《三维动画艺术与特效》 配套教学课件

模块一：Particles粒子系统通过提出问题来引导学生思考选择创建粒子的方法和粒子渲染形态，创建简单的表达式控制粒子的新建属性，理解场的概念并掌握使用其方法。我们在实践案例中讲解工具使用和参数设置，重点培养学生解决问题的方法。本章重点熟悉粒子的基本概念和发射器基本属性。会使用三种方式创建粒子。设定粒子颜色和不透明度。渲染粒子形式。创建粒子碰撞。阶段教学目标模块一：Particles粒子系统CONTENTS目录案例一：萤火虫空中闪烁飞舞1案例二：墙上画门2案例三：墙体爆炸3案例一：萤火虫空中闪烁飞舞1l一、制作思路l二、制作过程问题1：怎样创建萤火虫？问题2：怎样让萤火虫发光闪亮？问题3：萤火虫拖尾效果？问题4：萤火虫怎样运动变化？l一、制作思路我们知道萤火虫是边飞边闪烁着它的“小夜灯”的，并在快速飞行的过程中，看起来似乎后面拖着一个淡淡的“小尾巴”，此案例中我们就是要制作一群拖着小尾巴并不停闪烁飞过的“粒子萤火虫”。l图1-1在思考特效制作过程之前需要整理制作思路，最好的方法就是问问题，制作特效的过程就是解决问题的过程，随着问题的细化制作思路变得越清晰。lTips案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞图1-1二、制作过程3.制作萤火虫拖尾效果4.萤火虫运动变化案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞有三种最常用的方式创建粒子,如图1-2。（1）粒子工具；（2）创建发射器；（3）通过物体发射粒子。案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞1.创建“萤火虫粒子”图1-2 创建粒子的三种方式使用这种方式可以在三维空间里面任意位置创建粒子。这种方式创建的粒子是静止的。Particle Tool（粒子工具）这种方式可以创建三种发射器类型，由发射器发射粒子，当你播放时间滑块的时候，粒子以你在属性面板中设置的参数值进行运动，如图1-3。Create Emitter（创建发射器）它的属性面板基本上和上一种创建方式相同，不同的地方在于它的发射类型是从物体上的点、表面、曲线上面发射粒子，如图1-4。Emit from Object（从物体发射粒子）案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞图1-3 创建发射器属性面板图1-4 从物体发射粒子类型选中粒子发射器，Ctrl+A打开粒子发射器属性编辑器，调节粒子发射属性，发射类型为Surface（表面发射），发射量为5000，发射速度为10，随机速度为5，如图1-5、图1-6。（2）在这个案例中为了使萤火虫看起来更加有空间立体感，我们使用一个面片来发射粒子。选择第三种创建粒子的方式Emit from Object。打开Maya文件，在场景中新建一个面片，点击选中面片之后，在动力学系统下Particle Emit from object。（1）案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞图1-5 发射率（每秒发射的粒子数）图1-6 发射速度/随机速度属性（1）WindowsOutliner（大纲视图）中选中刚刚生成的粒子Particle1，Ctrl+A打开粒子的属性编辑器，在particle Shape1（粒子形态节点）选项下面的Render Attributes（渲染属性）,在Particle Render Type（粒子渲染类型）中选择Cloud（运粒子），如图1-7。2.如何让萤火虫发光发亮如果你发现渲染出来的场景中什么都没有，那么可能你使用了错误的渲染器。lTips案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞（2）改变粒子颜色和大小粒子大小随机变化在粒子形态节点下的Add Dynamic Attributes（添加动态属性）可以在这里为粒子添加General（常规属性）、Opacity（透明属性）、Color（颜色属性）。我们先要改变粒子的大小形状，所以执行GeneralParticleRadius PP命令，如图1-8、图1-9。2.如何让萤火虫发光发亮radiusPP：radius per particle（每粒子半径属性）。最常用的每个粒子的旋转、大小、缩放信息都被Maya事先定义好放在常规属性中，你只需点击添加就可以看到每粒子属性中多了半径属性栏。lTips案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞图1-8 添加动态属性图1-9 添加粒子半径属性（2）改变粒子颜色和大小在Radius PP后面的框内点击鼠标右键，弹出菜单，选择第一项Creation Expression（创建表达式），表达式编辑器弹出，如图1-10。选择Runtime after dynamics（动力学之后运行），并在对话框里写入表达式“particleShape1.radiusPP=rand（0.2,0.3）；”，此表达式是让粒子的半径大小在0.20.3之间随机取值。输入完毕后，点击下方的Edit（编辑）按钮即可，如图1-11。2.如何让萤火虫发光发亮Runtime before dynamics：在每一帧解算时，先执行表达式，再进行动力学解算；Runtime after dynamics：在每一帧解算时，先进行动力学解算，再执行表达式。在粒子学习阶段学会几个简单的函数表达式会让粒子变化丰富而灵活。lTips案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞图1-10 每粒子半径属性图1-11 为每粒子半径添加表达式现在把时间轴拉回到第一帧，Maya开始解算粒子效果，此时我们看到粒子的大小是随机分布的了，如图1-12。2.如何让萤火虫发光发亮表达式可以更轻松的帮助特效师完成复杂的K帧动画，Maya特效制作你需要学会几个简单的函数表达式。例如rand（）函数是指在一个范围内返回一个随机浮点数或者向量。