Resum

En l’actualitat, tots els programaris de modelatge i animació en 3D incorporen algun generador de cabells, així com diverses eines i extensions. El més complet és el programa Maya d’Autodesk.

La morfologia real dels cabells ens indica que els pèls són cadenes de macrofibril·les de proteïna, empaquetades dins cèl·lules mortes, creant fibres capil·lars que apareixen en els cossos dels mamífers.

Cada pèl creix en una part modificada de la dermis que anomenem fol·licle, i aquests s’agrupen en unitats fol·liculars que trobem repartides per tot el cos, llevat d’algunes regions.

Hi ha moltes variables que poden influir en l’aparença del pèl del cos humà:

• Tipus de cabell:
  • El lanugen.
  • El pèl moixí.
  • El pèl terminal primari.
  • El pèl terminal secundari o androgènic.
• Origen etnogràfic:
  • Persones amb trets asiàtics: abundància, fortalesa i un gruix notable.
  • Persones amb trets africans: molt arrissats, secs i llanuts.
  • Persones amb trets caucàsics: són el grup més mestís, cobreix un ventall que va des del llis fins a l’arrissat.
• Color (segons la melanina):
  • Les eumelanines donen tonalitats que van del negre al marró.
  • Les feomelanines donen tonalitats que van del groc fins al vermell.
• Pel que fa a la longitud, el gruix, la textura i fins i tot la velocitat de creixement dels pèls dependrà de la seva disposició i de la seva funció al cos.
• L’alimentació i factors físics, psíquics o atmosfèrics.

A més a més, el cabell posseeix diferents propietats físiques:

• Elasticitat
• Plasticitat
• Resistència
• Permeabilitat
• Baixa conductivitat elèctrica

Pel que fa a la representació digital del cabell, i tenint en compte la relació entre el volum de computació i els temps de renderitzat i el resultat final que estiguem buscant escollirem un mètode o un altre.

En primer lloc, hem de fer una il·lustració que plasmi la idea original pel que fa al disseny de personatges i d’objectes, és a dir, un concept art. Un cop sabem com serà el personatge, podem decidir el mètode que utilitzarem per elaborar el cabell virtual.

Amb el mètode del cabell poligonal no generem virtualment els pèls, sinó que generem polígons als quals donem la forma del pentinat i als quals assignarem una textura amb canal alfa per simular el cabell natural. Haurem de preparar els arxius d’imatge que conformaran l’entrada de color i la transparència a la textura del cabell.

L’altre mètode és la generació automàtica de cabell amb programaris de modelatge 3D. Aquests en són alguns, amb els seus generadors:

• Maya d’Autodesk, amb l’objecte nHair
• 3dsMax d’Autodesk, amb el modificador Hair and Fur
• Blender, amb HairLab
• Rhino3D, amb Rhinohair
• Cinema4D, amb HairObjects

A més a més, observem que han aparegut nous plug-in per a aquests mateixos programes, que els enriqueixen aportant noves interfícies:

• XGen d’Autodesk
• Geomaya Hair (GMH) de Thundercloud
• Yeti de Peregrine Lab
• Ornatrix d’Ephere
• Hairfarm de Cem Yuksel

Si analitzem la generació de cabell amb el programari Maya d’Autodesk trobem que l’objecte nHair està dins el marc de treball dels nDynamics. Aquest és un conjunt d’objectes, així com de regles i forces dinàmiques que se sustenten en Nucleus, una tecnologia de Maya, i el seu solver.

Els sistemes de cabells nHair necessiten d’una superfície on generar-los. Així doncs, seleccionem una geometria i, dins el set menú FX, obrim el menú nHair i escollim Create Hair. Maya ens generarà un hairSystem automàticament, amb les últimes característiques establertes, en el qual hi podem diferenciar els cabells, els fol·licles i els clumps, els punts de naixement dels manyocs de cabells. A partir d’aquest punt inicial, ara podrem redefinir la ubicació dels clumps, generar-ne i modificar les propietats del cabell.

Hi ha una forma menys directa de generar un sistema de cabell. L’ordre Create hair disposa d’un menú de variables i opcions: el tipus de sortida, el nombre de fol·licles, el nombre de cabells per clump, la llargada, l’aleatorietat en el seu posicionament, escollir entre un sistema dinàmic o estàtic…

A banda de la creació automàtica, tenim altres eines que la substitueixen o bé la complementen. Dins el menú de nHair trobem:

• L’opció Paint Hair Follicles: ens permet pintar els fol·licles directament sobre la superfície de la geometria.
• El desplegable Paint hair textures, on ens apareixen tres opcions: Baldness, Hair Color i Specular Color.
• En el marc de la generació de sistemes dinàmics de cabells hi ha una sèrie de plantilles que ens permeten utilitzar sistemes de cabell preestablerts i més ràpids d’aplicar. Haurem de seleccionar l’opció Get Hair Example.

