如何制作逼真的3D生物动画？大神手把手教学！别错过~

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嗨！小伙伴们，我是你的好朋友小SOMO！

今天和大家分享教程如何使用Ziva VFX 制作逼真的3D生物动画！

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嗨，老朋友们，大家早上好呀~前几周和大家分享了3D生物模型的作品大赏，（忘了的点名批评！小编放在文末往期推荐！去看！）受到了很多好评。所以一直想着写一期制作3D生物动画有关的知识，供大家参考学习。今天就给大家安排上~

先看一下作者作品之一

今天给大家分享的这位作者名为Anupam Awasthi，是一名Creature FX技术总监，在过去七年中一直在电影行业中工作。这位作者是个妥妥的学霸，是动画和视觉特效专业的理科学士、计算机应用学士和计算机应用硕士！此外作者是个全能型选手，在多家公司担任软件讲师、软件测试专家、技术培训讲师、视觉效果专家、技术文档专家和首席技术培训专家等各种测试。第一家公司是Prana/Rhythm and Hues Studios，在那里向一些了不起的首席艺术家和朋友学习了有关角色特效的很多知识，决定深入学习生物特效是看到《无敌浩克》、《少年派的奇幻漂流》中进行一些老肌肉和皮肤模拟测试时！作者实在是对此太着迷了！

该作者参与过很多知名项目，大概32个，如迪斯尼的《小美人鱼》（2023 年）、漫威的《月亮骑士》、《神奇动物-邓布利多的秘密》、《RRR》、《地狱男爵》、Netflix 的《Watership Down》、《特务亚盖尔》和和漫威的《复仇者联盟》电影！

Anupam Awasthi

职位：生物技术总监

居住地：印度孟买

擅长：数字角色动画、动态模拟与绑定、视觉效果集成

A站地址：anupamaw.artstation.com

作者的个人信息介绍了这么多，下面咱们就进入正题，学习一下Anupam Awasthi 分享的如何在Ziva VFX中制作生物模型的技巧，并学习下肌肉和皮肤模拟背后的过程。

The Cryolophosaurus动画

加入Viskefi工作室后，作者学到了很多关于神经元细微组织运动和行为的知识，使制作最符合解剖学/生理学正确的动画和模拟！

作者对自己要求很严格，在制作项目中，需要寻找资料，他会尽可能的优先观察现场参考资料，如果不可行，就会在网站上查找以获取参考资料。

制作生物模型

作者表示所制作的生物模型应符合解剖学原理，因此必须花时间找到可供参考的现场视频或者照片作为参考资料，然后对其进行观察与研究！例如，如果要制作一只狗，那么需要对它的身体进行深度观察，检查骨骼和关节的位置，并观察肌肉的变形情况。之后，可以制作身体外部的模型，然后开始制作骨骼和肌肉，一定要检查穿插情况，因为它们会影响模拟效果！

建模艺术家总是与CFX艺术家一起进行技术检查（QC），因为这是一个反复试验的过程。骨骼不是模拟的，它们用于动画，骨骼驱动肌肉模拟，因为肌肉通过动态约束与骨骼相连！模拟组织有多种方法，如XPBD（基于位置的顺应约束动力学模拟）PBD（基于位置的动力学）、CD-MPM（连续损伤质点方法）、MPM（质点法）、FDM（有限差分法）以及Ziva VFX中广泛使用的FEM（有限元方法）。 

在生物特效方面，作者使用的工具包括Maya、nCloth、nHair、Carbon Cloth、Qualoth、Houdini 19.5、Wrap4D、Marvelous Designer、Vellum和Ziva VFX。

动画工作流程

动画师应始终检查骨骼间的穿透和关节的骨骼变色，并且在将动画发布用于CFX模拟之前，始终保证在解剖学上是正确的。

在Ziva VFX中，有很多模拟方法：可以单独模拟肌肉，然后是脂肪模拟，最后单独模拟皮肤，在这个过程中，骨骼将以ABC缓存的形式用于动画。骨骼驱动肌肉模拟，因为肌肉是通过动态约束连接到骨骼上的，之后，需要将肌肉模拟以ABC缓存的形式导出，该缓存将成为脂肪模拟的碰撞对象！肌肉将驱动脂肪模拟，因为脂肪是通过动态约束连接到肌肉上的，脂肪模拟导出为ABC缓存，成为皮肤模拟的附着物。皮肤模拟由脂肪驱动，因为皮肤通过动态约束连接到脂肪上，但在皮肤模拟中，碰撞将被关闭，这是一个可以实现的独特工作流程。