lTips案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞图1-12粒子颜色随机变化给 粒 子 particle1添 加 一 个 新 的 变 量 属 性，执 行 Add Dynamic AttributesGeneralNew命令，弹出菜单如下图1-13所示菜单，在long name里面我们给它命名为“color”，Data Type（数据类型）选择Float（浮点型），Attribute Type（属性类型）选择Per particle（array），确认并添加。2.如何让萤火虫发光发亮Per Particle Attribute（每粒子属性）：为粒子对象中每个粒子添加属性；Per Object Attribute（每对象属性）：为整个粒子对象添加属性。lTips案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞图1-13 添加粒子颜色属性添加之后在粒子属性面板里会多一个color（颜色）属性，按以上的方法创建表达式：particle Shape1.color=rand（0,1）；。然后再给粒子particle1中的每一个粒子添加变量属性，执行Add Dynamic Attributecolor，弹 出 菜 单 如 图 1-14、图 1-15，勾 选 Add Particle Attribute（添加每粒子属性），然后确认添加。2.如何让萤火虫发光发亮案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞图1-14 添加每粒子属性图1-15 添加每粒子属性此时粒子属性面板里会多一个RGB PP属性，同样鼠标右键点击Create Ramp（创建渐变），如图1-16。选择后面的option方框，如图1-17，弹出菜单，在“Input V”下的下拉菜单里，我们选择“Color”，这样的目的是为了跟我们上面创建的“Color”属性关联起来。点击RGB PP属性栏，进入编辑渐变贴图，如图1-18。2.如何让萤火虫发光发亮编辑渐变贴图，让萤火虫的颜色丰富起来。注意渐变的类型为V Ramp（V向渐变）；Interpolation（插值）改为None。我们可以看到粒子的颜色是这三种颜色随机出现的。lTips案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞图1-16 粒子颜色属性创建贴图图1-17 创建贴图选项图1-18 编辑渐变贴图解算的效果，如图1-19。案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞图1-19（3）让萤火虫闪烁给particle1添加一个基于每粒子的透明度属性，如图1-20，在Opacity PP上面创建Ramp（渐变），进入编辑贴图模式，只保留一个色块，并点击Selected color（选定颜色后面的小方块），如图1-21。添加一个Fractal（分形）贴图，此作用是让粒子透明度随贴图的黑白变化而不断产生明暗变化，以达到看起来闪烁的效果，如图1-22。案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞图1-20 创建透明度属性图1-21 编辑渐变参数图1-22 添加分形贴图可根据实际情况适当调整参数，本案例参数设置如下图1-23。2.如何让萤火虫发光发亮案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞图1-23 分形贴图参数设置此时解算查看效果，可以看到粒子有闪烁的效果，如图1-24。案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞图1-24 选中particle1，然后执行ParticlesEmit from object命令。选择Windowsoutliner（大纲视图）,生成的粒子为particle2，发射器为emitter2，emitter2的发射类型为Omni（点发射），发射量设为150，并将emitter2的发射速度全部设为0。particle2的生命值给一个随机，粒子类型同样设为Cloud，如图1-25。（1）用粒子particle1发射另一套粒子particle2作为萤火虫的尾巴。给particle2添加一个Radius PP，并创建一个ramp贴图，用ramp贴图的黑白来控制粒子的大小，黑色为0，白色为1，如下图1-26。贴图下端是粒子出生时的大小，参数设为0.16，上端是死亡时的大小，参数设为0。（2）萤火虫的拖尾是一个由大到小的形状，这里主要是通过控制粒子Radius（半径）大小来达到效果的。解算一下，得到效果如图1-27。（3）particle2的颜色和particle1一样设置即可案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞3.制作萤火虫拖尾效果图1-25 粒子生命值属性图1-26 粒子半径大小的ramp 贴图设置图1-27 现在粒子运动还比较统一，可以给粒子添加Field（场）。选中particle1，FieldTurbulence,添加一个扰乱场，并调节参数大小，可以根据实际情况再微调参数。本案例设置如图1-28。案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞4.萤火虫运动变化图1-28 扰乱场属性设置再解算渲染看效果，最终用后期软件与背景场景合成，此时的效果才是我们所需要的效果，如图1-29。案例一：萤火虫空中闪烁飞舞案例一：萤火虫空中闪烁飞舞图1-29 案例二：墙上画门2l一、制作思路l二、制作过程问题1：怎样沿路径做动画？问题2：笔的前端火花？问题3：火花拖尾？问题4：画门洞过程中掉落的石头碎屑？l一、制作思路拿笔在墙上画个门洞，然后叫三声阿里巴巴快开门，是多少同学的美好记忆？l图1-30案例二：墙上画门案例二：墙上画门图1-30 二、制作过程3.制作火花的拖尾效果4.制作画门洞时掉下的石头碎屑案例二案例二：墙上画上画门做这个特效之前的铺垫是一个墙上的圆形轨迹，我们需要创建一个固定的圆周，所以我们先创建一个圆形的Curves（曲线），匹配到原模型的门洞边缘，如图1-31。