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【转】【Maya】刚体动力学特效-撞击破碎特效的完整流程

现在我们来弄一个比较复杂的刚体动力学特效。一个大铁球撞破墙壁,一辆路过的小轿车被碎石击中,然后变向(危险行为,请勿模仿)。

 

1.墙壁的创建。
这里就不与BlastCode这样专业的破碎插件进行比较了,我使用Maya最平常的方法创建出即将破碎的墙壁。 

Maya制作模型碎片的一些方法:
(1)使用CutFacesTool对模型进行直线切割。这种方法可以得到很规整的模型,尤其可以应用于复杂几何体的切割,不过缺点就是操作繁琐。
(2)使用SplitPolygonTool在简单的平面上描绘出裂痕,然后使用提取面命令分离这些面(执行Extract命令前KeepFacesTogether要先去掉勾选)。

(3)使用内核布料系统的布料切割,不过碎片会比较整齐。
(4)使用Dynamics动力学模块下Effects菜单的Shatter。此命令要求模型无历史,且材质不能太复杂,在圆弧表面的几何体上容易发生形变。
(5)使用SplitVertex切分点工具。此命令会将点周围的边全部分离,与布料的切割类似。
(6)使用自定义的色块贴图,执行贴图转几何体命令(TextureToGeometry),然后提取面分离。这是最省事的方法,可控性也高,不过太复杂的贴图Maya会需要大量的运算时间。与BlastCode插件的破碎贴图有点类似。
这里,我所进行的步骤如下:
(1)使用CutFacesTool将面片切割为几大块;


(2)对撞击中心的区域模型进行细分操作:EditMesh->AddDivisions;

(3)删除所有碎片的历史,对细分后的碎片执行:Effects->CreateShatter(粉碎);


(4)全选整个墙体模型,执行Extrude(挤压)命令,制作出厚度;


(5)全选整个墙体模型,执行Combine(合并)命令,合并为一个物体以方便编辑UV;


(6)选择这个合并后的模型,使用一个平面的UV贴图投射PlanarMapping(如果也需要对模型的厚度进行单独UV展开,可以在侧视图选择这些模型面后进行AutomaticMapping);


(7)选择模型,执行Separate(分离),再次将模型分离为独立的小块,然后删除所有历史。


(8)除了删除操作历史,冻结坐标(FreezeTransformations)和轴心居中(CenterPivot)也是很重要的操作。如果你在执行刚体解算时发生异常(如碰撞后刚体方向,旋转或大小很不合理的变化),那么最大的可能就是刚体物体或者其所在的组的变形属性(位置,旋转,缩放)的初始态有数值变化。


(9)赋予模型贴图。与常规的模型贴图是一样的,没太多需要说明的,不过要注意的一点就是:由于是会产生动力学动画的物体,因此不可使用3D纹理节点进行贴图(谁用谁知道……)。

2.其他场景物体。斜坡,地平面,小车,大铁球。


3.制作包裹物体(刚体代理)。刚体的模拟是很耗费资源的,尤其是过于复杂的模型。配合分层渲染,我们应尽可能的优化刚体的解算。包裹物体就是参考复杂模型的基本外观,制作出一个简单的多边形几何体;将复杂模型作为包裹物体的子物体,然后在渲染的时候排除包裹物体(方法很多,最简单的就是将该包裹物体放于物体层中,设置层选项为Template参考模式-T字母标志;不过如果使用的是MentalRay渲染,就需要使用渲染过滤,因为MR不支持参考模式的层设置)。


4.赋予包裹物体刚体属性。


包裹物体刚体属性参数设置如下:
InitialVelocityZ(Z轴向的初速度):-20(负号表示朝Z轴的相反方向运动)
ImpulseZ(Z轴向的推力):-10(抵消部分总摩擦力)
Mass(质量):500
Bounciness(弹性):0.3


5.动力场连接。选择车的包裹物体,执行Fields->Gravity,将重力场增加至刚体解算中。


6.对地面创建被动刚体。


7.刚体约束。选择墙壁后的球体,执行CreateNailConstraint(创建钉子约束)。创建约束或动力场连接时,Maya会自动将几何体转为刚体属性,所以可以跳过赋予刚体属性的步骤。
球体刚体属性参数设置如下:
Mass(质量):1000
Bounciness(弹性):0.1


8.设定初始位置。可以使用风场将球体吹至一定高度后,再将此位置的球体设置为初始态InitialState;这里我使用一个NURBS曲线圆圈进行定位,直接移动球体的位置(钉子约束点位置不变)。


9.手动将刚体与场景中已存在的动力场进行连接。选择球体,执行Window->RelationshipEditors->DynamicRelationships(动力学关系编辑器),点击Fields栏下的GravityField,当文字背景为默认的橙色时表示所选物体已经受重力场的影响。


