1、主讲教师：主讲教师：本章概述本章概述 本章将讲解本章将讲解Maya的动力学、流体和效果的运用。这部分内容的动力学、流体和效果的运用。这部分内容比较多，主要包含粒子系统、动力场、柔体、刚体、流体和效果。比较多，主要包含粒子系统、动力场、柔体、刚体、流体和效果。对于本章的内容，大家只需要掌握重点内容的运用即可（安排了课对于本章的内容，大家只需要掌握重点内容的运用即可（安排了课堂案例的为重点内容）。堂案例的为重点内容）。掌握动力场的运用 课堂学习课堂学习目标目标 掌握粒子系统的运用 掌握柔体与刚体的运用 掌握流体的创建与编辑方法 掌握效果的创建与编辑方法 Maya作为最优秀的动画制作软件之一，其中一
2、个重要原因就是其令人称道的粒子系统。Maya的粒子系统相当强大，一方面它允许使用相对较少的输入命令来控制粒子的运动，另外还可以与各种动画工具混合使用，例如与场、关键帧、表达式等结合起来使用，同时Maya的粒子系统即使在控制大量粒子时也能进行交互式作业；另一方面粒子具有速度、颜色和寿命等属性，可以通过控制这些属性来获得理想的粒子效果。切换到“动力学”模块，此时Maya会自动切换到动力学菜单。创建与编辑粒子主要用“粒子”菜单来完成。顾名思义，“粒子工具”就是用来创建粒子的。打开“粒子工具”的“工具设置”对话框。用“创建发射器”命令可以创建出粒子发射器，同时可以选择发射器的类型。打开“创建发射器（选
3、项）”对话框。“从对象发射”命令可以指定一个物体作为发射器来发射粒子，这个物体既可以是几何物体，也可以是物体上的点。打开“发射器选项（从对象发射）”对话框。从“发射器类型”下拉列表中可以观察到，“从对象发射”的发射器共有4种，分别是“泛向”、“方向”、“表面”和“曲线”。从对象曲线发射的粒子效果如下图所示。学习目标：学习如何从对象曲线发射粒子。由于Maya是节点式的软件，所以允许在创建好发射器后使用不同的发射器来发射相同的粒子。用“逐点发射速率”命令可以为每个粒子、CV点、顶点、编辑点或“泛向”、“方向”粒子发射器的晶格点使用不同的发射速率。例如，可以从圆形的编辑点发射粒子，并改变每个点的发射
4、速率。粒子的碰撞可以模拟出很多物理现象。由于碰撞，粒子可能会再分裂，产生出新的粒子或者导致粒子死亡，这些效果都可以通过粒子系统来完成。碰撞不仅可以在粒子和粒子之间发生，也可以在粒子和物体之间发生。打开“使碰撞”命令的“碰撞选项”对话框。用“粒子碰撞事件编辑器”可以设置粒子与物体碰撞之后发生的事件，比如粒子消亡之后改变的形态颜色等。打开“粒子碰撞事件编辑器”对话框。粒子碰撞效果如下图所示。学习目标：学习如何创建粒子碰撞事件。“目标”命令主要用来设定粒子的目标。打开“目标选项”对话框。“实例化器（替换）”功能可以使用物体模型来代替粒子，创建出物体集群，使其继承粒子的动画规律和一些属性，并且可以受到
5、动力场的影响。打开“粒子实例化器选项”对话框。将粒子替代为蝴蝶后的效果如下图所示。学习目标：学习如何将粒子替换为实例对象。用“精灵向导”命令可以对粒子指定矩形平面，每个平面可以显示指定的纹理或图形序列。执行“精灵向导”对话框。用“连接到时间”命令可以将时间与粒子连接起来，使粒子受到时间的影响。当粒子的“当前时间”与Maya时间脱离时，粒子本身不受Maya力场和时间的影响，只有将粒子的时间与Maya连接起来后，粒子才可以受到力场的影响并产生粒子动画。使用动力场可以模拟出各种物体因受到外力作用而产生的不同特性。在Maya中，动力场并非可见物体，就像物理学中的力一样，看不见，也摸不着，但是可以影响场