1.实现圆周路径动画案例二案例二：墙上画上画门图1-31因为需要沿着圆圈发射粒子，所以我们先创建一个locator（定位器），Createlocator，目的是将粒子发射器绑定到locator（定位器）上，然后我们只需执行一个命令让locator能沿着路径运动即可。创建一个locator，打开大纲视图，选择刚刚创建的locator，shift加选之前创建的curves（圆环），接着在动画模块 下的菜单栏里面执行Attach to Motion path（连接到运动路径）命令，如图1-32、图1-33。1.实现圆周路径动画案例二案例二：墙上画上画门图1-32 图1-33 运动路径设置创建第一套粒子，在这个案例中我们使用创建发射器的方式来创建粒子。选择在动力学模块下ParticlesCreate Emitter（创建发射器），如图1-34。移动粒子发射器位置，移到locator的中心。继而让发射器与locator绑定（先选择粒子发射器再加选locator，然后按P键，创建父子关系）。解算效果如图1-35。2.制作笔的前端火花点击选择发射器，按住V键不松，再按鼠标中键，把发射器吸附到locator中心。lTips案例二案例二：墙上画上画门图1-34 创建粒子发射器点击时间轴上面的 播放就可以看到之前创建的定位器沿着圆环做圆周运动。Ctrl+A打开定位器属性面板找到Motion Path Attributes（运动路径属性），通过对U Value（U值）K帧来调整定位器的位置来匹配画笔的运动节奏。显然这不是我们要的效果，接下来我们来调整一下粒子参数（要想形成火花状的，就需要极度减少粒子寿命，加大粒子速度和发射率）：案例二案例二：墙上画上画门图1-35 粒子解算效果调整发射速率调整粒子属性里面的寿命调整粒子颜色调整粒子渲染类型调整发射速度案例二案例二：墙上画上画门（在发射器属性编辑器面板中Basic Emission Speed Attributes），如图1-37。u调整发射速度（根据笔开始画的帧数和画结束时候的帧数K发射速率），我们在这里是从144开始到200结束，大家可以根据实际情况调整，如图1-36。u调整发射速率案例二案例二：墙上画上画门图1-36 基本发射器属性图1-37 基本发射速度属性如图1-39。u调整粒子渲染类型（在粒子形态节点属性面板下的Lifespan Attributes），如图1-38。u调整粒子属性里面的寿命案例二案例二：墙上画上画门图1-38 粒子生命值属性图1-39 粒子渲染属性在Add Dynamic Attributes面板下添加每粒子的颜色属性，在上一个案例中已提及，在Per Particle（Array）Attributes里面生成的RGB PP属性中右键选择Create Ramp（创建渐变贴图），再次右键点击Edit Ramp（编辑渐变），更改颜色接近火花颜色即可，如图1-40。注意为了增加粒子的光感勾选渲染属性下面的Color Accum（颜色叠加），如图1-41。u调整粒子颜色案例二案例二：墙上画上画门图1-40 渐变属性图1-41 渲染属性颜色叠加我们进行结算后对比之前的粒子火花，看一下目前的前端火花效果，如图1-42、图1-43。案例二案例二：墙上画上画门图1-43 图1-42 拖尾的火花向外扩散的速度不大，而且存在的时间是比较长的，也就是粒子的生命是比较长的，所以我们需要考虑调整粒子发射器的速度和寿命就可以完成火花拖尾的效果。（1）调整粒子发射器速率和速度，Rate（每秒产生的粒子数）为500，Speed（速率）为0.5，随机速率为0.6，如图1-44。3.制作火花的拖尾效果案例二案例二：墙上画上画门图1-44 创建发射器属性（2）粒子渲染类型为Points（点），添加颜色属性，创建并编辑ramp节点，如图1-45。粒子生命值，如图1-46。3.制作火花的拖尾效果为了使火花效果更加自然丰富，思考如何得到图1-48的效果。l思考题案例二案例二：墙上画上画门图1-45 粒子颜色渐变参数图1-46 粒子生命值参数解算效果如图1-47、图1-48。在制作图1-48效果的时候，如果能考虑到火花和墙面会产生碰撞的情形是非常好的，我们可以选择需要做碰撞的粒子和墙面，在动力学模块下选择ParticlesMake Collide（使碰撞）后的option选项，调整弹性和摩擦力的值。案例二案例二：墙上画上画门lTips：图1-47 火花拖尾效果图1-48（5）粒子替换（4）建立一些碎块模型（3）碎屑往下掉（2）粒子碰撞（1）创建粒子发射器案例二案例二：墙上画上画门4.制作画门洞时掉下的石头碎屑（1）创建粒子发射器，将其绑定在之前创建的locator上，调整粒子属性。如图1-49，1-50。因为碎屑不可能消失，所以这里选择永恒的寿命。4.制作画门洞时掉下的石头碎屑案例二案例二：墙上画上画门图1-49 粒子发射器参数设置图1-50 粒子生命值参数（2）粒子碰撞，考虑到碎屑是实物，所以不能与墙面和地面穿插，我们需要分别给粒子和墙面之间，粒子和地面之间创建碰撞效果。选择粒子，加选墙面，点击ParticlesMake Collide（使碰撞），修改弹力和摩擦力的系数以符合真实效果，如图1-51、1-52。粒子和地面同理可推。4.制作画门洞时掉下的石头碎屑案例二案例二：墙上画上画门图1-51 碰撞命令图1-52 碰撞参数（3）碎屑往下掉。碎屑在自然界中需要受到重力作用往下掉。我们给创建的粒子添加一个重力作用，FieldGravity（重力），如图1-53、1-54。4.制作画门洞时掉下的石头碎屑9.8是重力默认值，可根据实际状况调整重力参数，越大的碎屑掉落的速度似乎应该越快，反之越慢。lTips案例二案例二：墙上画上画门图1-53 添加重力场图1-54 重力参数（4）建立一些碎块模型，三到四块形状各异的就可以了，然后把这些碎块的模型全部放到场景中，必须注意的是这些碎块必须全部放到世界坐标轴中心，并且删除其历史，冻结所有参数，坐标归物体中心。这三个步骤是使用粒子替代命令必须要执行的，为了让碎块准确地替换粒子，如图1-55。4.制作画门洞时掉下的石头碎屑案例二案例二：墙上画上画门图1-55 物体替代粒子设置（5）粒子替换。