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豆芽兵的生存探索

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05_Maya_动力学_第五章——龙卷风(1/3)  

2013-06-30 20:14:50|  分类: Maya探索 |  标签: |举报 |字号 订阅

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05_Maya_动力学_第五章——龙卷风(1/3) - 豆芽兵 - 豆芽兵的生存探索


目录:
05_Maya_动力学_第五章——龙卷风   
  5.0旋转气流   
5.1案例:Funnel Cloud(漏斗云)   
  译者笔记:   
5.2案例:Twister(龙卷风)   
  5.2.1龙卷风(Twister)   
  5.2.2流体散开问题   
  5.2.3添加地面灰尘部分(Dust Cloud)   
  5.2.4给灰尘上材质   
  5.2.5合并龙卷风各部分   
  译者笔记:   
5.3 Tornado Winds (龙卷风)   
  5.3.1创建F5   
  5.3.2渲染F5   
  译者笔记:   

听起来像装货的火车轰隆隆地向你驶来。漏斗状的气流隆隆作响,咆哮撕扯着房屋,直到把所有东西摧毁,甚至连地基也被卷上天。龙卷风是自然力的强大表现,非常恐怖危险。龙卷风能在数分钟内摧毁范围达几公里。在一章,你将学会创建一个F5级别的龙卷风。F5是速度最快、范围最大和破坏性最强的龙卷风级别。

5.0旋转气流

龙卷风英语tornado),又称卷风,是一种相当猛烈的天气现象,由快速旋转并造成直立中空管状的气流形成。龙卷风大小不一,但形状一般都呈上大下小的漏斗状,“漏斗”上接积雨云(极少数情况下为积云云底),下部一般与地面接触并且时常被一团尘土或碎片残骸等包围。

——引自维基百科

 

龙卷风是在极不稳定天气下,由空气强烈对流运动而产生的,一种伴随着高速旋转的漏斗状云柱的强风涡旋。龙卷风通常产生于雷暴天气的积雨云中。和别的自然现像一样,龙卷风有很多形态和大小,但没有什么比“漏斗状”更能标志说明龙卷风了。下图是2007年在Canada 的产生的一个F5级龙卷风。

龙卷风刚生成时,是在雷雨天低空大气层中的旋转气流。上升热空气导致上升气流,使龙卷风倾向于垂直状。这会产生一个几公里宽的区域,称为柱状云(rotating wall cloud)。龙卷风就在这柱状云中产生。

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龙卷风只是一种旋转气流。在北半球呈逆时针方向旋转,在南半球则顺时针。如果没有水蒸汽、灰尘或碎片,你永远也看不到它。大多数龙卷风直径约75米,风速在64千米每小时至177千米每小时之间,可横扫数千米。还有一些龙卷风风速可超过480千米每小时,直径达1.6千米以上,移动路经超过100千米。龙卷风的强度等级由藤田级数(或称“藤田皮尔森龙卷等级”)和改进型藤田级数划分,可由高分辨率多普勒雷达的数据或摄影测量法得到。需要注意的是,龙卷风的强度并不能描述任何大小和宽度的龙卷风。

龙卷风的破坏力由小到大,可按藤田级数划分为F0至F5级,也可按改进型藤田级数(Fujita Scale)划分为EF0到EF5级6个等级。EF0级的龙卷风可能只会损伤树木,对较为结实的建筑没有影响,但EF5级的龙卷风就可能把建筑物吹得只剩下地基,甚至让高大的摩天大楼扭曲起来。

天气预报雷达上的钩状回波图像

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 图:藤田级数(FujitaScale

此外,相类似的TORRO分级法将龙卷风分为T0至T11共12个等级,T0级表示极其弱的龙卷风,T11级代表已知的最强的龙卷风。

龙卷风不仅有自身旋转还有向上的运动,产生螺旋上升效果。

要在Maya中做出龙卷风效果,所有一切都是在调节“速度”。旋转和上升两种运动,有一种微妙的平衡。两种运动不同步时,漏斗就会塌陷下去。而如果没有足够的上升运动,龙卷风的旋转就会超出控制。上升运动太强,流体就会离开流体框。

本章主要制作出三大部分,碎片,尘土,和垂直的漏斗云。第一碎片是龙卷风摧毁房屋产生的。第二部分尘土是指龙卷风下部与地面接触部分,这些尘土是龙卷风从地面卷起来的。如下图所示。与地面接触部分的尘土,可能一直很显眼,但它会一直会围绕着漏斗云。第三部分是向下收缩的漏斗云,也就是龙卷风自身。

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5.1案例:Funnel Cloud(漏斗云)

本章第一部分,是创建一个基本的漏斗云。创建这个效果将会使用Maya流体和Volume Axisfield。这个练习目标是学习如何让流体旋转。这看起来就是旋转的云效果。我们目标是建立这种旋转动态而不是外形。不需要准备其它东西,一切从头做起。

1.创建一个3D流体框,使用如下图设置

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图5.2  流体框设置

2.创建一个默认的NURBS圆环(torus)。使用图5.3设置,把它移动流体框底部

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图5.3 圆环位移和缩放

以这个圆环作为流体框发射器。你可以使用默认值或优化到只有Density Method,别的都关闭。模拟一下看到是下图效果。

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图5.4 圆环发射器测试

3.要想让上升的流体扭曲和旋转,得要用到体积轴场(Volume Axis field)。体积轴场使用圆锥(Cone)形。圆锥形使得圆柱形流体有更自由运动,在其内部产生很强向上吸的力。图5.5是体积轴场的具体设置。