6、景中能够看到的物体。在动力学的模拟过程中，并不能通过人为设置关键帧来对物体制作动画，这时力场就可以成为制作动力学对象的动画工具。不同的力场可以创建出不同形式的运动，如使用“重力”场或“一致”场可以在一个方向上影响动力学对象，也可以创建出旋涡场和径向场等，就好比对物体施加了各种不同种类的力一样，所以可以把场作为外力来使用。在Maya 2012中，力场共有10种，分别是“空气”、“阻力”、“重力”、“牛顿”、“径向”、“湍流”、“一致”、“漩涡”、“体积轴”和“体积曲线”。“空气”场是由点向外某一方向产生的推动力，可以把受到影响的物体沿着这个方向向外推出，如同被风吹走一样。Maya提供了3种类型的
7、“空气”场，分别是“风”、“尾迹”和“扇”。打开“空气选项”对话框。风力场效果如下图所示。学习目标：学习“风”场的用法。物体在穿越不同密度的介质时，由于阻力的改变，物体的运动速率也会发生变化。“阻力”场可以用来给运动中的动力学对象添加一个阻力，从而改变物体的运动速度。打开“阻力选项”对话框。阻力场效果如下图所示。学习目标：学习“阻力”场的用法。“重力”场主要用来模拟物体受到万有引力作用而向某一方向进行加速运动的状态。使用默认参数值，可以模拟物体受地心引力的作用而产生自由落体的运动效果。打开“重力选项”对话框。“牛顿”场可以用来模拟物体在相互作用的引力和斥力下的作用，相互接近的物体间会产生引力和
8、斥力，其值的大小取决于物体的质量。打开“牛顿选项”对话框。牛顿场效果如下图所示。学习目标：学习“牛顿”场的用法。“径向”场可以将周围各个方向的物体向外推出。“径向”场可以用于控制爆炸等由中心向外辐射散发的各种现象，同样将“幅值”值设置为负值时，也可以用来模拟把四周散开的物体聚集起来的效果。打开“径向选项”对话框。径向场的斥力与引力效果如下图所示。学习目标：学习“径向”场的用法。“湍流”场是经常用到的一种动力场。用“湍流”场可以使范围内的物体产生随机运动效果，常常应用在粒子、柔体和刚体中。打开“湍流选项”对话框。湍流场效果如下图所示。学习目标：学习“湍流”场的用法。“一致”场可以将所有受到影响的
9、物体向同一个方向移动，靠近均匀中心的物体将受到更大程度的影响。打开“一致选项”对话框。一致场效果如下图所示。学习目标：学习“一致”场的用法。受到“漩涡”场影响的物体将以漩涡的中心围绕指定的轴进行旋转，利用“漩涡”场可以很轻易地实现各种漩涡状的效果。打开“漩涡选项”对话框。漩涡场效果如下图所示。学习目标：学习“漩涡”场的用法。“体积轴”场是一种局部作用的范围场，只有在选定的形状范围内的物体才可能受到体积轴场的影响。在参数方面，体积轴场综合了漩涡场、一致场和湍流场的参数。体积轴场效果如下图所示。学习目标：学习“体积轴”场的用法。“体积曲线”场可以沿曲线的各个方向移动对象（包括粒子和nParticl
10、e）以及定义绕该曲线的半径，在该半径范围内轴场处于活动状态。“使用选择对象作为场源”命令的作用是设定场源，这样可以让力场从所选物体处开始产生作用，并将力场设定为所选物体的子物体。“影响选定对象”命令的作用是连接所选物体与所选力场，使物体受到力场的影响。柔体是将几何物体表面的CV点或顶点转换成柔体粒子，然后通过对不同部位的粒子给予不同权重值的方法来模拟自然界中的柔软物体，这是一种动力学解算方法。标准粒子和柔体粒子有些不同，一方面柔体粒子互相连接时有一定的几何形状；另一方面，它们又以固定形状而不是以单独的点的方式集合体现在屏幕上及最终渲染中。柔体可以用来模拟有一定几何外形但又不是很稳定且容易变形的
11、物体，如旗帜和波纹等。在Maya中，若要创建柔体，需要切换到“动力学”模块，在“柔体/刚体”菜单就可以创建柔体。“创建柔体”命令主要用来创建柔体，打开“软性选项”对话框。因为柔体内部是由粒子构成，所以只用权重来控制是不够的，会使柔体显得过于松散。使用“创建弹簧”命令就可以解决这个问题，为一个柔体添加弹簧，可以建造柔体内在的结构，以改善柔体的形体效果。打开“弹簧选项”对话框。“绘制柔体权重工具”主要用于修改柔体的权重，与骨架、蒙皮中的权重工具相似。打开“绘制柔体权重工具”的“工具设置”对话框。刚体是把几何物体转换为坚硬的多边形物体表面来进行动力学解算的一种方法，它可以用来模拟物理学中的动量碰撞等