选 择 刚 刚 做 好 的 碎 块 模 型，在 动 力 学 模 块 下 选 择ParticlesInstancer（实例化），如图1-56。直接点击创建即可，此时会发现原来的粒子被替代为碎屑模型，如图1-57。4.制作画门洞时掉下的石头碎屑案例二案例二：墙上画上画门图1-56 粒子替代选项设置图1-57 碎屑替代粒子效果我们发现这些碎块的形状、大小、方向都是一样的，这显然不是我们想要的结果，我们需要使用表达式去实现真实的情况。首先在粒子形状节点的属性面板下：Instancer（实例化）标签下的General Options（常规选项）中的三个属性参数分别是控制替代物的大小、替换物体本身和旋转的，如图1-58。这三个选项里面都有默认值，我们为了更好地让碎屑产生随机变化，还是添加变量为好。4.制作画门洞时掉下的石头碎屑案例二案例二：墙上画上画门图1-58 粒子替代常规选项设置选择Add Dynamic Attributes下第一个标签General（常规属性），添加三个新的粒子属性：scpp，ropp，objpp。参数设置如图1-59。4.制作画门洞时掉下的石头碎屑案例二案例二：墙上画上画门scpp，ropp，objpp变量将利用表达式控制粒子的大小、旋转以及替代物本身。lTips添加成功后在每粒子属性栏下会多出三个变量：Scpp，Ropp，Objpp，随便选择三个变量中的一个，右键点击展开选择Create Expression（创建表达式），在输入栏里面输入一下表达式：particleShape1.objpp=rand（0,6）;particleShape1.scpp=rand（0.1,0.35）;particleShape1.ropp=;输入完成后，点击创建即可完成表达式的书写。在第一条表达式里面，你有几个碎块模型就写数字几，本案例中6块模型;在第二条表达式里面，碎块的大小随机取值在0.1到0.35之间（根据情况修改数值大小）；在第三条表达式里面，碎块模型会随机地在XYZ方向旋转。lTips图1-59 添加粒子常规属性现在我们需要在图1-58讲过的三个变量中重新创建的三个粒子属性并替换，如图1-60。此时从头播放一下时间滑块可以发现效果达到了预期所想的，大小、方向形状都随机变化了。4.制作画门洞时掉下的石头碎屑案例二案例二：墙上画上画门图1-60 粒子常规属性变量设置我们将在下一章的学习中利用动力学的流体模块为本案例添加烟的效果使得特效更加逼真，如图1-61。4.制作画门洞时掉下的石头碎屑案例二案例二：墙上画上画门图1-61 我们所讲解的所有nDynamic系统中的模块包括nParticle、nCloth、nHair模块其中的“n”就是代表了他们都是用Nucleus解算器来生成的。在n动力学中我们使用n粒子可以创建和经典粒子系统相同的特效，但是基于它的属性新特性它还可以模拟更先进的效果，如图1-62标注的部分，这些属性是Particle系统所不具备的。在实践中nParticle系统要比Maya经典粒子系统更容易理解和使用。4.制作画门洞时掉下的石头碎屑Nucleus是nParticles粒子解算器，重力和风力场的作用都在解算器的属性面板下。lTips案例二案例二：墙上画上画门图1-62 nParticle 属性面板案例三：墙体爆炸3l一、制作思路l二、制作过程问题1：怎样创建火焰层、泥浆层？问题2：怎样让泥浆与墙面产生碰撞？问题3：怎样调整粒子形态？l一、制作思路这是一个简单的nParticle特效，通过对案例的学习了解nParticle的使用特性。我们要做一个墙体爆炸效果，前面一层为火焰层，中间一层为泥浆层，如图1-63。l图1-63案例三：墙体爆炸案例三：墙体爆炸图1-63二、制作过程3.怎样调整粒子形态案例三：墙体爆炸案例三：墙体爆炸首先先创建一面墙体作为碰撞物体，如图1-64。1.创建nParticlesnDynamic系统中的碰撞物需要用Polygon建模，曲面创建的模型是无法识别的。lTips案例三：墙体爆炸案例三：墙体爆炸图1-64 墙体模型这时我们播放时间滑块发现粒子是向下落的，而且和墙体没有发生任何碰撞关系。u结论执行nParticlesCreate nParticles（创建n粒子）Create Emitter（创建粒子发射器），注意勾选下面的Points（点），我们需要粒子以点的形式存在，如图1-65。我们发现创建n粒子与创建传统粒子系统的方式，属性都基本相同，只是多了一种Fill Object（填充物体）的粒子创建方式，可以使用这个命令将整个Polygon模型填充满粒子。而后将创建好的粒子发射器放到墙体中，如图1-66。u图1-65、图1-66案例三：墙体爆炸案例三：墙体爆炸图1-65 创建nPaticles 图1-66 粒子发射器先选择物体，再点击属性nMeshCreate Passive Collider（创建被动碰撞物体），点开被动碰撞物体的基本属性，将Thickness（厚度）设为0.02，勾选上面的Collide选项，如图1-67。后面的选项检查是否与粒子使用同一解算器，如图1-68。2.粒子与墙体发生碰撞如果发现粒子与被碰撞物体之间并不是使用同一解算器，可以通过n动力学模块下的nSolver（n解算器）Assign Solver（指定解算器）来重新选择。lTips案例三：墙体爆炸案例三：墙体爆炸图1-67 粒子碰撞属性图1-68 使碰撞选项选择粒子打开其属性编辑器面板，在Collisions（碰撞）面板下勾选Collide，将Collide Width Scale（碰撞宽度缩放值）设置为0.5，如图1-69。2.粒子与墙体发生碰撞案例三：墙体爆炸案例三：墙体爆炸图1-69 粒子碰撞属性（1）调整粒子动态。（2）如何让火焰表现的更加真实呢？案例三：墙体爆炸案例三：墙体爆炸3.怎样调整粒子形态（3）添加湍流场FieldTurbulence（湍流场）选择粒子发射器将Rate每秒离子发射量改为20000，粒子速度改为1.184，如图1-70、1-71。（1）调整粒子动态。案例三：墙体爆炸案例三：墙体爆炸图1-70 粒子基本发射器属性图1-71 粒子基本发射速度属性我们需要给粒子添加场来控制粒子的运动状态，在本案例中，我们先给粒子添加了阻力场。