最近一些电影中最令人惊叹的数字毛发和皮毛工作——如《猩球崛起：黎明之战》中的Caesar, Maurice以及数以百计的猩猩，《霍比特人》三部曲中的中土生物，《丁丁历险记》中的狗狗Snowy——都出自维塔数码，部分要归功于该工作室的Barbershop毛发修饰系统。该工具集目前获得了奥斯卡科学技术奖Sci-tech Award，这篇文章就Barbershop在维塔数码的使用和发展对获奖者进行了相关采访。
Barbershop最引人注意的方面不是渲染时图像的外观有多棒——尽管毫无疑问，他们做的确实很棒——而是维塔数码的工作团队写出来的软件，确实就是设计师们在雕塑和设计角色毛发时想要的效果，最让人不可思议的是出现在屏幕上一模一样的角色。这似乎不会引起 奥斯卡的注意，但基于这样一个显而易见的基本概念，这个项目必须做一些非常熟练的工作，以便于设计师能够直接控制Caesar身上每一根湿毛发，以及当他站起来俯视旧金山时——Caesar的每一根毛发看起来也都要一样。

毛发、布料、火和水的动画在计算机绘图的基础就是模拟。这类事物进行动画处理太复杂，所以我们通常创建一个系统，运行，然后看结果。以布料模拟为例，设计师将布“剪”为衬衫的形状，然后我们运行这个模拟，它就会下落、沉降并折叠为这个数字角色的轮廓。燃烧的大楼进行了分裂模拟，模拟数据就会缓存，就像水或其他模拟一样，然后被渲染。对于毛发的模拟，应该使用同样的逻辑，毛发的长度、样式和颜色都应被定义，然后运行模拟，看效果如何。全是建模非常好的飘逸毛发，但如果第二个角色翻转再运行毛发模拟，就意味着重力摧毁了毛发，失去了躯体，就会弹跳起来，这个镜头就毁了。是什么使Barbershop变得如此强大？暂且不说其他的，你能确切的对毛发的外观进行建模——使用像梳子这类熟悉的工具，或者将毛发剪到特定长度，然后使用类似从检测工具，在线性水平工具通道“识别修饰”信息，使得模拟或动画不会从基础上改变修饰的外观。Barbershop本身不做最终的模拟或渲染工作，而是为这些功能提供参数，但是是以一种保留修饰完整性的方式这样做的。
有了Barbershop，可以直接控制毛发中的每一根毛发。不像有些系统，有了引导毛发，然后往上增加，比如说在渲染时间，从10000最终增加到100000根毛发，Barbershop让设计师能够看到所有毛发的最终设置。为了调整一根毛发或一丛毛发，不需要重新定义程序参数，设计师只需要改变毛发，一切就都运行正常了。该系统不是建立在普通的流程图或节点链上。如果设计师想让一条腿后边的一团毛发看起来像前臂上的毛发一样，他们就能用一个克隆工具，将它们“画”上去。如果猩猩需要污垢或干泥，该项目中可以添加，分布于皮毛上。当然，这两个例子中的毛皮都不是在二维感概念上画的，更像是在Mudbox中，设计师能够直接控制3D，泥也不是直接混入的，而是移入到皮毛的毛发中，可能是完全复杂的数字“弹性杆”。这并不是说设计师们就需要担心。设计师们只需要使皮毛看起来又湿又脏。毛发的凝聚只是为设计师们完成，他们可以不通过引导毛发来调整一根毛发、一丛或一个区域的头发，而是通过直接的控制调整。
“我们试图用Barbershop做的是，”Weta Digital公司的Marco Revelant说，“让视觉发展（美容，阴影等）一方从模拟的一方分离。换句话说，我们试着将美容和模拟概念之间的联系打破。”
如果你认为刚才设计师控制的单丛湿毛发更像是一种3D的头发/Photoshop工具，在这些场景后面，Barbershop需要确保这一点毛发什么时候被传递到最终的毛发模拟，那时，复杂的算法、重力、表面张力、接触力等都会产生一丛与设计师设计的完全相同的毛发。此外，当渲染器实施全真的基于物理的灯光解决方案时，Barbershop必须要确保最终的内折射反射波和颜色属性都是一致的，使头发在最终的Manuka渲染器中和设计师将泥土添加到其中一丛中的时候一样又厚又密集。但有趣的是，Barbershop对动态学一无所知。与许多毛皮系统不同——Barbershop不保留生成给定毛发装饰所必须的操作列表。该系统对待毛发的方式更像Photoshop对待图像的方式。毛发是使用雕刻工具放在既定位置的——一旦工作完成——就不再需要了。因此，在某种意义上——头发可以被视为它自己的实体，不依赖于任何操作或表面。Barbershop对着色器和照明也一无所知。然而，它尽可能多的为着色器提供信息。魔法般的照明是由着色器完成的。

Barbershop的强大到可以在拉丁表达中捕捉到，“firmitas,utilitas et venustas”或者说强度、效用和美丽。该项目对毛发直接控制，而不是近似控制，它太有用了，而且已经用于《阿凡达》之后维塔数码几乎所有的电影中，尤其是《丁丁历险记》和《猩球黎明》电影中——它简单中蕴含着美丽：“你在预览中看到的就是你在渲染中得到的”。作为一名设计师想要什么非常“明显”，为了得到结果，很容易跳过必须要做的事情。
最近的电影《霍比特人》中的小矮人就是一个很好的例子——他们的头发很复杂，编成辫子，而且要求在电影中对数字替身进行数字复制。这类复杂的发型在很多毛发程序包中会极其困难，正如在《猩球崛起》电影中有潮湿、乱蓬蓬的毛发的猩猩一样。
该项目是在Revelant和Alasdair Coull的电影《金刚》和《阿凡达》之后，在维塔数码中构想的。Revelant见证了维塔数码用不同的方式实现了相同的事，而且系统会更强大，更简单。Coull是第一个对这种解决方案开始编码的，而且很快加入了Shane Cooper初始设计的建筑和工程设计。从发展的高度来说，是一个五人团队在研究它，但维塔数码很多设计师们都为设计理念和系统的测试做了贡献。
代码很稳固，核心库独立于渲染器或模拟器。这就意味着，尽管该系统是作为Maya的一个插件运行，最初设计在RenderMan中工作，但核心代码是完全独立的，相对来说，转换到新的Manuka渲染器中比较简单。
维塔数码使用了很多解决方案来做毛发的模拟，包括使用“离散弹性杆”模型，其数学遗产可归功于19世纪中期到末期。这些都基于一个事实，即头发（如细棒）是三维的，但与第三维度相比，有二维的。所得毛发模型有曲度，而且这种扭曲相对于每个预定“杆”来说都是恒定的。结果，发束的形状就是分段螺旋，且具有有限的自由度。然后利用拉格朗日力学原理对该模型进行动画制作。自然地，该模型就属于典型的非线性发型行为，其弯曲和扭曲变形模式也是如此。它也适当的处理了自然卷曲，模拟了头发卷曲的动态。
深度解析维塔强大的毛发修饰工具Barbershop（下）

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