12、效果。在Maya中，若要创建与编辑刚体，需要切换到“动力学”模块，在“柔体/刚体”菜单就可以完成创建与编辑操作。主动刚体拥有一定的质量，可以受动力场、碰撞和非关键帧化的弹簧影响，从而改变运动状态。打开“创建主动刚体”命令的“刚体选项”对话框，其参数分为3大部分，分别是“刚体属性”、“初始设置”和“性能属性”。被动刚体相当于无限大质量的刚体，它能影响主动刚体的运动。打开“创建被动刚体”命令的“刚体选项”对话框，其参数与主动刚体的参数完全相同。刚体碰撞动画效果如下图所示。学习目标：学习刚体动画的制作方法。用“创建钉子约束”命令可以将主动刚体固定到世界空间的一点，相当于将一根绳子的一端系在刚体上，而
13、另一端固定在空间的一个点上。打开“创建钉子约束”命令的“约束选项”对话框。用“创建固定约束”命令可以将两个主动刚体或将一个主动刚体与一个被动刚体链接在一起，其作用就如同金属钉通过两个对象末端的球关节将其连接。“固定“约束经常用来创建类似链或机器臂中的链接效果。打开“创建固定约束”命令的“约束选项”对话框。“创建铰链约束”命令是通过一个铰链沿指定的轴约束刚体。可以使用“铰链”约束创建诸如铰链门、连接列车车厢的链或时钟的钟摆之类的效果。可以在一个主动或被动刚体以及工作区中的一个位置创建“铰链”约束，也可以在两个主动刚体、一个主动刚体和一个被动刚体之间创建“铰链”约束。打开“创建铰链约束”命令的“约
14、束选项”对话框。用“创建弹簧约束”命令可以将弹簧添加到柔体中，从而为柔体提供一个内部结构并改善变形控制，弹簧的数目及其刚度会改变弹簧的效果。此外，还可以将弹簧添加到常规粒子中。打开“创建弹簧约束”命令的“约束选项”对话框。用“创建屏障约束”命令可以创建无限屏障平面，超出后刚体重心将不会移动。可以使用“屏障”约束来创建阻塞其他对象的对象，例如墙或地板。可以使用“屏障”约束替代碰撞效果来节省处理时间，但是对象将偏转但不会弹开平面。注意，“屏障”约束仅适用于单个活动刚体；它不会约束被动刚体。打开“创建屏障约束”命令的“约束选项”对话框。用“设置主动关键帧”命令可以为柔体或刚体设定主动关键帧。通过设置
15、主动关键帧，可以在设置时设置“活动”属性并为对象的当前“平移”和“旋转”属性值设置关键帧。用“设置被动关键帧”命令可以为柔体或刚体设置被动关键帧。通过设置被动关键帧，可以将控制从动力学切换到“平移”和“旋转”关键帧。如果使用了“设置主动关键帧”和“设置被动关键帧”命令来切换动力学动画与关键帧动画，执行“断开刚体连接”命令可以打断刚体与关键帧之间的连接，从而使“设置主动关键帧”和“设置被动关键帧”控制的关键帧动画失效，而只有刚体动画对物体起作用。流体最早是工程力学的一门分支学科，用来计算没有固定形态的物体在运动中的受力状态。随着计算机图形学的发展，流体也不再是现实学科的附属物了。Maya的“动力
16、学”模块中的流体功能是一个非常强大的流体动画特效制作工具，使用流体可以模拟出没有固定形态的物体的运动状态，如云雾、爆炸、火焰和海洋等。在Maya中，流体可分为两大类，分别是2D流体和3D流体。切换到“动力学”模块，然后展开“流体效果”菜单。“创建3D容器”命令主要用来创建3D容器。打开“创建3D容器选项”对话框。“创建2D容器”命令主要用来创建2D容器。打开“创建2D容器选项”对话框。“添加/编辑内容”菜单包含5个子命令，分别是“发射器”、“从对象发射”、“渐变”、“绘制流体工具”、“连同曲线”和“初始状态”。用“创建具有发射器的3D容器”命令可以直接创建一个带发射器的3D容器。打开“创建具有
