基于Fumefx的水墨扩散动画研究

刘　蕤

(湖北科技学院　艺术与设计学院，湖北　咸宁　437005)

基于Fumefx的水墨扩散动画研究

刘蕤

(湖北科技学院艺术与设计学院，湖北咸宁437005)

摘要：水墨动画中虚虚实实的意境和轻灵优雅的画面，一直是水墨动画数字化制作中的难点。随着技术的发展，特别是流体软件的突破，使用数字化的手段制作水墨动画成为现实。本文介绍了基于流体插件Fumefx模拟水墨扩散动画的方法，旨在为水墨动画制作提供思路和方法。

关键词：Fumefx；水墨动画；水墨扩散

20世纪60年代到80年代末，中国动画人创造了风格独特的水墨动画。它将中国的民族特性与动画媒介相结合，形成了特有的动画表现形式，渗透出深厚的民族文化底蕴，为中国动画在国际上赢得非常高的赞誉，奠定了“中国学派”动画的基础。然而到20世纪90年代后，水墨动画并未随着中国社会的变革而发展，而是陷入了停滞状态，提起中国水墨动画都是以往的辉煌。

随着数字技术的发展，特别是三维数字动画短片《夏》的实验成功，水墨动画开始焕发新的活力，唤醒了国人心中沉睡已久的水墨动画情怀。近年来，水墨元素更是被大量运用在电视广告、游戏过场CG、栏目片头中。水墨动画的表现形式也有了新突破，水墨的扩散特效便是其中之一。在水墨动画制作中，要实现水墨扩散的效果一般有两种方法：一种是基于物理仿真的实拍的方法，另外一种是基于计算机图像技术的非物理仿真方法。前者是搭建玻璃水箱场景，布置灯光，将墨水滴入水箱中，然后使用高速摄像机进行拍摄，最后再进行后期剪辑合成。这种实拍方式的优点是效果非常真实，但是在表现效果上有非常大的局限性，很难让墨水随心所欲的流动，一些现实中不存在的波澜壮阔的大场景也无法实现，需要得到理想的水墨效果还需要反复进行试验，费时费力。后者通过计算机图形图像软件制作的方式表现主题，这种方法几乎可以表现任何效果，而且制作周期短，设备简单，往往只需要几台硬件较好的电脑就可以制作。目前模拟水墨扩散的效果使用较多的有Maya的流体和3Ds max的插件Fumefx，Maya的流体较难控制，Fumefx则较为简单，并且模拟非常真实。

一、Fumefx简介

Fumefx是一款十分强大的基于3Ds max的流体动力学插件，最新的版本为3.5.1，它可以模拟出真实的火、烟及爆炸等常见的气体现象，与其它的流体插件相比，Fumefx不仅能很好的模拟出复杂流体的运动，还能考虑到物理学中温度、重力、燃料等因素对模拟效果的影响，它是建立在模拟真实的流体运动基础上的插件，而其他流体插件是建立在粒子系统的基础上，难以控制且渲染需要耗费大量时间。Fumefx在3Ds Max中由以下4个部分组成：

1．栅格(Fumefx Grid)

它是Fumefx系统的核心部分，在这里可以添加物体、粒子系统、力和源，进行运算和最终的渲染。创建完成后为长方体，在场景中以黄色线框的形态展现，所有的烟、火特效将只能在栅格内模拟，并且Fumefx是建立在物理模拟基础上，所以需设置好栅格的大小，栅格中可以看到简化粒子后的模拟形态。当Fumefx安装成功后，可以在3Ds Max“创建”面板中“标准基本体”下拉列表中选择“Fumefx”来拖拽创建栅格。

2．源辅助对象(Fumefx Source)

它是模拟的流体发射源，如不创建源，Fumefx网格中将不会有任何运算。源辅助对象分为简单源(simple Src)、对象源(Object Src)和粒子源(Particle Src)三种方式，其中，简单源是最基本的流体发射器，它直接向栅格内发射粒子；对象源和粒子源则是以物体和粒子作为流体发射的载体，它可以实现特效师天马行空的想法。而空间中的重力产生的方向由重力矢量(Gravity Vector)模拟，它可以随意改变流体发射的方向，甚至可以制作出奇特的反重力特效，如需制作出更快速流动特效，可以在场景中创建风场对流体的运动进行加速，并将方向与重力方向相同即可。