A banda dels mètodes de generació bàsics, també podem començar a provar aquells que ens permetran la modificació de les corbes per donar-los forma. Dins el menú nhair anem al desplegable Display i escollim Current and Start.

A més dels canvis que podem aplicar manualment, també disposem d’un seguit d’eines específiques que ens permeten fer aquestes modificacions en el desplegable Modify Curves.

Per veure els atributs del sistema de cabell hem de seleccionar i obrir la finestra del Attribute Editor.

Pel que fa a l’aspecte del cabell, el node més interessant és hairSystemShape. Aquest en permetrà ajustar l’aparença visual, el color i el comportament del sistema que haguem generat. Els atributs referents a l’aparença del cabell apareixen en les primeres seccions del menú:

• Clump and Hair: hi trobarem atributs per modificar la forma dels clumps i de tot el pentinat en general.
• Shading: hi ha els paràmetres per modificar-ne el color i les brillantors, entre d’altres.
• Displacements: hi tenim els atributs que ens permeten controlar el desplaçament i la distorsió dels cabells.
• Multi Streaks: fa referència al nombre d’elements que afegim als que ja tenim en el sistema. És a dir, per cada cabell que ens apareix en el visor, en el renderitzat ens apareixeran tants com en determinem.

En el node hairSystemShape hi trobem tres seccions dedicades al comportament del cabell davant diverses forces dinàmiques:

• Collisions: ens permetrà ajustar el comportament del cabell amb altres objectes que comparteixin el mateix Nucleus solver (per tant, aquells elements que no siguin un objecte nDynamics cal transformar-los a Passive Collider, perquè puguin interactuar entre si).
• Dynamic Properties: hi veurem atributs estrictament lligats a forces i normes físiques.
• Turbulences: els atributs controlen les propietats de la turbulència dins el sistema de cabells.

En el node nucleus trobem seccions on podem, entre d’altres:

• Manipular els paràmetres de la gravetat, la densitat de l’aire o el vent (Gravity and Wind).
• Utilitzar el pla virtual com a col·lisionador (Ground Plane).
• Reduir els passos a l’hora de calcular els processos (Solver Attributes).

Passant a un altre ordre de tècniques, les extensions de programari o plug-in han cobrat un pes molt rellevant en l’animació generada per ordinador (CG), tant per la seva especificitat com per la seva alta usabilitat. Una d’aquestes és l’eina XGen, una extensió d’Autodesk per a Maya.

XGen treballa amb descriptions, que agrupem dins de collection. Les descriptions són el conjunt de primitives que conformen un sistema de cabell. XGen ens ofereix diverses opcions i eines:

• Per generar cabell, principalment farem servir:
  • Splines.
  • Groomable Splines.
• Podem escollir com les generarem:
  • Randomly across the surface, aleatòriament per la superfície.
  • In Uniform rows and columns, d’una manera ordenada, per files i columnes.
  • At points you specify, en aquells punts que nosaltres desitgem.
• Finalment, Control the Primitives by ens dóna l’opció d’escollir com controlarem aquestes primitives:
  • Placing and shaping Guides: manipulant les instàncies.
  • Using Attributes controlled by expressions: utilitzant mapes o expressions que generin les modificacions.
  • Using Grooming Tools: només en el cas d’escollir Groomable Splines.

Tornant a la finestra del plug-in. Si en iniciar XGen hem escollit una descripció basada en Splines, ara, per poder veure i dur a terme modificacions en els seus paràmetres i propietats, haurem de:

• Anar a la pestanya Primitives. Allà trobareu el menú Generator Attributes i els atributs principals, Primitive Attributes.
• I per modificar aquestes guies ens hem de traslladar a la pestanya d’Utilities, on trobem eines per facilitar-nos la manipulació d’aquestes primitives.

D’altra banda, en cas de tenir una descripció formada per Groomable Splines necessitarem un joc d’eines més adequades, les Grooming Tools. Aquestes eines són les que trobarem a la pestanya Grooming. Són eines per empolainar, pensades per a la creació d’entorns de gran escala amb elements aleatoris (ja siguin boscos o paisatges rocosos), però també ens poden servir en la generació de pèl i cabell.

Dins la pestanya Grooming hi ha la secció Brush, on trobareu pinzells amb diverses opcions per treballar les primitives:

• Length: modifica la llargada.
• Width: modifica l’amplada.
• Pose: orienta i doblega els eixos.
• Orient: orienta els eixos.
• Bend: doblega els eixos.
• Elevation: adreça les primitives anteriorment doblegades.
• Attract: atrau les splines cap al centre del pinzell.
• Repel: fa l’acció contrària d’Attract.
• Part: les primitives se separen.
• Noise: aplica soroll a l’eix per alterar la seva aparença.
• Twist: fa retorçar les primitives.
• Smooth: deforma les primitives segons les adjacents.
• Region: determina el color d’una àrea.
• Mask: permet marcar una màscara amb el pinzell.
• Erase: esborra la llargada, l’orientació i la curvatura dels eixos dins el radi del pinzell.

