7.4 – Dinamica Fisica – Sistemi Particellari: Hair

I sistemi particellari di tipo Hair servono a simulare la presenza di peli, erba, etc, su qualunque superficie. Esistendo un’ampia possibilità d’impiego di questi sistemi, limitiamoci a studiare il classico esempio di una sfera o palla di pelo. Partiamo dunque dalla primitiva UV Sphere e aggiungiamo ad essa un sistema particellare Hair, quindi regolate segment a 25 (per ottenere un discreto dettaglio) e Hair Length a 4m (4.000 con il sistema di unità none); valore che inizialmente potrebbe sembrare alto, ma tenendo conto che vogliamo ottenere l’effetto di un pelo lungo e mosso, il volume finale sarà diverso.

Al momento conviene non attivare il successivo pannello Hair Dynamics poiché risulterebbe piuttosto pesante. Esaminiamo subito una funzione valida per qualsiasi sistema particellare (sia hair che emitter) con cui aumentare notevolmente il numero degli elementi del sistema senza appesantire eccessivamente il calcolo, ciò ricorrendo a particelle di tipo figlio ottenute tramite diversi algoritmi. Il pannello deputato alla creazione di particelle figlie è Children

qui impostate tutto come nell’immagine in alto. Ora spuntate Advanced in cima alle opzioni del sistema per far comparire i nuovi pannelli: Velocity, Rotation e Physics, posti tra Hair Dinamics (da lasciare disattivato) e Render (che esamineremo per ultimo). In Velocity ponete Randomize a 0.8, in modo da rendere più complessa e disordinata (spettinata) la nostra matassa di pelo.

Il passo successivo da compiere è trovare lo shading adatto per simulare quelli che potrebbero essere dei capelli, il pelo di un animale o di un peluche. Cominciamo da Cycles il quale mette a disposizione il risolutivo Principled Hair Shader che utilizzeremo nella sua modalità di default Direct Coloring.

Come potete vedere dovremo semplicemente inserire il colore RGB dei capelli e lo shader penserà ad approssimare il coefficiente di assorbimento in modo fisicamente realistico. I parametri Roughness regolano i riflessi dei capelli. Coat serve a raffinare ulteriormente la lucidità del pelo/capello. Poi troviamo anche un indice di rifrazione per la luce che attraversa i capelli. Offset è un valore che va tenuto basso, specie nella simulazione dei capelli umani. Per creare un pelo o dei capelli che cambino di colore in modo evidente dalla radice alla punta, magari sfumando tra tonalità diverse, potremo utilizzare la combinazione di nodi visibile nell’immagine

con cui otterremo il seguente risultato

Il Principled Hair BSDF è uno shader molto evoluto, creato originariamente dalla Pixar per il film Zootopia. Esso non funziona in Eevee (non è neanche presente nella lista degli shader) dove dovremo continuare a utilizzare il Principled Shader e attivare Strip nel pannello Curves del Contesto Render

Il risultato ovviamente non potrà in alcun modo competere con quello visto in Cycles, ma ricordiamoci che si tratta di un sistema particellare discretamente complesso che eevee riesce comunque a renderizzare in tempo reale nell’anteprima 3D.

Anche senza l’Hair Dynamic attivo il sistema particellare hair reagirà alla presenza dei campi di forza, che così potremo utilizzare per “modellare” ulteriormente il sistema

Attivando il pannello Hair Dynamics, a seconda della potenza della vostra cpu e della complessità del sistema particellare, Blender potrebbe impiegare qualche istante nel passare da un fotogramma all’altro nella timeline, ciò lascia presagire quanto sia pesante il calcolo della dinamica per questo tipo di sistemi; peso sostenibile da cpu a partire dai quad core in su. Tutto verrà immagazzinato in una cache di memoria temporanea, oppure su disco rigido tramite le opzioni del pannello cache già visto nei casi precedenti. Quello che noterete avviando la simulazione fisica della dinamica di un sistema particellare di tipo Hair è che questi sistemi analogamente agli oggetti Cloth, con i quali condividono lo stesso modello fisico, tenderanno subito ad afflosciarsi come nella figura

Osserviamo dunque il pannello Hair Dynamics e le sue principali opzioni divise nei due gruppi: Structure e Volume

  • Massa
  • Stiffness, resistenza del pelo al piegamento
  • Random, variazione casuale della rigidità
  • Damping, per smorzare più rapidamente le oscillazioni e il moto dei peli
  • Air Drag, resistenza dell’aria al moto
  • Internal friction, attrito tra i diversi peli del sistema.
  • Voxel Grid Cell Size, dimensione dell’elementino base di volume per il calcolo della dinamica, a valori più piccoli corrisponde maggiore precisione

A valori maggiori di Quality Steps il tempo di elaborazione cresce in modo considerevole.
Nell’animazione fisica dei sistemi particellari hair è dunque essenziale la potenza di calcolo del computer in uso. È sufficiente aumentare alcuni di questi parametri per mettere in difficoltà qualsiasi CPU. Il consiglio è di procedere inizialmente con delle prove preliminari su sistemi non molto ricchi di particelle, per poi aumentare gradualmente la complessità lungo la strada che conduce al risultato desiderato. Una prima animazione che potrete sperimentare è quella di un sistema simile all’esempio della sfera pelosa, con una limitata azione del campo gravitazionale, maggiore resistenza del pelo al piegamento, più un campo di forza di tipo wind. Il rendering finale dell’animazione sarà talmente realistico da convincerci pienamente delle potenzialità di questi sistemi.

Quando a una mesh è applicato un sistema particellare di tipo hair, avremo a disposizione la seguente ulteriore modalità della 3D View 

con la quale vedrete comparire nella toolbar gli strumenti:

utili per (dall’alto in basso):

  • pettinare (comb)
  • lisciare (smooth)
  • aggiungere massa (add)
  • allungare (lenght)
  • soffiare (puff)
  • tagliare (cut)

più il Weight per distribuire un differente peso a differenti parti del sistema particellare. La modalità Particle è indispensabile per ritoccare il pelo o i capelli in modo intuitivo, in real time e direttamente nella 3D view. Esistono tre metodi di selezione per tale modalità: quella di default è la Path, mentre le restanti Point e Tip permettono di agire sulla struttura di ogni singolo vertice dei peli/capelli visibili nel real time (molti di meno di quelli che verranno infine renderizzati). Quando selezionerete uno degli strumenti visti in precedenza, le sue caratteristiche come ad esempio il raggio di azione e la forza sono modificabili nel solito Active Tool delle properties, oppure nella scheda Tool del menu sidebar (N).

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