探访MadCats FX工作室如何还原模拟毒液数字特效

2019-09-03 14:31

最近,网络上盛传着一组很特别高点击率的技术DEMO镜头,此DEMO是MadCats FX(以下简称MCS)特效公司对电影《毒液》里面的生命原体特效的还原模拟。


在随后的两个月内,MCS对毒液的模拟进行了几次升级,推出了以下三个版本的DEMO:




说到影视特效,我们常见的类型有几大类:烟火,破碎,液体,粒子。通常这几大类型的特效我们都比较方便的在不同软件中找到相应预设流程方案,随后就是根据镜头的属性对流程方案进行设计和修改创作,但某种情况下,当遇到导演在电影镜头中设计出特殊的效果,超越软件的常规自然现象流程时候,就需要特效人员进行针对性的开发和制作,今天小编就随相关负责人来探访请教MCS如何解决高难度的特效开发。


MadCats FX是位于深圳和北京的一家视觉特效公司,相信业内同行都已经很熟悉这家神秘的公司,他们很少做对外宣传,却一直致力研发和对外发布极高难度的特效技术,MCS从一开始以流体特效制作出名,到现在的生长变形特效技术,到底他们是一家如何集合工作和学习研究于一体的特效公司?今天我们有幸请到MCS负责人,也是业内公认的特效大神梁潮坡老师为我们解答相关疑问。


小编:我们这几个月看到贵公司研发出毒液特效的各种细节制作流程,请问这特效困难吗?能大概跟我们说说相关技术和研发过程吗?


梁老师:从技术层面来说,毒液的特效相当困难和复杂。记得在2018年年末,我们接了成龙大哥的电影《蒲松龄》,其中负责了里面千手变形的特效,当时由于时间紧迫,我们没来得及开发技术方案去做变形特效,最后采用线IK的动画+copy方式完成。

电影《神探蒲松龄》千手变身镜头


大概过了两个月后,电影《毒液》上映,我们公司集体去观看了,当画面出现毒液原体的时候,特效同事都惊讶了,当时走出电影院我们就讨论,这真的是变态级别特效!是怎样做的??大家脑中都无数个问号,这样的特效还真是第一次见,大家都没有任何制作思路,当时我们就把这个问题暂时搁置了。

电影《毒液》原体特效镜头


直到半年后一家电影公司找到我们制作类似技术的镜头时候,我们就启动了毒液特效的全方位研究,使用软件是Houdini,研究经历了几个阶段:


第一阶段:研究物体与物体之间的毒液粘黏方案,随后我们找到了很多解决方法,这一步相对简单,主要原理是物体之间的点对点连线和构建连线之间网络系统,Houdini的vellum系统也很轻松可以做到。


第二阶段:MCS智囊团提出升级,目标开发出电影里面毒液原体爬行的特效系统,一套完美,灵活可控,适合任何镜头可以灵活修改的系统,包括从0开始生长-双向链接-变形-收缩-断开-删除节省内存的需求,后面就大量的去研究了关于Houdini动力学机制和最基本的点线面图形学机制,最后使用python作为脚本开发了一个内部的dual curve solver去进行实时的触手创建的完整动力学过程。


第三阶段:由于第二阶段的成功,让我们开发小组很灵活的掌控了生长变形特效的技巧和流程,以及对软件的图形核心知识也有了很大的进步,于是我们开始考虑毒液与人体的交互,这次我们添加了像蠕虫一样从出生到依附在本体上再到蔓延的功能,整个技术研究的过程中,我们解决了一些难题,最麻烦的是这些“虫子”到底是怎样运动的,我们参考了尺蠖虫的爬行方式以及吸血虫的吸附形态,确保如果有近镜头需要,我们都可以满足很细腻的爬行后吸附的蠕动效果,从而使毒液富有生命力的,这个阶段难度很高,很庆幸,我们的智囊团最后做到了。


第四阶段:前面的阶段都几乎是针对静态模型进行研究,而实际项目中我们需要毒液和运动物体的动作交互,所以最后MCS智囊团在之前所有的毒液生长技术原理上进行了一套非常优秀的动作配合系统开发,我们摆脱了传统的UV定位计算,或者包裹变形的计算,改而使用逆矩阵的算法,从而在动力学过程中产生定位作用,这种实时的动力学交互生长远比后期的包裹动画变形更准确,使毒液更富有动态生命力。


