哇！做3D动画最怕的毛发渲染又有新技术了！！！「脱发」有救了！？
Wuhu专题
本文授权转载自微信公众号：瑞云渲染服务号
关于CG角色的毛发
可以说是影视制作流程中的顶级难题之一
最早只是通过贴图制作角色毛发
这在当时可以说是十分了不起的尝试
20多年过去了
随着CG技术的不断进步
毛发制作也精细了许多
我们一起来看看
《玩具总动员》第1部和第4部的角色毛发对比吧
《玩具总动员4》
不看不知道
一看吓一跳
技术以及进步了这么多！
随着技术迭代升级，如今艺术家们脑海中CG角色毛发大都可以活灵活现的呈现 。
来自意大利的资深行业技术讲师Denis Zen和大家分享使用Houdini创建高级感的毛发的教程，让角色的毛发时髦起来~一起来学习一下吧~
Zen制作的 Grooming 案例
前言
Houdini通常被视为一个解算（模拟）工具，其实是一个功能齐全的DCC软件，可以做毛发造型，视效开发，灯光渲染等。
在这个教程中，我们会展示毛发梳理之前和梳理之后的两种造型，当中会学习到如何使用皮克斯出品的着色器和灯光。
教程会主要介绍毛发梳理“之后”的版本，因为它结合了Houdini 18的最新技术，包括新的绘画属性节点。
PS：感兴趣的小伙伴建议下载教程素材文件，动手学起来（微信公众号后台回复“毛发”）
Zen使用的头部模型来自3D SCAN STORE，而且是免费。
Scene Setup 场景设置
首先，将模型导入到Houdini并且设置一个非常简单的灯光来检查Groom。这一点非常重要，因为毛发非常稀薄，光线与毛发的交互方式对于造型和视效开发过程至关重要。
第一步（灯光设置将在后面介绍），选择Pxr环境日光，简单而写实的效果是这个灯光的主要特点。
创建一个用于渲染最终帧的新相机也很有用。可以移动透视摄像机拍摄模型。
如图所示，PxrEnvDayLight非常具有交互性，在主灯光阶段可以提供很好的反馈。你只需要调整强度和方向。
要改变光的方向，你可以使用旋转工具或调整基本控制参数（经度，纬度等）。
Latitude（纬度）
Longitude（经度）
你也可以通过调整Sun Size数值以调整阴影的柔软度。
Sun size > 阴影的柔软度
如图所示，因为这是一个Omni Lights（全局光），光线没有变换，也就是说，灯光放置的位置不会影响结果。
Grooming
对于CG界的发型师而言（制作写实毛发的通则），参考素材是基本的。找到360度的发型参考素材并不容易，所以Zen搜索YouTube Beardbrand频道，那里每个视频结尾，发型师会360度展示客户的发型，这就是参考素材。
参考素材源自YouTube Beardbrand频道
Grooming 包括两个步骤：
1、Guide Styling 引导线造型（毛发种植的方式）
2、Hair Styling 毛发造型
Guide styling
Zen喜欢Houdini的程序化工作流程，自带的梳理工具很棒，但Zen通常更愿意使用GroomBear，由Kamil Wacawiak所开发。这个工具很赞，让你发型制作的非常快。
你可以轻松地无损地烘焙该节点，没有这个插件的朋友也可以打开该场景文件或使用云渲染也没问题。
Zen把Grooming分成不同的部分，给他们不同的引导方向和密度。
Hair 头发
Moustache 八字胡
Beard 络腮胡
Eyebrows 眉毛
Eyelashes 睫毛
Nostril hairs 鼻毛
Peach fuzz 绒毛
引导线的造型是关键，也是最困难和费时。
下面这一步在Guide Groom节点中操作：
头顶毛发引导线设置
这些制作过程并不都是一样的。Houdini十分有用的工具之一是Guide Advect工具，它使你可以简单地通过绘制笔触轻松地覆盖毛发。
通过速度场来设置引导点
在这个过程中，继续使用Houdini Grooming工具和GroomBear工具去设计引导线风格。这个过程不是很难，但如果你想做成真实的效果是非常耗时的。
这是最终的样子：
接下来是为每个部分绘制遮罩。这是Grooming的重要部分，因为它可以让你使用颜色图（color maps）控制毛发的生长方式和位置。
Houdini 18引入了一个新版本的Attribute Paint（绘画属性）节点，有了很大改进。
你绘制的遮罩越多，你获得的控制也就越大。以下是Zen的设置：
在这里，我们可以在模型上看到一些可视化内容：
从红外线颜色图可以轻松查看细微的密度差异
Hair styling毛发造型
现在是时候为头发做造型了，因此对于每个引导部分，都创建了一个Hairgen Generate节点，添加各种修改器，使头发看起来尽可能真实。
每种毛发造型都是不同的，但大多数情况下最终会使用相同的修改器。区别在于它们的设置和组合。
最常见的修改器是 Clump、 Noise、 Bend 和 Length。
Zen通常从Clump开始，因为它是每个毛发的灵魂，而且层次是一个关键特征。
你可以用不同的方式设置层次
方法一
你可以使用Clump节点的Clump设置，为每个层次调低数值。
方法二