点击FieldDrag（阻力场）。阻力场的作用是让粒子模拟的泥水在将要落到墙面边缘时运动速度变慢，模拟被溅落的感觉,如图1-72。在Volume Control Attributes（体积控制属性）属性编辑器下将体积类型改为Cube（立方体），如图1-73。（2）如何让火焰表现的更加真实呢？案例三：墙体爆炸案例三：墙体爆炸图1-72 阻力场属性设置图1-73 体积控制属性设置体积类型阻力场的属性设置完成之后，我们将这个阻力场再复制一个，注意复制出来的场和粒子必须产生关联，执行Window（窗口）Relationship Editors（关 系 编 辑 器）Dynamic Relationships（动态关系）,如图1-74。（2）如何让火焰表现的更加真实呢？案例三：墙体爆炸案例三：墙体爆炸图1-74 动态关系编辑器选择左边面板的粒子，再选右边面板复制出来的场，这样粒子就和场关联起来了。我们再将创建出来的两个阻力场放置如图1-75所示位置，我们解算看一下当粒子达到场内时运动速度就会变慢。（2）如何让火焰表现的更加真实呢？案例三：墙体爆炸案例三：墙体爆炸图1-75 阻力场设置添加湍流场FieldTurbulence（湍流场），如图1-76。添加FieldTurbulence（湍流场），而湍流场的作用是为了模拟泥浆的喷溅，这个场是全局性的，在Maya场景中都受到湍流场的影响作用。添加了这几个场并调节好这些参数后那么粒子就会呈现最终我们想要的动态效果，如图1-77、1-78。（3）添加湍流场FieldTurbulence（湍流场）案例三：墙体爆炸案例三：墙体爆炸图1-76 湍流场属性设置案例三：墙体爆炸案例三：墙体爆炸图1-77 粒子解算效果案例三：墙体爆炸案例三：墙体爆炸图1-78本章思路小结本章思路小结添加动力场（Field）模拟自然界的动力运动。添加每粒子属性的方式。创建渐变属性控制粒子的颜色、透明度的变化。本章难点总结本章难点总结创建简单的随机函数表达式更灵活地控制粒子的大小、旋转、方向属性。进阶特效蒲公英纷飞，思考粒子替代和动力场的作用。2.初级特效雨中池塘，思考粒子与水面碰撞之后产生的涟漪。1.三维动画艺术与特效课后实训作业课后实训作业THANK YOU谢谢观看模块二：Fluids流体系统动力学创建2D/3D流体容器的方法,通过提问题式教学法来引导学生思考创建流体效果的过程，同时了解流体的最终效果取决于流体的材质着色属性，特别是着色的不透明度的曲线调试，这个也是本章难点。本章重点理解流体容器的概念。创建流体容器。模拟流体效果。创建流体与几何体对象的碰撞。阶段教学目标模块二：Fluids流体系统动力学CONTENTS目录案例一：烟雾案例1案例二：篝火案例2案例三：爆炸案例3案例一：烟雾案例1l一、制作思路l二、制作过程问题1：如何创建烟雾？问题2：需要调整哪些属性让烟雾效果更逼真？l一、制作思路我们通过讲解分析烟雾的案例制作让读者了解3D流体容器的概念，对流体制作有一个基础的认识，继而结合之前讲解的墙壁画洞的案例，使用烟雾效果使最后效果更加地完善，如图2-1。l图2-1案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例图2-1二、制作过程2.调整流体属性让烟雾效果更逼真案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例（1）创建流体容器。1.创建烟雾（2）创建流体发射器案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例使用流体容器可以创建气体和泥状流体，例如云、火焰、泥石流等效果。这些特效需要在一个空间里面发生，所以在流体系统中容器的概念就应运而生了。在容器里面我们需要创建一个发射器来真正发射流体。所以创建烟雾的步骤主要为流体容器的创建和发射器的创建。（1）创建流体容器。在动力学模块下，执行Fluid Effects（流体效果）Create 3D Container（创建3D容器），在世界坐标中会得到一个3D流体框，如图2-2。1.创建烟雾流体容器类型分为2D容器和3D容器，它们的工作方法都是一样的。只是在2D容器中创建的流体是平面的（例如像压扁的气体），而在3D容器中创建的流体则是发生在立体空间内的。计算演示2D容器创建的流体要明显快于3D。如果要求的效果并不需要有视角的变化，那么创建2D流体容器可以大大减少渲染时间。lTips案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例图2-2 创建3D 流体容器选择流体框，Ctrl+A打开其属性编辑器，在Container Properties（容器特性）卷设置相关属性的参数，调节流体框的Size（尺寸）和Base Resolution（精度），参数设置如图2-3所示。流体框大小尽量将发射物体包裹在内，流体框不能直接拉伸缩放大小，而要通过它的大小尺寸属性来调节流体框大小。1.创建烟雾案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例图2-3 修改流体框尺寸（2）创建流体发射器.在场景中创建一个圆环，并且给它一个下落的动画（不具体介绍动画步骤），我们使用这个圆环来发射流体，如图2-4。1.创建烟雾流体发射方式与粒子发射器类似，两种最常使用的发射方式即为：发射器发射，从物体发射。lTips案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例图2-4 创建流体发射器选中圆环物体，并按住Shift键加选流体框，然后执行Fluid Effects（流体效果）Add/Edit Contents（添加/编辑内容）Emit from Object（从物体发射），如图2-5。、在大纲中选择发射器，Ctrl+A打开属性编辑器，在Basic Emitter Attributes（基本发射器属性）卷展栏设置相关属性的参数。发射类型有Omni（泛向）、Surface（表面）、Curve（曲线）、Volume（体积），我们可以根据需要选择对应的发射类型，本案例中我们选择的发射类型是Surface（表面），如图2-6。1.