【黑科技!】迪士尼動畫「頭髮」「毛髮」制作後期大揭秘!如何保護好公主們的翩翩秀發 不油塌?

大家心目中的迪士尼公主是怎樣的形象呢?

是像白雪公主一樣膚白貌美

還是像辛德瑞拉一樣聰明伶俐

又或是如樂佩一樣是個勇敢的女漢子

無論你心目中的完美公主是怎樣的形象

迪士尼屏幕上的公主們都有一個共同的特點

那就是擁有一頭 順滑柔順的翩翩秀發

但如果你「層層掀開」這些公主們的秀發

你就會發現這柔順的頭髮當中其實是多麼的復雜

尤其是在三維動畫的制作中

想要追求飄逸順滑又真實的頭髮動畫效果

這背后是多少技術的更迭與創新

尤其是在今年年初上映的 《魔法滿屋》

迪士尼實現了更多的重大突破

其中包含了對各種復雜的

髮型、髮質以及髮色的嘗試

是迪士尼首部涵蓋所有髮質的動畫電影

代表了迪士尼目前在頭髮制作方面的最高成就

也是其建立基礎工具并迭代所達成的一個里程碑

今天我們就來盤點一下

迪士尼為了保護好 翩翩秀發

分別做了哪些努力吧

迪士尼的頭髮制作技術主要經歷了三個階段

分別是二維時代、直髮時代以及卷發時代

1937-2010 二維時代

早在迪士尼動畫的二維手繪時代

藝術家格倫·基恩就設計創作了許多經典的髮型

在世界第一部動畫長片《白雪公主》中,迪士尼為了讓白雪公主的形象更為生動,找到了一位14歲的女孩Marge Champion作為真人模特進行動畫角色概念設計。

在早期的設計稿中,就可以體現迪士尼藝術家對于現實頭髮在角色概念中的歸納和美化,那飽滿流暢的外輪廓甚至是如今很多女生所追求的「高顱頂」典范。

在沒有動作捕捉技術的年代

動畫版在制作過程中也非常精益求精

拍攝前都會讓原型演繹一遍

畫師在一邊畫畫捕捉神態

要說這個小姐姐有多美

哎呀,也沒有很美啦

也就比仙女好看一點點

這些髮型在設計上有很多共同的特點

甚至被視為后來迪士尼動畫在頭髮設計上的

「潛規則」

第一是外形上基本都是 以曲線呈現,很少有直線

第二是必須 具有體積,這就體現在了 富有節奏的曲線、曲折和轉折

當迪士尼動畫逐步由二維轉向三維時,藝術家們發現,想要直接「復制」這樣的頭髮到3D中并不容易。因為 在三維動畫的制作中不像二維手繪,藝術家在創作時專注的地方不再是「如何塑造富有體積和變化的頭髮造型」,而是要考慮一切需要考慮的因素。

即使是屏幕上沒有出現的東西(如風或不同的光源或陰影),還有外界物理環境與頭髮的相互作用(如與衣服或與皮膚等),甚至還要考慮外力與頭髮之間的交互作用,這些所有需要考慮的因素在三維動畫的制作中都需要以一種自動化的方式來模擬,才能讓頭髮、毛皮和布料等元素的運動更加真實合理。

2010-2016 直髮時代

2010年上映的《魔發奇緣》是迪士尼工作室由手繪動畫向電腦動畫全面轉型的首部作品,也是迪士尼工作室首次涉足3D頭髮動畫。長髮公主樂佩擁有一頭70英尺長的頭髮,她的長髮具有神奇的魔力,在動畫中幾乎打破了所有現實生活中的運動定律。

事實上,在《魔發奇緣》之前,迪士尼對于毛發系統的三維嘗試還是在2008年上映的《閃電狗》,為此團隊當年開發了一種名為iGroom的刷毛工具,僅適合較短的毛發。

那麼,要想讓樂佩公主長達70英尺的飄逸長髮可信地動起來,工程師們不得不絞盡腦汁(令人頭禿)地開發與測試。

對于頭髮動畫的制作,迪士尼工作室秉承著一個關鍵原則: 目的并不是讓它盡可能逼真,而是讓它在故事的虛構世界中可信。

終于,工程師們為此開發了一個程序,稱之為 動態線(Dynamic Wires)。它結合了基于物理的模擬,并加入了有決定頭髮行為的程序,雖然有些指令違背了物理現象,但是卻可以讓藝術家們制作公主的長頭髮,并完全讓頭髮按照他們想要的方式扭曲和轉動。

如果樂佩公主這麼長的「秀發」放到現實生活中,它將會有60-80磅重,會結成一團重重拖在地上,就像是一條尾巴。為了表現頭髮的飄逸感和輕盈感,并可以平穩地滑動,開發團隊分解了她的14萬股發束,并將之放在147個不同的管子中,用頭髮管來代表頭髮塊。通過「 頭髮管」的形式,藝術家們不僅擁有更多的創作空間去雕刻塑造長髮的造型,還可以控制頭髮分開生長和[插·入]纏繞的方式。

