游戏中会自由飘动的头发是怎么做出来的？
在游戏里看到那些随风飘逸、仿佛拥有自己生命的头发，是不是觉得特别酷？其实，这背后可不是简单地贴几张图上去，而是有一套相当巧妙的技术在支撑着。今天咱就来聊聊这“会自由飘动的头发”是怎么做出来的，尽量讲得明白点，让你也涨涨见识。
首先，我们要明白一点，游戏里的头发不是真的像我们现实中那样一根根细丝组成的，那样渲染起来太费劲了，电脑估计得炸。所以，游戏里的头发通常是“假发”。这“假发”怎么来的呢？
第一步：造型与模型制作——骨架是关键
头发的模型制作，就像给一个人做个好看的发型一样。美术师们会先根据角色设定，用3D建模软件（比如Maya、Blender）来创建头发的几何模型。
但这模型光是静止的，怎么才能动起来呢？这就需要给它一个“骨架”，我们称之为“骨骼”或者“骨架系统”（Skeleton/Rigging）。你可以想象成给一串假发串上好多根细细的、可以活动的杆子。这些杆子就是控制头发运动的“关节”。
创建骨骼：美术师会根据头发的生长方向和自然的运动趋势，在模型内部创建出一系列的骨骼链。比如，从发根到发梢，可能分成好几段。这些骨骼的排列方式非常重要，决定了头发在受力时会如何弯曲和摆动。
权重绑定（Skinning/Weighting）：骨骼有了，还得让模型知道哪个顶点（模型表面的点）跟着哪个骨骼动。这就叫权重绑定。简单说，就是给模型表面的每个顶点一个“权重值”，这个值代表了这个顶点受某个骨骼影响的程度。比如，发梢的顶点可能100%跟着最末端的骨骼走，而发根处的顶点可能大部分受到头皮骨骼的影响，但又会随着更上面的骨骼轻微摆动。这个过程需要美术师细致调整，才能让头发看起来自然，而不是僵硬地跟着骨骼块状移动。
第二步：模拟运动——让头发活起来
有了骨骼和绑定，我们就可以开始让头发“动”起来了。这里主要有两种方式：
1. 物理模拟（Physics Simulation）： 这是最常见也是最逼真的方式。游戏引擎内置了强大的物理引擎，可以模拟头发受到的各种力。
重力（Gravity）： 这是最基础的力，让头发自然下垂。
风力（Wind）： 游戏里的风，无论是来自环境设定还是角色快速移动产生的气流，都会对头发施加一个推力，让头发朝着风的方向飘动。这个风力可以是全局的，也可以是局部甚至是由代码控制的，比如角色加速时突然加大风力。
碰撞（Collision）： 如果头发碰到角色身体、衣服或者环境中的其他物体，物理引擎会计算碰撞，阻止头发穿模（穿过其他物体），让它看起来像真实物体一样互相推开。
阻尼（Damping）： 头发晃动后不会无限晃下去，会逐渐减弱直至停止。这就是阻尼的作用，让运动看起来有自然的衰减过程。
形变与弹性（Deformation & Elasticity）： 头发本身也有一定的形变和弹性，模拟这些可以让头发在摆动时有“弹性”和“韧性”。
这些力在每一帧都会被计算，然后根据权重绑定关系，更新头发模型的顶点位置，从而实现动态的飘动效果。
2. 动画驱动（Animation Driven）： 有时候，为了特定的效果或者为了节省性能，一部分头发的运动可能不是纯物理模拟，而是预设好的动画。
关键帧动画（Keyframe Animation）： 美术师可以先录制或者手动制作头发的动画片段，比如一个甩头的动画，然后把这些动画应用到头发的模型上。
程序化动画（Procedural Animation）： 结合一些数学算法，比如正弦函数（Sine Wave）来模拟头发的摆动，这种方式比较简单，也比较省性能，常用于背景中一些非主要角色的头发，或者作为物理模拟的补充，增加一些规律性的晃动感。
第三步：外观与渲染——让头发看起来真实
模型能动起来了，但要让它看起来像真的头发，还得靠渲染技术。