创建烟雾案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例图2-5 添加/编辑内容图2-6 基本发射器属性使用距离（1）修改流体发射器属性。在Fluid Attributes（流体属性）卷展栏下面，有三种流体发射方法，即Density Method（密 度 方 法）、Heat Method（热 量 方 法）、Fuel Method（燃料方法），每种发射方法有Add（添加）、Replace（替换）、No Emission（无发射）三个开启关闭开关，当选择Add或Replace时，前面的属性将开启并起作用，当选择No Emission时，前面属性将关闭并不起作用，我们可以根据需要选择开始或者关闭。本案例中我们调节烟雾的浓度只需将Density Method（密度）开启即可，如图2-7。2.调整流体属性让烟雾效果更逼真lTips案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例当使用Add（添加）作为密度方法来向容器发射气体时，气体的密度会不断上升直到发射停止。流体衰减图2-7 流体属性在Fluid Emission Turbulence（流体发射扰乱）卷展栏下面，可以开启流体发射扰乱，流体发射扰乱可以使流体发射形态随机产生扰乱的效果，可以根据需要开启。此处我们暂不开启，如图2-8。在Emission Speed Attributes（发射速度属性）卷下面，可以开启继承速度属性Inherit Velocity（继承速度），开启之后流体就可以继承发射物体的速度了，如图2-9。2.调整流体属性让烟雾效果更逼真案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例扰乱类型（渐变）扰乱速度图2-8 流体发射扰乱属性图2-9 流体发射速度属性速度方法（替代）继承速度法线速度方向速度经过初步修改流体发射器参数属性我们解算一下看下效果，如图2-10。2.调整流体属性让烟雾效果更逼真案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例图2-10 初步解算流体效果（2）我们观察发现流体发射出来了，但是形状动态还有点糟糕，所以我们需要调节烟雾的形态。首先我们要给流体添加几个常用属性：密度、速度、温度、燃料。打开fluidShape1流体形态节点下的Contents Method（内容方法）卷展栏下面的控制开关，将Density（密度）、Velocity（速度）、Temperature（温度）、Fuel（燃料）属性下拉菜单选择Dynamic Grid（动态栅格），如图2-11所示。2.调整流体属性让烟雾效果更逼真lTips案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例Dynamic Grid（动态栅格）是为密度，速度等这些流体属性创建栅格，你可以使用特性值填充每个体素，以便用于动力学模拟。密度（动态栅格）速度（动态栅格）温度（动态栅格）燃料（动态栅格）对应着内容方法属性，我们在流体形态节点下的Contents Details（内容详细信息）展开卷展栏可以看到密度、速度、温度、扰乱、燃料的属性框，如图2-12。我们可以对这些流体的常用属性进行调整，以达到我们想要的烟雾效果。Density（密度）常用属性：流体的密度属性反映了容器空间内的气体密度。本案例中密度参数设置如图2-13。Density Scale（密度缩放）：是对流体容器中的密度值以倍数相乘，例如小于1的密度缩放值会使得流体密度呈现透明，反之则呈现不透明度。Buoyancy（浮力）：浮力的数值越大，例如浮力为正值时，烟雾会向上跑，为负值时则向下沉。Dissipation（消散）：定义了容器内烟雾逐渐消散的速率。Diffusion（扩散）：定义了容器内密度的扩散速率。Noise（噪波）：定义容器内密度的动态随机值。2.调整流体属性让烟雾效果更逼真案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例Velocity（速度）常用属性设置如图2-14。Swirl（漩涡）：定义流体受到容器内一个类似漩涡场的作用会让烟雾翻滚，数值越大，翻滚的力量越强。Noise（噪波）：对流体速度值应用随机化。VTurbulence（湍流）常用属性设置，如图2-15。Strength（强度）：定义湍流的强度。Frequency（频率）：降低频率惠氏湍流的漩涡更大。Speed（速度）：定义湍流随时间变化的速度。Temperature（温度）常用属性设置，如图2-16。Buoyancy（浮力）：定义流体内置的浮力强度。Pressure（压力）：模拟由于气体温度上升而受到的压力增加。Dissipation（消散）：温度在容器内逐渐消散的速度。Noise（噪波）：模拟温度值的随机化。2.调整流体属性让烟雾效果更逼真案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例Fuel（燃料）常用属性设置，如图2-17。燃料与密度属性结合使用可以定义一个反应力发生的情况。密度表现了被反应的物体，而燃烧值则描述了反应的情形。例如温度可以引发燃烧开始反应，在这个过程中，燃烧值从未反应（值1）到完全反应（值0）。Reaction Speed（反应速度）：定义在温度达到或高于最高温度时候，反应值从1转化到0的变化速度。数值越大，物体燃烧的越快。我们通过添加这些流体属性，看看现在解算的结果，如图2-18。2.调整流体属性让烟雾效果更逼真案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例（3）我们看到现在烟雾的基本形状已经有了，但是动态透明度不够，所以需要继续调节烟雾的透明度。选择流体框，按ctrl+A打开属性编辑器，展开Shading（着色）卷展栏，如图2-19。Transparency（透明度）：调节流体整体透明度。Color（颜色）：定义颜色范围，调节流体整体颜色。Incandescence（白炽度）：用来控制从密度区域所发射出来的光线数和灯光的颜色。自发光发射不会受到照明或阴影的影响。