迪士尼「头发」制作黑科技大盘点！如何保护好公主们的翩翩秀发？
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大家心目中的迪士尼公主是怎样的形象呢？
是像白雪公主一样肤白貌美
还是像辛德瑞拉一样聪明伶俐
又或是如乐佩一样是个勇敢的女汉子
无论你心目中的完美公主是怎样的形象
迪士尼屏幕上的公主们都有一个共同的特点
那就是拥有一头顺滑柔顺的翩翩秀发
但如果你“层层掀开”这些公主们的秀发
你就会发现这柔顺的头发当中其实是多么的复杂
尤其是在三维动画的制作中
想要追求飘逸顺滑又真实的头发动画效果
这背后是多少技术的更迭与创新
尤其是在今年年初上映的《魔法满屋》中
迪士尼实现了更多的重大突破
其中包含了对各种复杂的
发型、发质以及发色的尝试
是迪士尼首部涵盖所有发质的动画电影
代表了迪士尼目前在头发制作方面的最高成就
也是其建立基础工具并迭代所达成的一个里程碑
今天我们就来盘点一下
迪士尼为了保护好翩翩秀发
分别做了哪些努力吧
迪士尼的头发制作技术主要经历了三个阶段
分别是二维时代、直发时代以及卷发时代
1937-2010 二维时代
早在迪士尼动画的二维手绘时代
艺术家格伦·基恩就设计创作了许多经典的发型
在世界第一部动画长片《白雪公主》中，迪士尼为了让白雪公主的形象更为生动，找到了一位14岁的女孩Marge Champion作为真人模特进行动画角色概念设计。
在早期的设计稿中，就可以体现迪士尼艺术家对于现实头发在角色概念中的归纳和美化，那饱满流畅的外轮廓甚至是如今很多女生所追求的“高颅顶”典范。
这些发型在设计上有很多共同的特点
甚至被视为后来迪士尼动画在头发设计上的
“潜规则”
第一是外形上基本都是以曲线呈现，很少有直线
第二是必须具有体积，这就体现在了富有节奏的曲线、曲折和转折上
当迪士尼动画逐步由二维转向三维时，艺术家们发现，想要直接“复制”这样的头发到3D中并不容易。因为在三维动画的制作中不像二维手绘，艺术家在创作时专注的地方不再是“如何塑造富有体积和变化的头发造型”，而是要考虑一切需要考虑的因素。
即使是屏幕上没有出现的东西（如风或不同的光源或阴影），还有外界物理环境与头发的相互作用（如与衣服或与皮肤等），甚至还要考虑外力与头发之间的交互作用，这些所有需要考虑的因素在三维动画的制作中都需要以一种自动化的方式来模拟，才能让头发、毛皮和布料等元素的运动更加真实合理。
2010-2016 直发时代
2010年上映的《魔发奇缘》是迪士尼工作室由手绘动画向电脑动画全面转型的首部作品，也是迪士尼工作室首次涉足3D头发动画。长发公主乐佩拥有一头70英尺长的头发，她的长发具有神奇的魔力，在动画中几乎打破了所有现实生活中的运动定律。
事实上，在《魔发奇缘》之前，迪士尼对于毛发系统的三维尝试还是在2008年上映的《闪电狗》，为此团队当年开发了一种名为iGroom的刷毛工具，仅适合较短的毛发。
那么，要想让乐佩公主长达70英尺的飘逸长发可信地动起来，工程师们不得不绞尽脑汁（令人头秃）地开发与测试。
对于头发动画的制作，迪士尼工作室秉承着一个关键原则：目的并不是让它尽可能逼真，而是让它在故事的虚构世界中可信。
终于，工程师们为此开发了一个程序，称之为动态线（Dynamic Wires）。它结合了基于物理的模拟，并加入了有决定头发行为的程序，虽然有些指令违背了物理现象，但是却可以让艺术家们制作公主的长头发，并完全让头发按照他们想要的方式扭曲和转动。
如果乐佩公主这么长的“秀发”放到现实生活中，它将会有60-80磅重，会结成一团重重拖在地上，就像是一条尾巴。为了表现头发的飘逸感和轻盈感，并可以平稳地滑动，开发团队分解了她的14万股发束，并将之放在147个不同的管子中，用头发管来代表头发块。通过“头发管”的形式，艺术家们不仅拥有更多的创作空间去雕刻塑造长发的造型，还可以控制头发分开生长和插入缠绕的方式。
这种利用“头发管”修整头发的工具逐渐发展成为了后来的一款名为Tonic的软件，它也是迪士尼如今还在使用的美发技术。