Houdini Clump节点有一个Fractal Clumping的选项，这个功能很棒。
设置“Fractal Clumping”的数值，你可以使用一个节点来细分发束Clump。
方法三
创建发束层的另一种方法是将“Hair Generate”节点与“Clump”节点的“Custom Clump Curves（自定义聚集曲线）”相连。这样你可以得到更多的控制甚至为毛发/引导线添加修改器：
你也可以用Hair Generate节点制作第一层毛发。使用这个节点的优势是，你可以使用节点参数（density密度, masks遮罩等）更好地控制发束曲线。
为了清楚地可视化你的发束，你可以将“Color（颜色）”节点连接到Hairclump节点的第一个输出（引导线），并分配一个Clumpid变量。
在这之后，Zen使用了一个Noise Modifier （噪波修改器），比如Frizz（毛躁）节点赋予了头发很自然的感觉。通过调整它的设置，你几乎可以得到任何你想要的毛躁效果。
这个节点实现自然的发型的另一个关键特征：飘逸的毛发。打造由于干燥，静电，护发产品和其他原因而产生卷曲的毛发。
要获得飘逸的毛发，使用“Mask（遮罩）”选项卡的“Noise Mask（噪声遮罩）”。将“Gain”设置为1，并调整“Noise Mask Frequency（噪声遮罩频率）”和“Bias”设置，以决定你想要的飘逸感：
变化是另一个关键特征，遮罩Masks就尤为重要。用它们来驱动尽可能多的属性，因为毛发由大约15万个独立的发束组成，这些发束根据许多元素（Dirt污垢，Age年龄，Length长度，Gender性别等）而创建多种样式。
除了我们刚刚看到的Paint属性Mask外，几乎每个Houdini节点属性都有一个菜单，可以让你选择不同类型的Mask。
不幸的是，Houdini没有像Maya中的“噪点”画笔。因此如果要获得一些“邋遢”效果，必须从外部绘画应用程序中导入贴图。
另一个很棒的修改器Bend（弯曲）节点，和Curve Mask（曲线遮罩）一起结合使用：
设置Effect Position（效果位置）和Range Min（最小范围） 和Max（最大值），你可以决定哪一部分（红色）受了影响（选中“Visualize Masks可视化遮罩”以查看它）。
关于毛发真实感的最后一个技巧是Clump节点中的Curl选项。低数值在大多数情况下都能达到很好的效果。
没有选择Curl卷曲。注意，制作的毛发十分规则。
使用Curl卷曲。发型更自然了。有时候很微妙，但是每个细节都很重要。
我们也可以在八字胡和胡须上应用同样的技术。唯一的区别在于修改器的设置，因此你要发挥创意！
这是最终的效果：
Lighting and Shading 灯光和着色
现在我们得到了想要的发型，现在是时候添加一些灯光并开始为模型着色了。
灯光设置非常重要，因为它可以让你检查头发的流动和外观。如果你想转盘渲染（render a turntable），那么你的模型要360度完美呈现。
Zen通常从三点布光开始(Key，Fill，Back）并添加其它的灯光，确保良好展示所有角度：
为了更好地理解灯光是怎样影响你的模型，每次只使用一个灯光。
Houdini网格分布：
Shop通常是创建着色器的地方。
在创建最终着色器之前，Zen通常使用两个简单的灰色着色器：浅灰色的用于头发，深灰色的用于皮肤。
有了这些，可以快速检查模型的毛发和色调的差异，显示发型的空洞或其它一些问题。直到你满意了，才建立最终的。
RenderMan着色器颜色在“Scene View（场景图）”中不可见，并且应用在模型中显示为灰色。为了克服这个问题，必须在材料网络中构建原生的Houdini材质：
点击Scene View工具栏的Texture图标以可视化材质：
如果无法看到着色器的应用，关闭当前的“Scene View”并打开一个新的：
然后创建一个简单的皮肤着色器...在这里就不作深入讲解啦~本文只是让大家了解Zen如何使用Houdini制作毛发。
幸运的是，3D Scan Store的模型都带纹理，你需要在连接纹理之前转换成.tex文件格式。最简单的方法是使RenderMan Texture Manager（纹理管理器），它可以为你处理所有的纹理转换。
你还可以使用 txmake，它位于 $rmantree / bin 中。
贴图转换的一个快速技巧是打开一个空的命令提示符，将txmake可执行文件拖放到cmd窗口中（而不是编写路径），然后拖放要转换的纹理。
要快速保存新的tex文件，请在cmd窗口中拖动纹理两次，并为最后一个添加.tex扩展名。
一旦转换了纹理，创建一个RIS Shader Network（单击RenderMan选项卡中的图标），然后进入新创建的网络，创建一个PxrSurface材质。
在这个节点中你可以创建你的材质。
如图所示，Zen将最终材质分为两部分，一部分是BXDF，另一部分是Displacement，它们通过Collect节点连接在一起，PxrSurface处理表面着色，PxrDisplace处理几何着色。