骨骼装备： 上图包含Maya关节和骨架几何图形（Maya关节驱动骨架几何体）。

肌肉装备： 同样的骨骼几何图形现在是Ziva骨骼，肌肉几何图形是Ziva组织，作为创作过程的一部分，肌肉通过zAttachments连接到骨骼，驱动zLineOfAction的曲线被铆接到该场景中的骨骼几何对象上，然后，只需打开肌肉设置，导入点缓存，并使用它来驱动肌肉设置场景中的骨骼。

皮肤装备：上图由脂肪（代表肌肉和骨骼之间的体积）以及外部皮肤组成，两者都被解析为Ziva组织，外部皮肤也作为Ziva布料处理。与之前的步骤类似，脂肪和外部皮肤由上一轮肌肉求解得到的点缓存驱动，由于 "布 "会沿着几何体边缘变形（与在四面体水平变形的组织不同），因此将表皮作为 "布 "与脂肪同时求解会产生高度动态的皱纹变形。

最终混合装备：皮肤混合器是一个简单的变形装置，用于将皮肤集群与模拟结果混合。

程序：Ziva 是 "由内而外 "解决的，在本例中，设置过程从骨骼装备开始，依次进行肌肉、皮肤和最终混合。每个骨骼都是一个动态的模拟对象或对象集合，它们都由 "运动学输入 "驱动，这些运动学输入是每个通道的点缓存，因此，设置过程的每一步都需要上一步设置的点缓存。

温馨提示：作者建议使用Alembic作为点缓存；此外，若要用前一次的动画来驱动Ziva骨骼，建议在导入的动画几何体和场景中相应的Ziva骨骼几何体之间制作一个简单的混合形状，因为在整个设置过程中都需要使用脚本，脚本将有助于完成此操作。

初学者的步骤流程

1.看下图，想从这个姿势（标准 "A "或 "T "姿势）变成某个任意姿势，骨骼动画制作完成后（方法其实并不重要），这些骨骼及其动画将导出为Alembic文件，然后导入Maya并分配Ziva Bone对象状态：

2.在使用Ziva VFX时，在已批准的模型中建立一个骨架模型，然后以同样的方式建立肌肉对象：

3.使用Ziva VFX工具，肌肉可以（松散或牢固地）连接到骨骼上：

4) 通过绘制肌肉对象的“起点”和“终点”，可以建立肌肉的纤维方向，这样，当作用线改变长度时（通过铆接到相邻的骨骼对象），肌肉可以轴向“弯曲”和固定：

5.在基本姿势（"A"、"T "或其他姿势）下，将骨骼和肌肉周围的人物模型 "收缩包裹"（使用 Ziva VFX 仿真将其制作为 Ziva 布料对象并施加一个或多个力），从而制作出筋膜对象：

6.在阅读和观看了所掌握的所有材料之后，观察到这种特殊情景被不断使用：

7.将该筋膜对象的一个副本包裹（已经在管道中使用了包裹3）到原始核准模型，并通过将皮肤/脂肪对象的开口端与另一个筋膜对象副本的相应开口端桥接，制作一个皮肤/脂肪 "手套"，这样就形成了一个不漏水、无零体积的对象，Ziva tet网格可以填充该对象的体积！

8.使用Ziva VFX在动画骨骼的Alembic缓存（如适用，则为 "动作线"）上模拟肌肉。之后，它们也会被Alembic缓存，在下一步中成为筋膜的 "骨骼"。

9.由于筋膜和脂肪/皮肤可以在Ziva VFX 1.4 中同时创建，因此制作的脂肪/皮肤手套现在分配了组织状态，并在动画肌肉和骨骼几何体上进行模拟，该几何体之前已被Alembic缓存，现在由Ziva骨骼对象来表示。

10.将使用低多边形模型驱动高多边形模型来获得最终结果，可以使用Ziva VFX使高分辨率模型变形。无论如何，都要将四面体网格的分辨率与最终的变形网格分离，或者，也可以使用较低分辨率的网格进行装备（这样更容易绘制附件、材质等），然后使用嵌入器添加高分辨率网格，使其可以由相同的四面体网格驱动（或者可以使用 Maya包装）。