迪士尼官方是这样来评价Tonic的开发：一个角色有数十万根头发需要进行样式化，但在单个头发级别设计显然是不切实际的，也正是上述的技术难点触发了 团队不断的技术探索： 使用分层卷，艺术家可以修饰角色的发型，然后用单独的发束程序性地填充这些卷。
Tonic 基于体积的编辑和程序化还有一个额外的好处，那就是使头发工作流程对艺术变化更加稳健，允许艺术家进行增量编辑并显著提高整体迭代速度。
经过《魔发奇缘》对于长直发造型的初步探索，2013年上映的《冰雪奇缘》中已经制作出现了超过50种精心设计的发型。幼年的艾莎原本是有着尖尖刘海的短发造型，但是随着角色的成长，迪士尼又为艾莎设计了一款浅色辫子的盘发造型，非常符合贴近挪威的文化传统。
如何制作编织而成的麻花辫效果，同时保证相互缠绕的发束不会穿模，这就让“如何正确方便地弯曲和移动头发”成为了当时的一个技术性挑战。
迪士尼的工程师又更新了美发系统，正式称之为Tonic。Tonic是一个基于体积的头发生成工具，艺术家们可以借此把头发分组，并以所需的方式移动和引导这部分头发，过去需要好几周去创建复杂发型样式的工作量，如今只需要几天。
《冰雪奇缘》中艾莎的关键镜头是当她放下头发并将其整理为她标志性的马尾。从动画师的表演中汲取灵感，迪士尼希望在她将头发从发髻中拉出的那一刻，头发就会向上弹起。通过为观众提供视觉隐喻，这有助于强调她的角色转变。
对于《冰雪奇缘2》，随着多种发型造型的引入，艺术家们立即注意到，无论采用何种配置，我们都需要保留艾萨的造型语言。浸湿、在水下、马尾辫、头发垂下——所有这些都必须在头顶保持不对称的菱形形状，才能感觉像艾莎。留着头发，是作家兼导演詹妮弗·李提醒我们，观众需要一个视觉锚才能回想起她的辫子。因此即使散开头发，也会在她的左肩前放一绺头发，模仿辫子的位置。
除此之外，Tonic另可以用于制作动物的毛发，就像斯文脖子上蓬松的驯鹿毛。
在《冰雪奇缘》中还有另一项突破性实践，那就是实现了头发在激烈的环境下仍然保持真实可信的运动，如在大风或者大雪中。
在最初的设定中，角色的刘海形状是非常程序化的，拥有被精心设计过的轮廓。即使是经过风雪的“摧残”，迪士尼也试图去平衡这种风格化的设计与真实的物理情景，来维持这种吸引人的造型语言。
2016- 卷发时代
对于头发与复杂环境因素相互作用的探索，在2016年上映的《海洋奇缘》中得到进一步的展现，比如在水中的人物动作对头发动画的影响。同时，迪士尼也在这部作品中开启了对于卷发制作技术的探索。
在迪士尼一开始的人物设计中，半神毛伊是一个秃头形象，就像巨石强森本人一样。但是在故事灵感来源地波利尼西亚的专业文化顾问指出，头发是作为半神的精神能量的来源，因此毛伊和莫阿娜就被改造成了现在屏幕上的有着长长卷发的形象。
这时迪士尼又面临着另一个新的问题，那就是如何塑造锯齿型或S形的卷发造型，因为在此之前迪士尼的动画人物头发都是以直发的形式出现的。
制作卷发是很困难的，除了要在非常长的头发上制作弯曲的形态，并且还要试图理清楚如何管理那些弯曲的形状，防止他们互相戳穿，互相缠绕。迪士尼为了解决这个技术性难题，拓展了Tonic的管子修饰功能，利用算法赋予了它卷曲头发的能力。
解决了造型上的困难，迪士尼团队又面临着卷发在特殊环境中运动的难题。如何让波浪一样的卷发在水中依然能维持其固有的体积，而不是塌成一团呢？迪士尼团队在此迎难而上，把弯曲的头发看作是一段弹簧，并开发出了所谓的弹性杆模型。
头发自身就受到重力和弹簧一样的弹力影响，对于不同部位的头发又分为三种弹簧模型来模拟头发的弹性，即线性弹簧、弯曲弹簧和边界弹簧。线性弹簧控制头发的拉伸与压缩，弯曲弹簧控制头发的旋转与复原，最后由边界弹簧控制头发与头皮的连接。弹性杆模型保证了卷发在不同的力量下会保持它的曲折和弹性，如风或水。
比如莫阿娜从天上掉下来，在空气阻力的影响下，她的卷发有多少还是会以弯曲的形态呈现，又有多少会是一段被拉长的直发；或者如果压缩她的头发，卷发会有多大程度的聚集？