作为一名Groomer，Zen不会花很多心思处理着色器，因为视效开发人员通常会在制作中完善它，所以Zen简单地将映射（Diffuse漫反射，Specular高光，Normal法线等等）连接输入，并调整一些常规的着色器设置。
请注意，修饰之前的模型皮肤看起来不够清爽，当油渍和污渍覆盖皮肤时，会发生这种情况。你可以使用高光贴图和数值进行调整。
准备好将其应用到模型中
将其加载到Geo节点的Render Tab的材质参数中：
对于头发
Zen制作了四个不同的着色器以实现之前说的变化：
如图所示
每个着色器由两部分组成：Pxr Hair Color和Pxr Marschner Hair。
PxrHairColor是Melanin-besed黑色素样式，所以我们可以通过数值让头发从金色变成黑色：
另一个需要特别注意的设置是Hair ID Primvar，每一个发束都有一个独特的值。如果hairIndexPrimvar数值为空，随机选项不会发挥作用。
看看它们之间的区别：
PxrMarschner毛发着色器可以处理毛发的物理着色。通过更改高光设置（Primary主要，Secondary次要和Transmit透射），你可以从光泽/湿润的外观变为柔和：
对于毛发着色器，以下有很好的文档资源：
PxrHairColor：
https://rmanwiki.pixar.com/display/REN23/PxrHairColor
PxrMarschnerHair：
https://rmanwiki.pixar.com/display/REN23/PxrMarschnerHair
Rendering 渲染
现在可以渲染模型了，Groomer的任务通常还会包含一个360度的转盘渲染，小伙伴们可以尝试旋转相机，这样比较节省时间。通常Zen会这样操作：
创建一个空对象Null Object；
把它放在模型的中心；
动画旋转360度；
将渲染相机作为“动画化的空对象 Animated Null”（已与灯光作为父项）的父项。
该空对象驱动这一切：
在为灯光设置父对象之前，记得检查保持灯光的位置，避免它们错位。
Render Settings渲染设置
创建一个RIS节点，转到Out Network，按Tab并从下拉菜单中选择 RenderMan:
单击刚刚创建的RIS节点，以在Parameter Pane Tab中访问其设置（或按P键）。
Samples采样
已着色的毛发渲染起来非常耗时，你必须特别注意设置，特别是Sampling（采样）。Zen做了很多测试，以下这些数值是速度和质量之间的良好折衷：
噪波在图像的较暗部分中更为明显。要消除它，您可以减小Pixel Variance或增加Maximum Samples：
最后，你可以在灯光设置的“高级”选项卡中增加“Light Samples”：
使用这些设置，噪波更小，光线采样更清晰，但渲染时间也随之更长。
渲染通道Render Passes（AOVs & LPEs）
要想增加照片逼真度，每个图像渲染后要进行后期处理，如果不想费劲处理渲染设置，可以选择多通道渲染，然后在Nuke合成最终效果。
在“Out Network”选择要保存的渲染通道，选择RIS节点，然后在“Parameters Pane Tab”中选择“Images（图像）”：
这些是Zen通常用于合成的通道：
·Standard: z (depth)
·Lighting: albedo, directDiffuse, directSpecular, indirectDiffuse, IndirectSpecular, subsurface
添加渲染通道不会增加渲染时间，因此可以随意选择所需的渲染通道，并将渲染文件另存为OpenEXR（.exr）文件格式。
最后~使用Nuke修改图像。
产生逼真的首个基本效果是景深。尽管DOF在后期中并不像在渲染中那样完美，但很多时候在后期中做会更好，因为：
耗时
不能改变主意
使用z（Depth深度）通道十分轻松，可以在几秒钟内确定图像的焦点在哪一部分。
只需创建一个 ZDefocus 节点：
选择你要的焦点放置focal_point；
将Math设置为Direct(或任何其他选项)；
调整景深（图像的焦距）；
尺寸和最大值（示效果要多强烈）。
如果将鼠标光标停在字域的值上，Nuke会显示相应的解释。
要使用其他通道
你必须使用Shuffle节点从.exr文件中提取它们：
选择合适的通道后
你需要选择遮罩作为颜色分级。
现在，你可以应用Nuke Color Correction（颜色校正）节点获得最终外观。以下是Zen用来校正图像的简单网络：
这是其中一种结果:
Conclusion 总结
教程中涵盖了Groom到渲染的主要步骤，希望给各位小伙伴们提供一些新的思路。了解了Grooming的过程后，你可以将其中的思路应用到其他地方：例如 XGen、Yeti或者Ornatrix 等一些主流的产品。
素材源自RenderMan及网络
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