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图5.5创建的Volume Axis场设置

做成漏斗云关键属性是:Around Axis 。这是流体围绕中心轴旋转的速度。正值旋转呈逆时针;负值,就是顺时针旋转

Attenuation(衰减)也要调节。它控制场力的衰减。这里衰减值是设置为1,表示volume axis场轴心点力最强,以线性方式衰减到边缘力为0。而在我们这里制作时,就不能以这种中心衰减方式来做。而是要让力在边缘最强。所以选择Invert Attenuation (反转衰减)选项,才是正确的。

体积轴场的位移缩放使用下图5.6设置。场的方向很重要。你应该在文章开始时对真实龙卷风描述中知道,真实的龙卷风应该是从上升气流中生成的。把场放置在假设的地面上方,然后让它吸引流体上升。这就像真实世界中的热空气上升。

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图5.6 Volumeaxis位移缩放使用这个设置

4.要让流体扭曲,必须要开启High Detail Solve在Dynamic Simulation 面板,把High Detail Solve设置为All Grids。图5.7为当前设置下模拟的第100帧效果。现在模拟时,流体大部分集中在圆环发射器处。

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图5.7把High Detail Solve设置为All Grids。允许流体旋转和扭曲

5.流体开始上升但还没有形成漏斗形。Volume Axis场生成吸引效果。圆锥形场在流体框底部,导致流体向上扭曲发射。但因为场太近了,向上的压力来不及产生。你勾选上属性编辑器的Display面板下面Velocity Draw属性来观察速度。图5.8显示了为圆锥场推动流体旋转的速度线。速度向量沿着流体框壁。

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图5.8 勾选上Velocity Draw,更好观察流体运动

Tips:箭头越长,表示速度越大。可以使用Draw Length和Draw Skip,来控制箭头的长度和数量.

要让效果更满意,把VolumeAxis 场在Y轴方向位移设置20。观察一下在圆锥中的速度线。模拟几帧,看到旋转的力让流体有向上趋势。图5.9显示这个运动趋势。

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图5.9速度向量正推动龙卷风向上

模拟到50帧,漏斗云形成。如果继续发流体继续发射,流体就会填充满整个流体框。如果继续观察下去,你还是能看到漏斗形是一直存在的。图5.10为模拟的第50帧和第96帧对比图。在做别的设置前,先保存一下场景。

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图5.10(左)模拟的50帧,(右)模拟到96帧对比。

//做镜头时,不是模拟出效果就可以了。很多时候为了镜头。而花时间。

//水龙卷,岩浆龙卷,只要把结点做出来,就可以任意的搭配。RF中也可以应用这个思路,来制作RF中的龙卷

6.要让漏斗云形态固定住,需要改变流体框边界。在Container Property面板下,除了Y Boundary设置为-Y,别的都设置为None

7.VolumeAxis field场位移更高一点,有利于向上的速度形成;但这会让流体向上速度太大了,这又需要让场与发射器离得近一点,甚至是要降低场的高度。解决这个矛盾的方法是让场更大一点,重新调整位置。使用图5.11设置。

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图5.11 Volume axis场新的位移和缩放

模拟一下,现在设置如图5.12

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图5.12 漏斗云与流体框差不多高

8.现在这漏斗云很不稳定。当到达流体框顶部时,大概是在80帧到110帧之间,漏斗云整个就散掉了。图5.13显示了它的最后完整的样子

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图5.13 漏斗云在110帧后,就完全看不到了

漏斗云消失的根本原因是,因为现在我们流体框边界是开放的。这导致有“风”在流体框内部缓缓生成,会把流体都吹跑。要想结果正确,在Dynamic Simulation面板下,把Damp值打到0.05。Damp 值会在每个时间步长抵消掉速度,因此会减少流体框中的“风”。再次模拟一下,会看到漏斗云很稳定了。

9.像其它案例,添加颜色后,会帮助我们更好理解流体运动。使用图5.14设置颜色。另外,设置Color Input 到 Density,再把Input Bias设置到0.4。记住,这是对龙卷风的动态初步模拟练习,颜色不是主要关注点。颜色只是用来进一步对比观察。调节好颜色后,保存场景。

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图5.14 漏斗云使用的颜色

10。漏斗云现在看起来太透明了。因此改变Transparency Color Value到0.025。看起来厚重一点。

11.现在流体外形看起来像漏斗云了。不过现在它的运动太呆板统一。在Volume Axis Field中,设置Turbulence到1。再次观察模拟。图5.15为当前设置模拟的第120帧效果。

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图5.15 增加Turbulence到Volume Axis field,让漏斗云外观自然一点。

译者笔记:

=======================2013.6.27——By Dominic=======================

-----------------5_1_Funnel Cloud-----------------------------------------------------------------------------

案例描述:模拟漏斗形云

案例目的:初步尝试制作龙卷风

步骤:三大步(a.圆环发射,b.体积轴场,c.稳定流体)

1.建立流体框。呈长条形。

2.使用圆环作为发射器

3.添加体积轴场,使用圆锥形。

4.把体积轴场力的衰减方式反转

5.体积轴场位置和大小很重要。在流体框上半部分,大一点。

6.流体框边界,设置很重要,不然流体会填充满。但这会造成流体消失

7.使用Dump值来抵消速度,使用它来稳定流体

8.稍微加一点Trubulence


05_Maya_动力学_第五章——龙卷风(2/3)

05_Maya_动力学_第五章——龙卷风(3/3)

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