3．浮动面板(Fumefx UI floating dialog)

当设置好栅格尺寸，选择合适的源(Sources)对场景进行驱动模拟后，就需要对模拟进行设置了，这需要在Fumefx浮动面板中进行定义和参数调整，在这里可以将源加入模拟引擎，存储模拟数据到外部路径，调整烟火的外观和浓度，设置灯光照明等。

4．交互式预览窗口(Interactive Preview Window)

使用者可以在预览窗口中快速预览效果，并且可以实时观察到调整参数后的结果，通过预览窗口可以调试各项参数，它以高质量草图方式交互地显示模拟结果，不需要进行不断的渲染测试。

二、Fumefx制作水墨扩散的过程

1．创建栅格

Fumefx中制作水墨流动效果，首先需要创建一个Fumefx栅格，所有的模拟都将在栅格中进行，栅格越大则分辨率越高，但栅格过大会减慢预览的速度，也会减缓渲染速度。如计算机硬件配置难以支撑较大场景的渲染，可以采用将场景按其在画面中前、中、后的位置单独制作栅格渲染输出，此方法虽然需要花费更多的精力与时间，但是为后期合成提供了极大的便利，在后期中可以分层调节。

2 .“简单源”与“重力”的建立

在场景中创建“简单源”为流体发射器，将其箭头方向调整至往下发射，并放置在栅格内的顶部位置。在场景中创建“重力”，将其箭头方向调整至向上，“重力”可在场景中任意放置，它的位置对运算结果无任何影响，它可以模拟真实物理世界中的重力，创造出水墨从高处往低处流动的特效。

3．Fumefx UI基本设置

在修改面板中激活Fumefx UI浮动面板，该面板为Fumefx中最重要的参数面板。在使用Fumefx时会产生大量的临时文件，需要占用较大的硬盘空间，在使用前先将输出路径、临时文件路径分配至较大硬盘分区，以免预览过程中硬盘空间不足，设置完成后需要退出后再进入软件，所有设置才能生效。

4．水墨扩散效果的模拟

(1)“常规”选项卡中的参数设置： “间距”设置为10mm，该参数决定像素的大小，值越低则越精细，所消耗的时间也越久，在测试时可将该参数调大，渲染输出前再调整成精细值。“灵敏度”为1，该参数越大则栅格包裹物体越紧。

(2)“模拟”选项卡中参数设置：本文中只介绍水墨效果的模仿，所以关闭“燃料”卷展栏中的“燃料模拟”，只模拟“烟”的效果，而水墨扩散的效果与烟的效果类似。

(3)“渲染”选项卡中参数设置：关闭“火”卷展栏中的“火”的渲染。

(4)“照明”选项卡中参数设置：在“照明参数”下的“光源”中需拾取光源，如不拾取3Ds Max的光源不会对流体产生效果。

(5)“物体/源”选项卡中参数设置：在“物体”卷展栏中拾取创建的“简单源”和“重力”，否则Fumefx将不会进行模拟，并对“简单源参数”卷展栏下的“烟”进行制作关键帧，打开“自动关键点”，在起始帧0帧时将“数量”设置为4，在结束帧时设置为0，这样就会产生烟由开始出现的高浓度变为低浓度，最终消失的关键帧动画。如需制作水墨遇到物体时扩散的效果，可以拾取物体模型，该设置将会使模拟的烟从上方流下，在接触到物体模型时会顺着物体形状流下。

(6)打开Fumefx UI面板中的输出预览面板，对画面生成预览，此时的效果与水墨效果还相去甚远，需要对部分参数做一定修改。将场景环境改为白色，在Fumefx UI面板中“渲染”卷展栏中将“环境颜色”改为白色，将“烟雾颜色”改为黑色。再次进行预览，效果已经接近水墨效果，但是细节部分还有欠缺。