Opacity（不透明度）：调节流体局部细节不透明度，用来表现有多少光线被流体所遮挡。2.调整流体属性让烟雾效果更逼真案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例现在我们来解算看一下效果，如图2-20。2.调整流体属性让烟雾效果更逼真案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例（4）设置烟雾动态细节。在解算结果中我们发现烟雾触及容器顶部的时候发生反弹了，也就是烟雾遇到流体框边界的时候没有发生自然的表现（继续上升）。此时要做的是打开自动调整大小卷展栏（Maya2011以后的新增功能），设置如图2-21。Max Resolution（最大分辨率）：设定流体容器在调整大小时可以增加的最大体积数。例如现在是400的最大分辨率，则表示流体总的分辨率不可以大于400400400。Auto Resize Margin（自动调节边界）：可以使流体自然地朝向自动调整大小的边界流动。勾选Auto Resize（自动调整大小）属性时，流体容器的边界会随着流体密度的增加和减少自动调整大小。启用它会加快渲染的时间。2.调整流体属性让烟雾效果更逼真案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例lTips对于某些需要快速移动且又要高分辨率的流体，自动调整大小属性可能会出现调整流体容器大小不够快，无法保持持续的流体，这会造成流体发射器移动到流体容器以外。在这种情况下，可以将一个发射器添加到自动调整的流体容器中，以强制在发射器的发射范围内扩展容器边界。这个时候需要勾选“Resize To Emitter”（调整到发射器大小）才能将流体容器调整到所添加的发射器大小。将Container Properties（容器特性）卷展栏下的碰撞边界关闭，不需要碰撞的边界设为None，次数我们只需要-Y轴方向碰撞，所以设置如图2-22。Base Resolution（基本分辨率）:设置基本分辨率可以增加流体的解算精度，但同时会增加解算时间。Boundary（边界）：如果定义某个轴的边界为None（无），也就是在这个轴的方向上无边界。定义为Both Sides（两侧）则是表明流体容器在这个轴的方向上有两侧边界。如果定义为-X、-Y、-Z说明分别关闭了-X、-Y、-Z的边界。2.调整流体属性让烟雾效果更逼真案例一：烟雾案例案例一：烟雾案例lTips流体实际上并不会离开没有边界的容器，它只是看上去那样，流体仍然只能存在于一个容器内。现在再解算一下，应该得到案例的最后的结果，如图2-23。案例二：篝火案例2l一、制作思路l二、制作过程问题1：如何创建火焰？（不同于烟雾）问题2：如何给火焰添加颜色？问题3：需要调整哪些属性让篝火效果更逼真？l一、制作思路我们使用流体系统制作黑暗中熊熊燃烧的篝火，如图2-24。对于3D流体容器再做进一步的介绍，巩固读者对于流体特效的制作思路的理解。篝火案例进一步讲解流体颜色、材质、属性的设置，初始状态的设定以及动力学模拟参数的调整。l图2-24案例二：篝火案例案例二：篝火案例图2-24 篝火案例二、制作过程3.调整哪些流体属性让火焰效果更逼真案例二：篝火案例案例二：篝火案例篝火的火焰运动速度是很快的，这个和之前的烟雾案例不同，烟雾很大程度上都要受到空气和浮力的作用，具有飘浮的特性，而篝火的能量主要是由火焰中心提供的，是具有温度的，从中心向外围发散热量。（1）创建流体容器。首先我们需要创建一些Polygon的立方体来模拟木柴，如图2-25。然后在动力学模块下面我们依然点击Fluid Effects（流体效果）Create 3D Container（创建3D容器），如图2-26。考虑到火焰中心在木柴下方，所以我们要考虑通过移动容器Y轴方向的位移去匹配真实的情况。1.创建火焰案例二：篝火案例案例二：篝火案例流体框必须要将反应物体完全包裹在容器内，因为容器就是火焰发射的范围，这里不能直接用缩放来控制容器大小，否则解算流体的时候容易出现“切边”的现象（如图2-27所示）。lTips图2-25 木柴模型图2-26 创建3D 流体容器图2-27 气体被流体容器“切边”案例二：篝火案例案例二：篝火案例案例二：篝火案例案例二：篝火案例图2-28 容器属性图2-29 容器尺寸调整调整流体属性，改容器尺寸，如图2-28。在流体形态节点下的Container Properties（容器属性）卷展栏下调整Size（大小）在X、Y、Z方向上的缩放来匹配即将产生的火焰，如图2-29。案例中将流体框放大了很多，预留了比较大的空间为了阻止将来烟火被边界阻挡。1.创建火焰案例二：篝火案例案例二：篝火案例（2）选择物体加选容器，创建发射器，Fluid Effects（流体效果）Emit from Object（从物体发射），解算一下效果，如图2-30。1.创建火焰图2-30 解算流体特效step 1 打开流体属性编辑器面板，调节Container Properties（容器特性）下的Base Resolution为50，增加流体解算精度，火焰的细节也会更明显。调整Boundary Y为-Y Side,在容器底部设置一面墙让气体向上升而不会往下走，如图2-31。考虑到火焰效果有温度的特性，所以我们需要打开Contents Method（内容方法）下面的Temperature（温度）开关，将它设为Dynamic Grid（动态栅格），如图2-32。1.创建火焰对于精度要求非常高的特效电影，Base Resolution一般会设为400。lTips案例二：篝火案例案例二：篝火案例图2-31 流体容器特性设置温度图2-32 流体容器方法设置为火焰添加颜色。目前我们所解算的流体特效中火焰都是白色的，没有真实世界中烟雾的明暗特性，我们需要添加灯光来显现它的特质。在流体形态节点下的Lighting（灯光）Self Shadow（自带阴影），如图2-33。2.如何给火焰添加颜色案例二：篝火案例案例二：篝火案例图2-33 流体灯光设置（1）解算一下效果如图2-34。我们需要进一步调整火焰的属性。3.