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Maya 刚体动力学特效－撞击破碎特效的完整流程

2012-03-20 14:53 发布

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奥丁

未来城市

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）。

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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）。

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（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；

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

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

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（4）全选整个墙体模型，执行Extrude（挤压）命令，制作出厚度；

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（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；

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（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）；

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（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。

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（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。

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（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……）。

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2.其他场景物体。斜坡，地平面，小车，大铁球。

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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）。

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4.赋予包裹物体刚体属性。

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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

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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。

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6.对地面创建被动刚体。

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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

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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）。

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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。

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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。

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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；

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（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）

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

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（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。

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（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。