迪士尼同样还希望可以给予动画师更多的创意空间，让动画师可以主观地引导头发运动，于是又开发出了一款新的头发模拟程序——Quicksilver。这款程序结合了绑定和修饰控制，不再是传统地用静态头发为角色制作动画，而是可以直接将头发摆成起始姿势，然后利用Quicksilver直接生成确定的运动。通过让艺术家自己设置塑造头发的姿势，让迪士尼的动画表现力和艺术感染力进一步的提升了。
角色的深色头发也为迪士尼表现头发的色彩开辟了新天地。在以往的迪士尼动画中，如《魔发奇缘》《冰雪奇缘》的角色头发还都是浅色系，因为任何深色或黑色的头发对于光的反应比起其他发色是完全不同的，那么如何表现它的丰富性就成为了难题，即我们所谓的“五颜六色的黑”。
迪士尼动画的头发技术在2021年的《魔法满屋》中已得到广泛和成熟的运用。
首先，《魔法满屋》对头发的材质表现进行了改进，使黑色或深色的头发也可以获得丰富色调。
通过可编程渲染管线的运行，可以实现复杂多样的着色器渲染对渲染质量的整体提升。这些着色器包括顶点着色器、片段着色器、细分曲面着色器以及几何着色器。在这些着色器的共同作用下，画面呈现的色彩范围更加明确明显，能够实现更复杂的效果，也有更高的自由度。
其次，迪士尼在《魔法满屋》中展现了从1A到4C的全系列头发纹理。在这里的1-4代表着头发的弯曲程度，A到C代表着头发的毛躁（膨胀）程度。
米拉贝尔拥有的是一头3B型卷发，在周围还附着一圈更加密集的松散卷发。迪士尼团队将这种通过线圈来控制头发弯曲程度的功能添加到了Tonic中。
为了强调每个角色独特的性格和特征，角色外观开发艺术家们正试图弄清楚“如何打造头发的自然美”，这种对发型多样性的追求一直延伸到角色头上的每一根头发。其中卷发的方向很重要，因为观众不希望两个卷发看起来是一模一样的，那样看起来很不自然。另外每个人的头发都有很多微妙变化，比如卷发大小的变化、头发的颜色等等。
除此之外，《魔法满屋》的头发总是会随着人物的跳动也富有节奏地摆动起来。因此，团队就需要付出大量的精力去检查每一组头发的运动是否自然，并与角色的动作进行反复对比观察。
之前的迪士尼公主大多是长直发，因此可以沿着大而宽的路径移动。但是在《魔法满屋》中为了让更紧密的卷发自然运动，就不得不去调整这种传统的做法。迪士尼团队曾经讨论过“如何表现跳舞时的卷发运动”，结论是：短卷发属于是非洲的常见发型，但是现实中非洲的短卷发大部分时间是相对静止的状态，虽然保持静止在动画中并不是一件好事，但是事实上效果还不错。因此，在这里头发就没有太多的运动，大多时间是保持相对静止的。
《魔法满屋》与以往电影相比不同之处还在于其头发多样性的绝对规模。不止是马利加家族，整个城镇的每个人的发型都各具特色。从A1-C4的十二种头发纹理，在家庭的12个成员身上都有体现。另外也有不同的风格，在居民中可以看到有戴头巾的，有扎着辫子的，还有系着非洲式头巾的。在这个小镇，每一根头发都是精心设计过的！
总结
从早期都是直发的公主系列到《魔法满屋》中这些带有辫子的人群角色，从《冰雪奇缘》时几乎无法制作有两条辫子的角色，到如今可以靠AI自动编织头发制作更加复杂的辫子，技术在不断地突破与革新！
《魔法满屋》创造了历史，作为第一部表现了从A1到C4的全系列发质的迪士尼动画电影，它见证了头发构建工具的变革创新和如今达到的高度。
不仅如此，这些“革命性”工具还可以重新利用在其他方面的制作，如动物的毛发，衣物上的刺绣细节等等。
科技进步本身就令人印象深刻，可以说，如今迪士尼的这一套头发制作工具，几乎可以用来制作人类的几乎所有的发型了！但，制作为本，画面为王，这一切的一切，都应该是为了讲一个好故事而服务的！
参考资料来源：
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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