17、发射器的3D容器选项”对话框。用“创建具有发射器的2D容器”命令可以直接创建一个带发射器的2D容器。打开“创建具有发射器的2D容器选项”对话框。执行“获取流体示例”命令可以打开Visor对话框，在该对话框中可以直接选择Maya自带的流体示例。执行“获取海洋/池塘示例”命令可以打开Visor对话框，在该对话框中可以直接选择Maya自带的海洋、池塘示例。用“海洋”命令可以模拟出很逼真的海洋效果。“海洋”命令包含10个子命令。海洋效果如下图所示。学习目标：学习海洋的创建方法。“池塘”菜单下的子命令与“海洋”菜单下的子命令基本相同，只不过这些命令是用来模拟池塘流体效果。“扩展流体”命令主要用来扩展所选
18、流体容器的尺寸。打开“扩展流体选项”对话框。“编辑流体分辨率”命令主要用来调整流体容器的分辨率大小。打开“编辑流体分辨率选项”对话框。“使碰撞”命令主要用来制作流体和物体之间的碰撞效果，使它们相互影响，以避免流体穿过物体。打开“使碰撞选项”对话框。“生成运动场”命令主要用来模拟物体在流体容器中移动时，物体对流体动画产生的影响。当一个物体在流体中运动时，该命令可以对流体产生推动和粘滞效果。用“设置初始状态”命令可以将所选择的当前帧或任意一帧设为初始状态，即初始化流体。打开“设置初始状态选项”对话框。如果已经对流体设置了初始状态，用“清除初始状态”命令可以清除初始状态，将流体恢复到默认状态。用“状
19、态另存为”命令可以将当前的流体状态写入到文件并进行储存。效果也称“特效”，这是一种比较难制作的动画效果，但在Maya中制作这些效果就是件比较容易的事情。Maya可以模拟出现实生活中的很多特效，如光效、火焰、闪电和碎片等。展开“效果”菜单，该菜单下有8种与效果相关的命令。用“创建火”命令可以很容易地创建出火焰动画特效，只需要调整简单的参数就能制作出效果很好的火焰。打开“创建火效果选项”对话框。“创建烟”命令主要用来制作烟雾和云彩效果。打开“创建烟效果选项”对话框。“创建焰火”命令主要用于创建焰火效果。打开“创建焰火效果选项”对话框，其参数分为“火箭属性”、“火箭轨迹属性”和“焰火火花属性”3个卷
20、展栏。烟火动画如下图所示。学习目标：学习烟火动画的制作方法。“创建闪电”命令主要用来制作闪电特效。打开“创建闪电效果选项”对话框。爆炸或电击都会产生一些碎片，“创建破碎”命令就能实现这个效果。打开“创建破碎效果选项”对话框，可以观察到破碎分3种类型，分别是“曲面破碎”、“实体破碎”和“裂缝破碎”。用“创建曲线流”命令可以创建出粒子沿曲线流动的效果，流从曲线的第1个CV点开始发射，到曲线的最后一个CV点结束。打开“创建流效果选项”对话框。用“创建曲面流”可以在曲面上创建粒子流效果。打开“创建曲面流效果选项”对话框。创建曲面流以后，执行“删除曲面流”命令可以删除曲面流。打开“删除曲面流效果选项”对
21、话框。爆炸动画是实际工作中经常遇到的动画之一，也是比较难制作的动画。本例就用粒子系统与动力场相互配合来制作爆炸动画，效果如下图所示。学习目标：学习粒子与动力场的综合运用。相信很多用户都在为不能制作出真实的火焰动画特效而烦恼。针对这个问题，本节就安排一个火球燃烧实例来讲解如何用流体制作火焰动画特效，如下图所示是本例的渲染效果。学习目标：学习真实火焰动画特效的制作方法。本章主要讲解了Maya的动力学、流体和效果的运用。虽然本章的内容比较多，但是并不是很难，重点知识也比较突出。本章没有对每个重点知识都安排课堂案例，是因为有很多知识都是相通的，所以大家在学习案例制作时，需要做到举一反三。本章安排了两个综合性很强的课后习题，一个针对粒子系统，另外一个针对流体、粒子系统和动力场。本习题是对粒子系统的综合练习，所涉及到的内容不只包含粒子动画的制作方法，同时还涉及到了粒子材质的制作方法与粒子动态属性的添加方法，效果如下图所示。练习目标：练习粒子动画的制作方法。本习题是一个技术性较强的案例，在内容方面不仅涉及到了流体技术，同时还涉及到了前面所学的粒子与动力场技术，效果如下图所示。练习目标：练习如何用粒子与流体配合制作烟雾动画。
