以毛发模拟系统表现海水动画-龙华科技大学.pdf

以毛髮模擬系統表現海水動畫 以毛髮模擬系統表現海水動畫 黃奕豪 鐘世凱 國立台灣藝術大學 國立台灣藝術大學 多媒體動畫藝術研究所 多媒體動畫藝術研究所 研究生 副教授 摘要 自然環境的模擬在電腦繪圖領域一直是個挑戰，其中海水的模擬更是比其他的自 然環境如山丘、天空等要更為複雜。對於一位獨立動畫製作者或是藝術家來說，模擬 海水無非是一道相當高的門檻。本文研究幾種常用的海水模型，介紹海水模型中相關 的波浪理論，提供一些想法給之後的研究者。本研究不深入談論艱深難懂的數學等式 與方程式，而嘗試由動畫製作者的角度，以資料量大小、建模、動作控制、乃至於動 畫電影和特效的呈現，以動畫製作流程必經的幾個製作層面來分析各種海水模型的優 缺點。 本文分析 MAYA 中，相對海水模擬系統來說較為成熟的毛髮模擬系統，找出當中 適合的模擬機制，進一步應用在較難的海水動畫上。另外 ，再整合粒子系統，利用 Expression設定條件判斷式控制粒子，藉此模擬海水動畫中浪花的部分。最後，本研 究整合上述，設計定製圖形化的使用者介面，讓獨立動畫創作者更方便於操作和表現 海水動畫。 關鍵詞： 海水運動、3D電腦動畫、毛髮模擬系統、粒子系統 1.海水表面是廣闊無邊界的，其表面的運 壹、前言 動，在動畫的製作中隨著時間每一格都 在電腦繪圖的領域當中，創造模擬自 必須有變化，所以海水表面的運動可以 然界的環境與自然現象，不管是對藝術家 說是有其一定的連續性和規則性但又充 在創作上或是對電腦計算的負擔上都是一 滿多變性與隨機性的，是一種複雜的自 項嚴峻的考驗。自然現象的多變性與隨著 然現象。 時間變化的不固定性都是其在電腦動畫上 2.海浪的產生牽涉風力、海水本身重力、 必須克服的課題，而其中又以開放性的水 表面張力、自旋力等複雜的物理計算， 域（Open-Water）如海洋、湖泊等在電腦 而海浪的組成又細分成三種不同程度細 的模擬上最為複雜，因為就一個完整的海 節的表現[25]：大範圍的海浪翻轉波 洋環境而言可大致分成海水表面、海面下 動，包含了巨浪和破碎的前浪部分；海 水域、海底地形三大部分，海水表面的海 水表面細微的海水波紋；因應波浪產生 浪又關係到海域的深淺以及距離岸邊的遠 的飛濺的泡沫與白色浪花。 近。每個區域都牽扯複雜的物理行為。 3.海水模擬除了模型還要考慮光影的計 電腦繪圖的領域中對於海水模擬主要 算，天空光影的反射、折射、陰影、焦 的挑戰的問題與困難在於： 散等等，還必須考慮海面下是否有物體 83 龍華科技大學學報第二十七期,2009.06 產生額外的光影效果，還必須考慮攝影 說，圖1電影《海神號》和較早之前的《鐵 機的遠近與角度。 達尼號》當中的虛擬海水，都是屬於遠洋 4.基於流體力學的計