11.将模型的头、手和脚复制三份

• 使用Ziva的嵌入器Ziva ->Embedded Mesh或Maya的包裹变形器通过Ziva模拟网格对第一个完整的网格进行变形。

• 使用用于设置Ziva骨骼姿势的关节层次结构，将基本的 skinCluster应用到第二个完整的网格，重点确保头部、手部和脚部的质量。

• 选择第二个网格，然后选择第三个网格并添加混合变形变形器。确保将原点设置为“Local”，将变形顺序设置为“After"”，将混合权重设置为1.0。

• 选择第一个网格，然后选择第三个网格，并使用相同的设置添加另一个混合变形变形器，将混合权重设置为1.0。

• 右键单击第三个网格，转到绘制选项并绘制第二个BlendShape变形器的权重。

• 使用绘制上下文工具通过绘制混合权重值0.0来显示头部、手部和脚部的变形（类似于Photoshop中的遮罩）。

如果操作正确，头部、手和脚现在应该使用SkinCluster进行变形，而角色的其余部分则使用Ziva VFX 模拟的结果进行变形。或者，可以选择直接使用Ziva VFX使整个角色变形，而无需移除头部、手部和脚部！

Ziva VFX耦合方法

Ziva VFX中使用的耦合方法与其他方法不同，它将肌肉组织和浅筋膜/皮下脂肪同时模拟为zTissue对象，而将表皮单独模拟为zCloth对象，这种方法因其复杂性和成本而未被广泛使用，但它能提供稳定且符合解剖学/生理学原理的结果。

接下来让我们来分析一下其中的各个组成部分和概念：

• 有限元分析 (FEA)：FEA 是一种用于解决复杂工程和科学问题的数值技术。它对于模拟具有复杂几何形状和边界条件的物理系统特别有用。FEA 将复杂系统分解为较小的互连元素，并使用数学方程对每个元素的行为进行建模。当应用于解剖结构时，FEA 可以模拟这些结构如何响应不同的力、载荷或变形。

• 耦合方法：在Ziva VFX的背景下，耦合方法是指在单个模拟中集成多种物理现象或不同类型的材料。在这种情况下，它涉及一起模拟不同层的组织（肌肉组织、浅筋膜/皮下脂肪）并分别模拟表皮。这样可以准确捕获这些层之间的相互作用和影响。

• 肌肉组织和浅筋膜/皮下脂肪：肌肉组织和浅筋膜/皮下脂肪是人体的重要组成部分。肌肉组织提供运动和支撑，而皮下脂肪和浅筋膜则起到绝缘、保护和连接支撑的作用。使用有限元分析对这些结构进行模拟，有助于分析它们在各种条件下的行为，如机械负荷或变形。

• 表皮：表皮是皮肤的最外层，它是抵御外部环境的保护屏障，有助于调节体温。使用zCloth对象单独模拟表皮，表明在模拟中表皮层被视为柔性的布状材料，这种方法可以捕捉皮肤和下层组织在移动或变形时的相互作用。

• 解剖学/生理学上正确的结果：使用耦合有限元分析方法的优势之一是，与简单的模型相比，它能提供更准确、更逼真的结果。通过模拟肌肉组织、筋膜、脂肪和皮肤之间的相互作用，可以深入了解这些组织层如何共同应对各种力量或条件。

• 复杂且昂贵的模拟：虽然耦合有限元分析方法可以得出精确的结果，但其计算成本高且耗时。这种复杂性来自于模拟具有不同材料特性和行为的多个相互作用层，不过，计算资源和模拟技术的进步使得进行此类模拟变得更加可行！

总之，说了这么多，所提出的这些方法可以提高并且增强我们对解剖结构的机械行为以及它们之间的相互作用的知识！可以用于在生物力学、医学研究和虚拟手术模拟等多个领域，并发挥重大作用~

最后的建议

在制作项目期间，动画不正确，会导致骨对骨的穿透，由于组织体积不正确或拓扑结构不合适，将必须重塑一些肌肉。所以在建模阶段，肌肉的正确放置至关重要！大家要格外的注意！

今天的内容全是干货！文字是有些多，谢谢大家看到这里啦~希望这些内容可以帮助到大家~小编去干饭啦~看完记得点个赞哦~爱大家~

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