卡片技术（Hair Cards / StrandBased Rendering）： 这是目前游戏中最主流的头发渲染方式。它不是渲染每一根发丝，而是将多根头发渲染在一个张贴了头发纹理（Texture）的平面上（也就是“卡片”）。这些卡片会沿着头发的生长方向排列，形成一个发束。
纹理绘制： 美术师会绘制包含头发颜色、高光、阴影甚至透明度通道的复杂纹理。这些纹理看起来就像一簇簇的头发。
多层卡片： 为了模拟头发的厚度和层次感，通常会使用多层卡片，一层一层地堆叠起来。
发丝细节（Strands）： 在纹理上绘制更细致的发丝，增加视觉上的真实感。
透明度与Alpha混合： 头发卡片边缘通常是半透明的，这样才能避免硬朗的边缘，让头发看起来更柔和。
基于物理的渲染（Physically Based Rendering PBR）： 现代游戏为了追求真实感，都会采用PBR。它模拟了光线在头发表面反射的物理过程，让头发的光泽、颜色和细节更加自然。
毛发渲染（Hair Rendering / Grooming）： 一些更高级的游戏，或者是在特定场景下，可能会采用更接近真实毛发的渲染技术。这种技术可以模拟每根发丝的独立渲染，包括光线穿透发丝的散射效果（Subsurface Scattering）。不过这种技术对性能要求非常高，所以不是所有游戏都会用到。
综合来看，游戏里会自由飘动的头发是以下几个环节协同工作的成果：
1. 精细的3D模型加上为运动设计的骨骼系统。
2. 通过骨骼权重绑定将模型与骨骼连接。
3. 利用物理引擎（重力、风力、碰撞）或动画驱动来模拟头发的动态摆动。
4. 运用卡片技术和逼真的渲染技术，让动态的头发模型看起来具有真实的外观。
所以下次你在游戏里看到那些飘逸的长发在风中舞蹈，或者短发在打斗中灵动地摆动，就能知道这背后凝聚了多少美术和技术的心血了。这不仅仅是简单的动画，而是物理、数学、美术和工程的完美结合。
首先，我们要明白一点，游戏里的头发不是真的像我们现实中那样一根根细丝组成的，那样渲染起来太费劲了，电脑估计得炸。所以，游戏里的头发通常是“假发”。这“假发”怎么来的呢？
第一步：造型与模型制作——骨架是关键
头发的模型制作，就像给一个人做个好看的发型一样。美术师们会先根据角色设定，用3D建模软件（比如Maya、Blender）来创建头发的几何模型。
但这模型光是静止的，怎么才能动起来呢？这就需要给它一个“骨架”，我们称之为“骨骼”或者“骨架系统”（Skeleton/Rigging）。你可以想象成给一串假发串上好多根细细的、可以活动的杆子。这些杆子就是控制头发运动的“关节”。
创建骨骼：美术师会根据头发的生长方向和自然的运动趋势，在模型内部创建出一系列的骨骼链。比如，从发根到发梢，可能分成好几段。这些骨骼的排列方式非常重要，决定了头发在受力时会如何弯曲和摆动。
权重绑定（Skinning/Weighting）：骨骼有了，还得让模型知道哪个顶点（模型表面的点）跟着哪个骨骼动。这就叫权重绑定。简单说，就是给模型表面的每个顶点一个“权重值”，这个值代表了这个顶点受某个骨骼影响的程度。比如，发梢的顶点可能100%跟着最末端的骨骼走，而发根处的顶点可能大部分受到头皮骨骼的影响，但又会随着更上面的骨骼轻微摆动。这个过程需要美术师细致调整，才能让头发看起来自然，而不是僵硬地跟着骨骼块状移动。
第二步：模拟运动——让头发活起来
有了骨骼和绑定，我们就可以开始让头发“动”起来了。这里主要有两种方式：
1. 物理模拟（Physics Simulation）： 这是最常见也是最逼真的方式。游戏引擎内置了强大的物理引擎，可以模拟头发受到的各种力。
重力（Gravity）： 这是最基础的力，让头发自然下垂。