這種利用「頭髮管」修整頭髮的工具逐漸發展成為了后來的一款名為 Tonic的軟件,它也是迪士尼如今還在使用的美發技術。

迪士尼官方是這樣來評價Tonic的開發: 一個角色有數十萬根頭髮需要進行樣式化,但在單個頭髮級別設計顯然是不切實際的,也正是上述的技術難點觸發了 團隊不斷的技術探索: 使用分層卷,藝術家可以修飾角色的髮型,然后用單獨的發束程序性地填充這些卷。

Tonic 基于體積的編輯和程序化還有一個額外的好處,那就是使頭髮工作流程對藝術變化更加穩健,允許藝術家進行增量編輯并顯著提高整體迭代速度。

經過《魔發奇緣》對于長直髮造型的初步探索, 2013年上映的《冰雪奇緣》中已經制作出現了超過50種精心設計的髮型。幼年的艾莎原本是有著尖尖劉海的短髮造型,但是隨著角色的成長,迪士尼又為艾莎設計了一款淺色辮子的盤發造型,非常符合貼近挪威的文化傳統。

如何制作編織而成的麻花辮效果,同時保證相互纏繞的發束不會穿模,這就讓「如何正確方便地彎曲和移動頭髮」成為了當時的一個技術性挑戰。

迪士尼的工程師又更新了美發系統,正式稱之為Tonic。 Tonic是一個基于體積的頭髮生成工具,藝術家們可以借此把頭髮分組,并以所需的方式移動和引導這部分頭髮,過去需要好幾周去創建復雜髮型樣式的工作量,如今只需要幾天。

《冰雪奇緣》中艾莎的關鍵鏡頭是當她放下頭髮并將其整理為她標志性的馬尾。從動畫師的表演中汲取靈感,迪士尼希望在她將頭髮從發髻中拉出的那一刻,頭髮就會向上彈起。通過為觀眾提供視覺隱喻,這有助于強調她的角色轉變。

對于《冰雪奇緣2》,隨著多種髮型造型的引入,藝術家們立即注意到,無論采用何種配置,我們都需要保留艾薩的造型語言。浸濕、在水下、馬尾辮、頭髮垂下——所有這些都必須在頭頂保持不對稱的菱形形狀,才能感覺像艾莎。留著頭髮,是作家兼導演詹妮弗·李提醒我們, 觀眾需要一個視覺錨才能回想起她的辮子。因此即使散開頭髮,也會在她的左肩前放一綹頭髮,模仿辮子的位置。

除此之外,Tonic另可以用于制作動物的毛發,就像斯文脖子上蓬松的馴鹿毛。

在《冰雪奇緣》中還有另一項突破性實踐,那就是實現了頭髮在激烈的環境下仍然保持真實可信的運動,如在大風或者大雪中。

在最初的設定中,角色的劉海形狀是非常程序化的,擁有被精心設計過的輪廓。即使是經過風雪的「摧殘」,迪士尼也試圖去平衡這種風格化的設計與真實的物理情景,來維持這種吸引人的造型語言。

2016- 卷發時代

對于頭髮與復雜環境因素相互作用的探索,在2016年上映的《海洋奇緣》中得到進一步的展現,比如在水中的人物動作對頭髮動畫的影響。同時,迪士尼也在這部作品中開啟了對于卷發制作技術的探索。

在迪士尼一開始的人物設計中,半神毛伊是一個禿頭形象,就像巨石強森本人一樣。但是在故事靈感來源地波利尼西亞的專業文化顧問指出,頭髮是作為半神的精神能量的來源,因此毛伊和莫阿娜就被改造成了現在屏幕上的有著長長卷發的形象。

這時迪士尼又面臨著另一個新的問題,那就是如何塑造鋸齒型或S形的卷發造型,因為在此之前迪士尼的動畫人物頭髮都是以直髮的形式出現的。

制作卷發是很困難的,除了要在非常長的頭髮上制作彎曲的形態,并且還要試圖理清楚如何管理那些彎曲的形狀,防止他們互相戳穿,互相纏繞。 迪士尼為了解決這個技術性難題,拓展了Tonic的管子修飾功能,利用算法賦予了它卷曲頭髮的能力。

解決了造型上的困難,迪士尼團隊又面臨著卷發在特殊環境中運動的難題。如何讓波浪一樣的卷發在水中依然能維持其固有的體積,而不是塌成一團呢?迪士尼團隊在此迎難而上,把彎曲的頭髮看作是一段彈簧,并開發出了所謂的 彈性桿模型

頭髮自身就受到重力和彈簧一樣的彈力影響,對于不同部位的頭髮又分為三種彈簧模型來模擬頭髮的彈性,即線性彈簧、彎曲彈簧和邊界彈簧。線性彈簧控制頭髮的拉伸與壓縮,彎曲彈簧控制頭髮的旋轉與復原,最后由邊界彈簧控制頭髮與頭皮的連接。 彈性桿模型保證了卷發在不同的力量下會保持它的曲折和彈性,如風或水。

比如莫阿娜從天上掉下來,在空氣阻力的影響下,她的卷發有多少還是會以彎曲的形態呈現,又有多少會是一段被拉長的直髮;或者如果壓縮她的頭髮,卷發會有多大程度的聚集?