10. 测试场景。为使小球穿过墙体撞击小车,根据需要改变小车的初速度或推力。因为总摩擦力与小车的质量有关,因此初速度的能量消耗程度取决于物体质量和摩擦因数的大小。


11.墙壁刚体的制作――由于墙壁有较多的碎片小块,因此我将它留到最后再制作。全选墙壁物体,执行CreateActiveRigidBody。此时最好不要播放场景动画,因为基本上都会卡机,甚至Maya崩溃。
解决方案(任选其一):
(1)缩小所有刚体,使它们之间具有一定间隔,并修改刚体解算器下的参数值-步长和碰撞容差。
(2)设置刚体代理-方体和球体,降低解算质量。
(3)设置碰撞层。
(4)设置穿插属性。
如果撞击发生在很短的一瞬间,且镜头上不会过多的停留在碎片的飞行中,那么可以使用方案(4),这是快速实现效果的最优选择;
如果镜头不会停留在撞击点上(或者距离较远,可以忽略模型块的间距),我们可以使用方案(1),这可以较为完美的实现碎片飞行中的碰撞;
如果碎片较为规则,接近于方体,可使用方案(2)刚体代理来完成;
如果你需要对不同区域的碎片进行碰撞设置,方案(3)则可以考虑,我们可以将之理解为方案(4)的扩展。
有时由于一些画面视觉的要求,我们需要同时将多种方案应用于一个场景动画中,但往往还是难以达到理想的动力学解算效果。此时,我们可以对个别物体的烘焙关键帧进行细节动画的调整;如果工作量太大,对碎片进行分层渲染来避免穿插镜头也是可以考虑的。

12.选择方案(4)进行。一般撞击后飞行的碎片之间的碰撞不会太多,这里我直接忽略(谁叫我使用的是一个过时了的笔记本……效率优先),遇到穿插时我更倾向于对烘焙了关键帧的物体进行个别处理。
(1)全选墙壁的各刚体几何体,执行CreateActiveRigidBody;


(2)保持刚体全选,点击右边通道栏SHAPES下的RigidBody节点,展开属性列表,直接修改参数值如下(所有选择物体的相同属性都会被同时修改):
Mass(质量):20
Bounciness(弹性):0.1
StandIn(替代):Cube(为了正确解算,最后我还是设为了None)


(3)保持刚体全选,执行Solvers->SetRigidBodyInterpenetration(设置刚体穿插);


(4)选择最下面的几何体,将通道栏中的Active改为Off输入0,回车即可)。
因为底部几何体不参与动力学解算,此步操作将所选几何体变为被动刚体,可避免它们与被动刚体地面的穿插(或者你也可以将它们与地面设置刚体穿插)-被动刚体间不会出现解算穿插的问题。


(5)设置了刚体间的穿插,可以获得流畅的动力学解算效果,并且除了刚体碎片间的碰撞,它们与场景中其他刚体的碰撞还是会被真实的解算出来。如果仍打算将解算质量降到最低来提高解算速度,可以将所选刚体的通道栏的StandIn设置为Cube,并将刚体解算器RigidSolver节点的StepSize(步长)和CollisionTolerance(碰撞容差)数值提高,而RigidSolverMethods设置为MidPoint。


(6)播放场景动画进行测试。当动画达到预想效果,对墙体刚体设置重力场。


在碎片被撞击飞出之前,我不打算让它受到重力场的作用而运动,因此我需要加入一个新的重力场,并对力场设置关键帧:将重力场的Magnitude(强度)设置为0;在发生撞击的那一帧设置关键帧(KeySelected),然后在下一帧更改Magnitude数值为9.8并设置关键帧。

(7)选择那些不打算参与解算的模型,将它们通道栏的Ignore设置为On


(8)播放动画,发现碰撞区的一些碎片与剩余的墙体发生穿插。

要解决这个问题,可以选择这些刚体,恢复它们的碰撞属性(SetRigidBodyCollision)――如果恢复的刚体太多,那又回到了设置穿插属性之前;根据镜头需要,常常需要进行分层渲染或调节烘焙关键帧来解决物体穿帮的镜头(华丽的特效是要慢慢磨出来的)。


(9)当动画效果基本达到,烘焙动力学模拟的关键帧(BakeSimulation),然后删除所有刚体属性。
*国际惯例,将关键帧的总长度压缩为一半左右。

13.设置镜头及灯光,渲染。当加入一些粒子特效(3D粒子或平面粒子)及碎片飞行的运动模糊,并在后期合成中完成震镜效果,一个很酷的撞击特效也就产生了。以下使用平面粒子软件ParticleIllusion素材中的一个简单烟效进行合成的效果演示。


14.最终效果(太大图片网络观看会比较卡,因此设置为低质量的GIF图片)。


15.技术点总结:
切割物体-设置刚体属性-添加力场和碰撞-设置刚体穿插-烘焙动力学关键帧

 

来源:WingOfStar☆

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