Волосы и шерсть можно считать одними из биологических чудес, так как они имеют сложное строение, закономерности роста и свой уникальный жизненный цикл. Волосистая часть головы человека в среднем покрыта сотней тысяч волос, но наверное, самое удивительное — это индивидуальность волоса у каждого живого существа.
Принципы трихологии — науки о волосах, не обошли стороной и сферу компьютерной графики, когда возникла необходимость (или простое желание) научиться имитировать в компьютерной среде живые волосы. Так возник CG-груминг — область компьютерной графики, специалисты которой занимаются одним из самых тяжёлых процессов — симуляциями волос, шерсти, перьев и пуха.
«Аватар: Путь воды». 2022. Режиссёр: Джеймс Кэмерон
Почему груминг — это сложнейшная задача?
1. Здесь важно качество исполнения. Человек проще воспринимает явления, которые выглядят эстетично или естественно, особенно если речь идёт о проектах, выдержанных в фотореалистичном стиле.
2. Hair-artist (художник по волосам) должен быть дженералистом, понимать, как функционирует компьютерная графика и при этом обладать знанием физики и биологии волос и шерсти. Более того, этот специалист тесно сотрудничает с художниками по свету, риггерами и текстурировщиками, потому что причёска должна смотреться цельно в совокупности с персонажем и локацией.
3. В обязанности художника по волосам также иногда входит работа с физикой волос, потому что причёска или шерсть должны зависеть от движений персонажа или внешних симуляций.
4. Процесс работы над грумом может занимать длительное время в зависимости от объёма задачи.
5. В геймдеве важно уметь пользоваться альтернативными пайплайнами, потому что симуляции значительно утяжеляют файлы, что приводит к сбоям внутри игры и с трудностями вычислений. Трассировки волос пока не существует, а просчёт физических свойств каждого волоса требует больших мощностей.
Симуляция перьев. «Рио». 2011. Blue Sky Studios, 20th Century Animation
Таким образом, ряд аргументов показывает, что работа грумера — не из простых. Кроме того, проекты в разных сферах CG (анимация, кино и игровая разработка) подразумевают различающиеся пайплайны и проблемы, связанные с созданием симуляций. Данное исследование скорее скоцентрировано на игровой графике, а именно — на самом процессе разработки волос и их взаимодействии с игровым движком Unreal Engine 5.
Существует огромное количество технологий груминга, но для исследования выбор пал на модуль XGen внутри софта Autodesk Maya. В этой работе он будет использоваться для создания классического грума и для волос, оптимизированных под real-time движок.
Симуляция стилизованных волос. «Энканто». 2021. Walt Disney Animation Studios
Симуляция шерсти. «Зверопой 2». 2021. Illumination Entertainment, Universal Pictures
Симуляция волос. «Алита: Боевой ангел». 2019. Режиссёр: Роберт Родригес
Цель исследования достаточно обширна: в первую очередь, это прохождение через два пайплана с нуля, анализ проблем и трудностей, которые возникают в процессе работы, а также особенностей которые могут усложнить файл для работы с ним в движке.
Будет осуществлена попытка сравнить, насколько отличаются друг от друга грум и real-time волосы (при этом, важно не исключать неудачное исполнение, ведь как указано в гипотезе, по-настоящему качественный груминг требует большого опыта и широкого набора навыков).
Первые главы исследования посвящены краткому обзору того, как разработчики решают проблему груминга в играх и как это воспринимается со стороны зрителя. Далее была проведена проба создания волос с помощью инструментов Maya XGen. В предпоследнем разделе исследования осуществлён импорт результатов в движок, измерения влияния файлов на уровень в проекте и тесты нескольких вариантов физики. Сделаны соответствующие выводы.
Симуляция волос. «Рапунцель: Запутанная история». 2010. Walt Disney Animation Studios