(7)在Fumefx UI面板中，将“模拟”卷展栏下的“重力”适当加大，并调节“扰乱”数值，使烟雾产生不规则紊乱的效果。在“流体贴图”中勾选“流体贴图”，在“渲染”卷展栏下的“贴图来源”中改为“流体贴图”，并为“贴图”贴入“Noise”(噪波)贴图，打开“材质编辑器”，将贴图以“实例”的方式在“材质编辑器”中进行修改，将“噪波参数”中的“噪波类型”改为“湍流”，“级别设置为5，交换黑白两色，调整“高”值为0.25，“低”值为0.19。勾选“烟”卷展栏下的“透视阴影”与“接收阴影”。

(8)“渲染”选项卡中的参数调整可以在预览窗口中进行实时观测而不需要重新进行生成预览，当生成预览后可将摄像机视图分辨率按最终输出尺寸的像素比例缩小后进行渲染，可减少渲染时间，以便反复修改参数，表现出更加真实的水墨效果。最终渲染时，在Fumefx UI面板中“常规”选项卡中的“间距”数值设置为较低数值，在“模拟”选项卡中将“质量”设置为高数值，这样就能渲染出高质量的序列帧。

(9)当所有场景生成预览，确认无误后即可进行最终的渲染。在3Ds Max的渲染设置面板中将分辨率设置为最终渲染的像素尺寸，并设置输出图片路径，输出的文件通常使用 TGA格式，并将图片改成带有Alpha通道的32位图将序列帧导入到后期软件中可自动屏蔽背景，便于后期的合成制作。检查设置完成后即可进行最终的渲染输出。

三、Fumefx制作水墨扩散的技巧

1.大气效果

要制作出更为逼真的水墨效果，需激活大气效果(Atmosphere Shadow)，该选项能模拟出水墨的体积感，丰富水墨在空间中的层次感。

2.材质贴图

在贴图中，噪波(noise)的材质贴图提供有三种噪波形态选择，它将直接影响到水墨的形态，且噪波的频率大小及噪波大小均会影响到最终的效果，在制作时需根据场景的大小进行调试才能得出理想的数值；在噪波的效果中，发射源也会受到噪波贴图的影响，因此在设置摄像机的运动轨迹时需避开发射源；不透明度的调整对水墨形态的通透性产生影响，透明度会影响水墨最外层至最里层的层次感，需通过预览后反复调节以达到理想效果。

3.参数敏感度

Fumefx在对物体进行解算的过程中，较多参数的阈值十分敏感，且会对水墨的运动及形态产生极大的影响，而它们又是表现水墨效果是否真实的关键，在调节时需加倍耐心调试。如噪波(noise)和扰乱(turbulence)对水墨的运动方式产生极大的影响；速度阻尼(Velocity Damping)则控制水墨流动的速度，只有在合适的数值下才能产生流畅的效果。

4.细腻度

要达到更细腻的水墨效果，还可以在Fumefx运算完成后使用3ds Max的PF粒子来驱动Fumefx流体，水墨特效的细腻程度由PF粒子的数量决定，数量越大效果越好，所需的时间也会越久。最后还可以配合使用插件Krakatoa粒子加速器来生成上百万到上亿的粒子，该方法虽然能制作出更加逼真、震撼的水墨特效，但是对计算机硬件要求较高，且需耗费大量渲染时间。

四、结语

以Fumefx制作水墨动画，不仅丰富了数字动画领域的视觉表达方式，同时也拓宽了中国水墨动画在新技术领域的发展空间，使高新技术能更好的服务于中国传统水墨画艺术，用艺术来驱动技术。对于数字动画技术应该让其为我们的艺术创作服务，更好的去表现我国传统艺术的魅力。

参考文献:

[1]周光平.3Ds Max 影视特效火星课题——流体烟雾篇[M].北京：人民邮电出版社，2011.

[2]黄峻.3Ds Max 渲染插件白金手册[M].北京：北京科海电子出版社，2006.

文章编号：2095-4654(2016)03-0111-03

* 收稿日期：2015-12-08

中图分类号：TP317.48

文献标识码：A