填充，它会生成许多多边形网格，网格最终在Katana中实体化。研发这款系统需要几个月的时间，最终可以填充像城市街区一样大小的区域，渲染5个小时，细节程度可以到10厘米的物体。

飞机着陆动画

模拟雪，第一步

模拟雪，第二步

最终效果

雪怪的毛发如何制作？

Yeti雪白而又健壮的身体都覆盖了毛发，Imageworks根据目前使用的nHair Maya solver的基础上又开发出了可以容纳多种生物的技术，就是将动态毛发系统整合到现有的布料系统中进行制作。详细来说，就是布料系统能够在生物角色飞行时进行重建，在这个过程中将动态毛发整合其中。这就意味艺术家可以逐个创建角色，一次性完成测试，如果有问题的话，可以轻松更新底层网格或曲线，不需要花时间再重建动态设置。

同时还可以在其他雪怪角色身上混合匹配不同的毛发。动画中会规定使用什么样的毛发，胸部的毛发毛是什么样子的，以及角色的整体外观是什么样子的。这些信息都会传递到系统中，系统会为角色建立动态设置，那么在制作有大量动态的角色时就更方便了。

不同毛发适用于不同角色

雪怪的毛发实在是太多了，渲染的时候就会耗费大量的时间。Imageworks团队的艺术家们发现，一旦毛发密度增加到一定程度，就“毛发构建时间”而言，会需要30分钟甚至是更长的时间，有时一帧甚至需要渲染几个小时。所以这也是团队要解决的一个问题。

所以团队采用了目前使用的系统，计算相机与毛发距离，预先烘焙了一些已经设置好的低密度毛发，再根据相机距离的远近进行切换。虽然保留了当前的系统，但是随着相机越远，毛发数量就会越少，密度值也会降低很多。

当头发和头发之间需要互动的时候，需要解决的问题就更复杂了。Imageworks团队显然是做好了准备的，每一簇毛发都会有一种运动曲线，无论是什么样的碰撞都可以真实地表现出来。比如Migo这个角色，在他胸部的位置就模拟了超过1500条曲线，Meechee这个角色的披肩就有近4000条曲线。

角色FX模拟

最终效果

伴随影片产生的还有一项新技术进展，就团队内部对Arnold渲染器的一些列重大升级。首先第一个好处就体现在了打光环节。对于光线追踪来说，噪点总是个问题，但是这次他们利用自适应采样方案可以创建真实度极高的毛发效果，而且避免了无法估量渲染时间的弊端，基本上会根据毛发的细化程度发射光线，完全是选择性地自动管理。

另外，团队还使用了一种叫做Plus-AA的方法，这样能够使渲染过程可以随意开始或停止。当进行中等渲染时，如果过程真的可以进行顺利，不需要额外的灯光或者细节，那就是等着渲染完成，进行微调，然后工作就结束了。这个方法还可以帮助艺术家们处理噪点问题。比如合成的时候要把渲染的某个层虚焦即可，不需要再做其他的微调，其它层也是如此，所以只需要再回去排队渲染就可以了。通过这种方法可以方便地把渲染重心放在最需要的部分，从而决定实际完成电影制作需要多长时间。

Imageworks团队和Warner Bros团队密切合作，出色的完成了任务。在一个庞大的团队环境中，想要快速高质量的完成项目制作，通常来说都会很消耗艺术家们的创造力，而且更像是升级游戏，怪物一个一个打，问题一个一个解决。影片的制作过程从Layout、到建模、到动画、再到特效等等，都经历了太多反复和修改，每个人都在积极表达自己的想法，这才带来了这部A等作品。视效总监Karl Herbst来说，他在这个项目上花了3年，而且最后一年的制作时间也是非常紧张的。但是他却十分享受每天的Rounds环节，不仅可以看到艺术家们的制作进度，还能看到每个人异常兴奋的状态。

故事版

Layout

动画

毛发模拟

加了雪、灯光和毛发的最终镜头

正是由于制作团队的不断创新和多变的制作方法，才能够呈现影片中如此真实的效果。因为目前影片还在上映中，我们给大家提供的也只是很少一部分影片效果展示，有兴趣的小伙伴可以相约去观赏《雪怪大冒险》哈。