Recordeu que els sistemes XGen són estàtics; per tant, no es veuen afectats per les regulacions físiques de nDynamics. Si el que volem és que siguin afectats, els hem de lligar a un hairSystem de nHair.

Per una altra banda, amb l’eina Paint Effects el programa Maya brinda la possibilitat de dibuixar, en dues i tres dimensions, fenòmens naturals de manera assequible i intuïtiva gràcies a l’extensa llibreria de pinzells. Entre les seves característiques tenim que:

• Els objectes generats a través de Paint Effects no són geometria real, sinó efectes afegits al renderitzat a posteriori, tot i que els creem i ubiquem dins l’escena de Maya.
• Permet diferents modes de visualització (en corbes, malles o renderitzats), fet que ens proporciona un alleugeriment substancial del nombre de polígons utilitzats.
• Disposa de les seves pròpies dinàmiques i això ens permet veure les simulacions fàcilment a través de la línia de temps.

No hem de confondre la geometria pintada amb pintar geometria. Maya també ens ofereix l’eina Paint Geometry Tool, que ens servirà per replicar objectes massivament en el nostre escenari. Poden ser arbres, roques, ovelles, persones, cotxes…

Podem trobar totes les Paint Effects dins el menú Generate, a set menu Modelling. També podem obrir la seva finestra (llenç de Paint Effects o canvas) anant al menú Windows i seleccionant-lo en el desplegable Modelling Editors.

Cada objecte de Paint Effects està compost per tres elements bàsics:

• La corba.
• L’ stroke (el traç): el més semblant al traç d’un pinzell real. Els efectes els veiem representats per tubs, tubes. Aquests elements són la base de Paint Effects. A més, responen als angles de la càmera i tenen una presència tridimensional en l’escena de treball.
• El brush (el pinzell): defineixen l’aparença de l’stroke. Maya té més de quatre-cents pinzells diferents. A més a més, hi ha llibreries externes de les quals se’n poden importar. Hi accedim a través de Get Brush, que ens obre Content Browser.

Des del menú Generate, si seleccionem Paint Effects Tool se’ns obre una finestra amb el paràmetres del traç, Tool Settings. El més important és Paint at depth.

Un cop hem generat el nostre stroke, observarem que apareix la finestra del seu editor d’atributs amb els quatre nodes que hem comentat a l’inici:

• El node strokeBrush: ens dóna els paràmetres de la corba.
• El node strokeShapeBrush: fa referència als atributs del traç.
• El node brush: són els atributs del pinzell. Veurem descrits els paràmetres que ens permetran modificar-ho, als quals també hi podem accedir a través de Template Brush Settings en el menú Generate, que ens obrirà la finestra Paint Effects Brush Settings.
• El node time.

Amb tot, en el menú Generate trobem altres opcions per modificar la geometria, com ara Make Paintable, i el traç.

A l’apartat de modificadors, Create Modifier i Set Modifier Fill Object, el que provoquem és la creació d’un volum, al qual li atribuïm certes qualitats físiques que afecten el traç de maneres diverses.

Pel que fa a l’animació dels efectes, Paint Effects ens proporciona diversos instruments a l’hora d’animar els seus traços:

• La més ràpida és accedint a la secció Tubes, en el node Brush, on trobem la subsecció Behavior.
• Una altra forma d’animar és mitjançant Flow Animation. Aquesta és una altra secció del node Brush.
• També Spring Animation ens permetrà dotar els Paint Effects de moviment reactiu i interconnectat a una superfície.

Un dels grans avantatges de Paint Effects és que, atès que tan sols és compatible amb la prestació del programari Maya, només podrem visualitzar l’escena si renderitzem a través de Maya software renderer); si volem representar-ho amb un altre renderer, com Arnold Renderer o Mental Ray, ens permet transformar els Paint Effects en geometria 3D (és a dir, convertir les pinzellades en polígons o objectes NURBS).

El procés és el següent:

1. Anar al menú Modify, obrir la llista desplegable Convert i escollir Paint Effects To Polygons.
2. Si obrim la finestra amb el menú d’opcions ens trobarem amb diferents paràmetres que podem modificar.
3. A més, Mesh Quality Attributes (dins el menú Generate) ens permet modificar i optimitzar l’alteració dels diferents elements, com són el nombre de segments o algunes propietats.
4. Un cop feta la transformació, tots els canvis que tinguin lloc en el traç original seguiran reproduint-se al nou objecte, sempre que l’stroke no s’elimini.

A més, totes les respostes dinàmiques que teníem en el nostre pinzell se segueixen mantenint en la nostra geometria. I, a sobre, ara ens permet fer combinacions amb altres objectes dinàmics.

Finalment, caldrà recordar tenir cura de la nomenclatura a l’hora d’anomenar els elements. L’objectiu és trobar-los d’una manera clara, fàcil i ràpida. No hi ha un protocol únic, però sí algunes recomanacions, com ara posar els sufixos en majúscules, emprar Camel Casing o precisar-ne la ubicació.