迪士尼同樣還希望可以給予動畫師更多的創意空間,讓動畫師可以主觀地引導頭髮運動,于是又開發出了一款新的頭髮模擬程序—— Quicksilver。這款程序 結合了綁定和修飾控制,不再是傳統地用靜態頭髮為角色制作動畫,而是可以直接將頭髮擺成起始姿勢,然后利用Quicksilver直接生成確定的運動。通過讓藝術家自己設置塑造頭髮的姿勢,讓迪士尼的動畫表現力和藝術感染力進一步的提升了。

角色的深色頭髮也為迪士尼表現頭髮的色彩開辟了新天地。在以往的迪士尼動畫中,如《魔發奇緣》《冰雪奇緣》的角色頭髮還都是淺色系,因為任何深色或黑色的頭髮對于光的反應比起其他髮色是完全不同的,那麼如何表現它的豐富性就成為了難題,即我們所謂的「五顏六色的黑」。

迪士尼動畫的頭髮技術在2021年的《魔法滿屋》中已得到廣泛和成熟的運用。

首先,《魔法滿屋》對頭髮的材質表現進行了改進,使黑色或深色的頭髮也可以獲得豐富色調。

通過 可編程渲染管線的運行,可以實現復雜多樣的著色器渲染對渲染質量的整體提升。這些著色器包括 頂點著色器、片段著色器、細分曲面著色器以及幾何著色器。在這些著色器的共同作用下,畫面呈現的色彩范圍更加明確明顯,能夠實現更復雜的效果,也有更高的自由度。

其次, 迪士尼在《魔法滿屋》中展現了從1A到4C的全系列頭髮紋理。在這里的1-4代表著頭髮的彎曲程度,A到C代表著頭髮的毛躁(膨脹)程度。

米拉貝爾擁有的是一頭3B型卷發,在周圍還附著一圈更加密集的松散卷發。迪士尼團隊將這種通過線圈來控制頭髮彎曲程度的功能添加到了Tonic中。

為了強調每個角色獨特的性格和特征,角色外觀開發藝術家們正試圖弄清楚「 如何打造頭髮的自然美」,這種對髮型多樣性的追求一直延伸到角色頭上的每一根頭髮。其中卷發的方向很重要,因為觀眾不希望兩個卷發看起來是一模一樣的,那樣看起來很不自然。另外每個人的頭髮都有很多微妙變化,比如卷發大小的變化、頭髮的顏色等等。

除此之外,《魔法滿屋》的頭髮總是會隨著人物的跳動也富有節奏地擺動起來。因此,團隊就需要付出大量的精力去檢查每一組頭髮的運動是否自然,并與角色的動作進行反復對比觀察。

之前的迪士尼公主大多是長直髮,因此可以沿著大而寬的路徑移動。但是在《魔法滿屋》中為了讓更緊密的卷發自然運動,就不得不去調整這種傳統的做法。迪士尼團隊曾經討論過「如何表現跳舞時的卷發運動」,結論是:短卷發屬于是非洲的常見髮型,但是現實中非洲的短卷發大部分時間是相對靜止的狀態,雖然保持靜止在動畫中并不是一件好事,但是事實上效果還不錯。因此,在這里頭髮就沒有太多的運動,大多時間是保持相對靜止的。

《魔法滿屋》與以往電影相比不同之處還在于其頭髮多樣性的絕對規模。不止是馬利加家族,整個城鎮的每個人的髮型都各具特色。從A1-C4的十二種頭髮紋理,在家庭的12個成員身上都有體現。另外也有不同的風格,在居民中可以看到有戴頭巾的,有扎著辮子的,還有系著非洲式頭巾的。在這個小鎮,每一根頭髮都是精心設計過的!

總結

從早期都是直髮的公主系列到《魔法滿屋》中這些帶有辮子的人群角色,從《冰雪奇緣》時幾乎無法制作有兩條辮子的角色,到如今可以靠AI自動編織頭髮制作更加復雜的辮子, 技術在不斷地突破與革新!

《魔法滿屋》創造了歷史,作為第一部表現了從A1到C4的全系列髮質的迪士尼動畫電影,它見證了頭髮構建工具的變革創新和如今達到的高度。

不僅如此,這些「革命性」工具還可以重新利用在其他方面的制作,如動物的毛發,衣物上的刺繡細節等等。

科技進步本身就令人印象深刻,可以說,如今迪士尼的這一套頭髮制作工具,幾乎可以用來制作人類的幾乎所有的髮型了!但,制作為本,畫面為王,這一切的一切,都應該是 為了講一個好故事而服務的!

參考資料來源:

1.https://www.youtube.com/watch?v=cvTchBdrqdw&t=4s

2.https://media.disneyanimation.com/uploads/production/publication_asset/121/asset/hairPipeline.pdf

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