最后阶段:我们设法去把毒液的拉丝做得更多细节更细腻,包括是动态链接,动态断裂,链接的形态,因此我们参考了蜘蛛侠的蜘蛛丝拉丝,把他融入到毒液里面,但这样的细节增加,对整个前面系统的解算又进行了一次大的计算方式修改,里面含有大量点线面动力学计算技术的复杂应用,除此以外,我们还在镜头里面加入了空间流体计算,就像毒液受到电磁场以后产生的分裂和不稳定运动状态(这个是有真实试验视频的在youtube的),由于MCS很擅长流体,所以这部分我们用了很巧妙的方法就能快速计算出空间的大规模毒液分布的效果,效果方面还是挺满意的。


小编:除此之外,MCS对同行来说,大家都知道你们是国内最顶尖的液体模拟公司,很多的液体模拟作品成了众多特效师的模仿对象,尤其MCS在前几年做的漩涡特效,一直是特效界的经典DEMO,在这可以为大家分享一下一些液体特效制作方面的心得吗?


梁老师:随着进步,可以看到Houdini软件为了让用户能快速做出效果,不停的优化以及升级常规类型特效的各项功能,力求能做到傻瓜式操作技术流程,让大家能节省时间放在效果和渲染上,记得五六年前,还是Naiad作为液体模拟的顶级软件,当时使用的人少,资料也少,更多的精力都放在模拟流程技术上,现在液体模拟除了像漩涡,卷浪或者变形这些比较特殊形态以外,常规水体模拟几乎没有任何技术门槛,而如何渲染水花好看成了液体特效的关键,在这可以总结一个口诀给大家,记得四个关键点:1,粒子用sphere模式。2,用点云去计算粒子的法线。3,要用曝光值正确的HDR进行照明。4,渲染细分15以上(mantra参考值),这样渲染的水花才会有泛白的泡沫质感。


至于问到我漩涡的技巧,其实我之前刊登过,但是有一个重点的细节我忘记写了,也想借着平台跟大家说一声抱歉,大家按那效果做总是有点不对,关键一个点是我做的其中一个sin正弦值场,不是静态的,是做了offset,一直往漩涡中心收缩的:


制作分析地址:

http://blog.sina.com.cn/s/blog_60b3e1ab0102w5s6.html

MadCats FX设计的岩浆漩涡

小编:MCS是如何在紧张的特效业务中能保持额外高效的技术研发?能分享一下贵公司的项目介绍和未来的技术开发计划吗?


梁老师:是这样的,MCS成立的初衷就不是一家做特效镜头的公司,我们从一开始就是定位在高段位的特效学术研究和为客户提供难题解决方案的影视科技公司,当然我们现在能帮助很多影视客户完成许多有挑战性的镜头也是感到很荣幸,直到现在,MCS拥有两个部门,一个是负责影视特效镜头制作,另一个就是独有的智囊团,每年公司会投入一部分资金供智囊团进行研发使用,为开发人员提供安静的思考环境,这也是MCS的心脏所在。我们希望能对变态级别的特效技术进行攻破,从而提升总体的特效解决能力。


项目方面大致有《蒲松龄》,《刺客部落》,《如来神掌》等等,MCS不太想谈及太多项目参与的事情,参与的镜头和研发的成果都会在年度DEMO上发布,我们更着重于培养大家解决问题的能力,因此MCS今年计划会推出新的特效福利产品,希望能帮助更多的特效同行掌握高质量特效的模拟和制作。


小编:另外能跟大家分享一下特效学习的心得吗?