风力（Wind）： 游戏里的风，无论是来自环境设定还是角色快速移动产生的气流，都会对头发施加一个推力，让头发朝着风的方向飘动。这个风力可以是全局的，也可以是局部甚至是由代码控制的，比如角色加速时突然加大风力。
碰撞（Collision）： 如果头发碰到角色身体、衣服或者环境中的其他物体，物理引擎会计算碰撞，阻止头发穿模（穿过其他物体），让它看起来像真实物体一样互相推开。
阻尼（Damping）： 头发晃动后不会无限晃下去，会逐渐减弱直至停止。这就是阻尼的作用，让运动看起来有自然的衰减过程。
形变与弹性（Deformation & Elasticity）： 头发本身也有一定的形变和弹性，模拟这些可以让头发在摆动时有“弹性”和“韧性”。
这些力在每一帧都会被计算，然后根据权重绑定关系，更新头发模型的顶点位置，从而实现动态的飘动效果。
2. 动画驱动（Animation Driven）： 有时候，为了特定的效果或者为了节省性能，一部分头发的运动可能不是纯物理模拟，而是预设好的动画。
关键帧动画（Keyframe Animation）： 美术师可以先录制或者手动制作头发的动画片段，比如一个甩头的动画，然后把这些动画应用到头发的模型上。
程序化动画（Procedural Animation）： 结合一些数学算法，比如正弦函数（Sine Wave）来模拟头发的摆动，这种方式比较简单，也比较省性能，常用于背景中一些非主要角色的头发，或者作为物理模拟的补充，增加一些规律性的晃动感。
第三步：外观与渲染——让头发看起来真实
模型能动起来了，但要让它看起来像真的头发，还得靠渲染技术。
卡片技术（Hair Cards / StrandBased Rendering）： 这是目前游戏中最主流的头发渲染方式。它不是渲染每一根发丝，而是将多根头发渲染在一个张贴了头发纹理（Texture）的平面上（也就是“卡片”）。这些卡片会沿着头发的生长方向排列，形成一个发束。
纹理绘制： 美术师会绘制包含头发颜色、高光、阴影甚至透明度通道的复杂纹理。这些纹理看起来就像一簇簇的头发。
多层卡片： 为了模拟头发的厚度和层次感，通常会使用多层卡片，一层一层地堆叠起来。
发丝细节（Strands）： 在纹理上绘制更细致的发丝，增加视觉上的真实感。
透明度与Alpha混合： 头发卡片边缘通常是半透明的，这样才能避免硬朗的边缘，让头发看起来更柔和。
基于物理的渲染（Physically Based Rendering PBR）： 现代游戏为了追求真实感，都会采用PBR。它模拟了光线在头发表面反射的物理过程，让头发的光泽、颜色和细节更加自然。
毛发渲染（Hair Rendering / Grooming）： 一些更高级的游戏，或者是在特定场景下，可能会采用更接近真实毛发的渲染技术。这种技术可以模拟每根发丝的独立渲染，包括光线穿透发丝的散射效果（Subsurface Scattering）。不过这种技术对性能要求非常高，所以不是所有游戏都会用到。
综合来看，游戏里会自由飘动的头发是以下几个环节协同工作的成果：
1. 精细的3D模型加上为运动设计的骨骼系统。
2. 通过骨骼权重绑定将模型与骨骼连接。
3. 利用物理引擎（重力、风力、碰撞）或动画驱动来模拟头发的动态摆动。
4. 运用卡片技术和逼真的渲染技术，让动态的头发模型看起来具有真实的外观。
所以下次你在游戏里看到那些飘逸的长发在风中舞蹈，或者短发在打斗中灵动地摆动，就能知道这背后凝聚了多少美术和技术的心血了。这不仅仅是简单的动画，而是物理、数学、美术和工程的完美结合。
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