调整哪些流体属性让火焰效果更逼真案例二：篝火案例案例二：篝火案例图2-34 解算流体特效step2 打开Dynamic Simulation（动力学模拟），调整Viscosity（黏性）为0.04，作用是增加火焰的油性值，这个数值是很敏感的，只需要略微调整就可以了。调整High Detail Solve（高细节解算）为All Grids（全网格），同样增加流体解算的精度，适用于创建爆炸翻滚的云或者是巨浪一样的烟雾效果，参数设置如图2-35。调整Auto Resize（自动调整大小），让火焰适应于容器边界，如图2-36。3.调整哪些流体属性让火焰效果更逼真案例二：篝火案例案例二：篝火案例（2）设置初始状态。和上一个案例不同，烟雾的产生是从无到有的过程。本案例中的火焰需要有一个初始状态，即从一开始它就是燃烧着的。我们把流体结算到70帧时候的火焰状态设为初始值，在Fluid EffectsSet Initial State（设置初始状态），如图2-37。3.调整哪些流体属性让火焰效果更逼真案例二：篝火案例案例二：篝火案例图2-37 设置火焰初始状态当我们设置结束时，回到第一帧的时候，你会发现火焰从第一帧就呈现刚才在第70帧的效果，如图2-38。3.调整哪些流体属性让火焰效果更逼真案例二：篝火案例案例二：篝火案例图2-38 火焰回到第一帧的效果（3）设置流体动态细节。打开Contents Details（内容细节）卷展栏下的Density（密度）、Velocity（速度）、Temperature（温度）属性，调节参数值如图2-39。我们在上一个案例中分别解释过常用参数的作用，读者可以根据在制作时遇到的实际情况做调整。3.调整哪些流体属性让火焰效果更逼真案例二：篝火案例案例二：篝火案例（4）现在渲染一下效果，得到如图2-40所示。3.调整哪些流体属性让火焰效果更逼真案例二：篝火案例案例二：篝火案例图2-40 火焰渲染效果step1（5）调节烟火材质属性，如图2-41。解析参数如下：3.调整哪些流体属性让火焰效果更逼真案例二：篝火案例案例二：篝火案例我们下面就对流体的着色属性设置做进一步的解释。着色整体属性，如图2-42。Transparency（透明性）:调节整体烟火的透明属性，滑块从左向右是由黑到白的渐变，黑色代表是不透明，白色代表是全透明。可根据实际效果来适当调整滑块的位置。Glow Intensity（辉光值）：可以增加火光的辉光。Edge Dropoff（边衰减）：调节完成后火焰越靠近容器边缘越接近透明，设置边缘衰减可以避免流体碰到容器边缘时产生清晰的分界线，一般取值不宜过大。Color颜色属性（调节烟的材质），如图2-43。实际就是烟的颜色（不代表是火的颜色），一般烟就是灰黑色的，这里根据需求来调节。要注意到的是将Color Input（颜色输入）设为Density（密度）过渡方式，而Input Bias（输入偏移）设为0.8，就是意味着流体的颜色会随着流体的密度而改变。3.调整哪些流体属性让火焰效果更逼真案例二：篝火案例案例二：篝火案例图2-42 着色整体属性参数图2-43 颜色属性参数设置图2-41中的选择颜色的渐变条，最左边代表密度最小时候的颜色，右边代表了密度最大时候流体的颜色。输入偏移则表示渐变条从左往右的总体偏移量。lTipsIncandescence白炽度属性（调节火焰自发光的材质），图2-44。这里选择Incandescence Input（白炽度输入）为Temperature（温度）过渡方式，输入偏移设为0.8，意味着流体的自发光会随着温度的变化而改变，渐变条从左到右代表火焰从消失到产生的自发光颜色，也就是火焰消散的时候呈现黑色，刚出生的时候呈现黄色（这里需要大家多调节来好好掌握火和烟的关系）。Opacity不透明属性，调节如图2-45所示的平衡滑条。可以看到我们将流体的不透明输入的过渡方式也设为密度，从不透明度的渐变条可以看出随着时间的推移，密度会趋向于0的时候透明度也趋向于0。3.调整哪些流体属性让火焰效果更逼真案例二：篝火案例案例二：篝火案例这里控制的是火焰细节的不透明度，这和火焰整体透明度是不一样的概念。一般火焰的中心都是透亮的，中间是火和烟的共同部分是比较浓密的。而接近火焰和烟雾的消散的时候，曲线自然会趋向于0。lTips解算之后得到最后的渲染效果，如图2-46。读者在模仿学习的制作过程中，需要不断去解决遇到的问题，只有通过思考和不断地调试才会真正转化为自己的经验知识，才可以灵活地运用这些内容而做出更有创意的特效。3.调整哪些流体属性让火焰效果更逼真案例二：篝火案例案例二：篝火案例火焰不仅在Maya中有别的制作方法，在3D Max中也可以方便地创建。这里推荐一款常用的3D Max火焰插件：Fumefx。读者有兴趣的话也可以尝试学习，效果非常不错。lTips图2-46 火焰渲染效果案例三：爆炸案例3l一、制作思路l二、制作过程问题1：使用什么发射器来创建流体？（比较之前的篝火案例）问题2：爆炸的瞬时性如何表现？问题3：如何创建流体产生爆炸？问题4：火焰运动中的翻滚团状烟雾怎样产生？问题5：怎样使爆炸的火焰和烟雾的细节更加丰富？l一、制作思路本案例的重点是使用粒子驱动流体做爆炸效果，如图2-47。在影视动画中结合动力学系统中的不同体系例如粒子和流体，是非常普遍的特效制作方式。本案例属于流体系统中的进阶案例，对于之前讲过的基础知识点不再做重复的解释，我相信读者学习这个案例的时候对于基本的创建流体容器以及修改其属性步骤已经非常清楚了。l图2-47案例三：爆炸案例案例三：爆炸案例图2-47 爆炸效果二、制作过程3.如何创建流体产生爆炸5.怎样爆炸的火焰和烟雾的细节更加丰富4.火焰运动中的翻滚团状烟雾怎样产生案例三：爆炸案例案例三：爆炸案例比较篝火的案例，爆炸更具有强烈的冲击效果，所以需要考虑使用什么发射器来发射流体创造这么震撼的效果。所以经过思考之后我们使用粒子来发射流体，因为粒子数量多而且可以控制范围。最重要的是爆炸的瞬时性效果可以通过修改每秒产生的粒子数量来完成。（1）创建粒子。在Maya场景中创建粒子发射器，更改发射器类型为体积发射器，并把体积类型改为圆环状，如图2-48所示。调整粒子发射速率：考虑到爆炸特效，一般多为瞬时爆发的，所以这里只需要给粒子发射速率K帧就可以了，如图2-49所示将发射速率在第4、5、7、8帧分别设为0、200000、200000、0。案例三：