梁老师:我认为学习最重要是实践动手,大部分人只停留在看教程的阶段,教程固然需要看,能让学者比较容易理解软件的方方面面,但同时无论教程难度的浅深,只能帮助你学习作者的解题思路。换句话说,即便你能看得懂复杂的教程,也不代表你在实战中能自我灵活的去组织思维和创作以及解决问题,因为教程的逻辑是写在纸面上给学者去推敲,但到了工作实战,尤其遇到例如毒液这种千奇百怪的特效而没有任何教程时候,你就要在白纸上组织自己的解决方案,然后再一步步围绕自己的方案去解决过程中所有碰到的细节问题,而这种独立解决问题的能力才能帮助学者成才以及增加制作的速度,有一套自我的逻辑思维,摆脱对教程的依赖和束缚。对我自己而言,教程在硬实力培养上只能去到二三十分,如果再想往上走,有一个质的飞跃,我建议多参考一些优秀的效果,然后用自己的方法去努力模仿和制作出来,有好多人面对难题会退缩或者脑中空白,其实不用担心,要对自己有信心,先树立解题方向,然后一步一步的慢慢思考和制作,因为过程中你也慢慢培养出搜索资料的能力。



小编:作为特效硬技术的公司,能跟大家分享一下MCS做特效的硬件和网络安全配置吗?


梁老师:这方便就留给MCS智囊团的一员,小肖同学来跟大家介绍一下吧。


肖(MCS流程总监):MCS除了在软件技术方面的苛刻追求,我们在配套的硬件网络方面也是如此。接下来我分享下MCS公司数据安全、硬件和网络配置方面的经验。

数据安全:公司众多项目周期长短不同,确保数据资料的安全是重中之重,为此MCS搭建了自己的数据中心。

(01 装机72TB数据中心)


目前预投入72Tb中心数据存储,分为两部分:工作服务存储和镜像存储。作服务存储是给MCS艺术家直接托管工作使用;镜像存储计划时间对工作服务存储内容进行热备份,双层保险确保项目进行文件的安全。

硬件:设备响应速度会影响员工的工作状态,分为MCS艺术家工作用电脑和渲染农场使用电脑。MCS艺术家工作用电脑,配置时我们遵循“四高”,其次才是核心数。即“CPU、GPU、RAM时序高、系统盘4k随即写入高”,由于软件、系统界面UI往往需要即时高处理力,所以CPU,Intel家族常用4.0Ghz以上即可,尾号带K或者X,方便超频拉升性能,AMD家族最近新的2700x也是不错的选择。GPU我们不推荐1-2万的专业显卡,反而购置GPU时钟数高的游戏卡,比如单卡GTX10系列足以,如果有公司走GPU流程,推荐英伟达的卡,不建议购置AMD的,因为光追和CUDA当下是主流GPU渲染器使用的技术支撑。RAM也就是大家说的内存,2400MHz以上是保证Houdini解算预览时高速写入内存所必须的,也是mantra "render to disk"时或者deadline hython写入内存时所需要的。系统盘4k随机写入高的保证是系统(如C盘)使用固态硬盘,我们主要使用Sata协议固态为主,当然NVME协议固态我们的其他设备也是有采用的。

接着是渲染农场使用电脑,我们遵循的反而相反,现在MCS已经具备了几台TB级RAM、超80线程能力的设备,用来集中模拟和测试中大型特效。

(02 装机1TB内存)

  网络配置方面:据我了解,行内很多公司局域网还是停留在“千兆网”阶段,更糟糕的是从交换机到艺术家用电脑的网线(电口)居然不是超六类以上的,每逢提交文件想必有多慢,何况打开个工程?这种慢我举个例子,千兆局域网的理论峰值是125MB/s上下行,不做负载均衡的情况下,两个艺术家同时拷贝文件进数据系统会平分负载,即每人60MB/s,如果公司有50个艺术家在随机时间内交叉提交,同时写进数据存储,交换机(带RAM独立交换机不是那种几百块的即插即用交换机)未做缓存前提下平分负载就是125的50份为2.5MB/s,这种现象还会影响诸如Houdini下Hqueue的集群渲染,设想下如果一帧1G缓存从储存服务文件分发给各渲染机器的速度,那将是致命的网络堵塞。MCS为了解决这个问题,已经搭建万兆局域网,在理论峰值是1GB/s的加持下,数据通过光纤和MCS艺术家电脑加装的万兆网卡进行高速流通,这无疑是最重要的。

(03 三层万兆交换机)


  最后提一下我们的官网,http://www.madcatsfx.com前段时间我们自主设计了和重新制作了网页,让MCS以全新的面貌走向互联网。

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