我可能看了個寂寞!冰雪奇緣2的特效偷偷放了這麼多大招?

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在克裡斯·巴克(Chris Buck)和詹妮弗·李(Jennifer Lee)執導的《冰雪奇緣2》(Frozen 2)中，我們與艾莎(Elsa)和安娜(Anna)一起回到阿倫戴爾(Arendelle)的世界，並進一步探索新領域，比如魔法森林(Enchanted Forest)。這些新的冒險需要華特-迪斯尼動畫工作室採用新的特效方法。在這裡，作品背後的團隊分析了他們在影片中的各種挑戰。

迪斯尼動畫為本片精心製作的各種特效，包括液體、火焰和破壞力，進行了廣泛的分析。

冰雪之外

2013年上映的第一部《冰雪奇緣》利用了冰雪模擬方面的重大進步。冰雪奇緣2》在很多方面提升了工作室在特效方面的實力。"我們的挑戰是：大型史詩效果的種類繁多，這些效果在不同的序列之間有很大的差異，"特效動畫的聯合負責人馬龍-韋斯特指出。"我們有四個由演員和風格化效果組成的元素角色：風靈、火靈、水靈和土靈。每一個元素角色都需要Layout、角色動畫、技術動畫和燈光等跨部門的合作，這是前所未有的。"

風靈需要傳達情感和思想，同時只能由周圍環境中的元素組成。由於風靈主要居住在魔法森林中，藝術家需要讓地面和角色與森林中的任意樹木或葉子進行互動。

艾莎創造的一座冰橋被摧毀，結合了翻轉模擬、波浪雕刻、RBD模擬和冰面建模。

同時，被稱為 "諾克 "（Nokk）的水靈，是一匹完全由水組成的馬。它必須在海面上下可見，而且還必須從水變成冰的狀態。火靈是一隻小火蜥蜴，它能用神奇的火焰點燃大片森林。這些火焰還需要和Elsa的冰塊爆炸互動。土靈是大型巖石巨人，它們在森林中移動，投擲巨石，並在它們的身後製造破壞。他們最終摧毀了一座水壩，引發了一場洪水，差點摧毀阿倫黛爾王國。最後，還有艾莎在影片中的魔法。

華特-迪斯尼動畫工作室擁有一支出色的團隊，負責所有必要的特效工作。"為了在《冰雪奇緣2》中創造出數量龐大的令人眼花繚亂的特效，"特效動畫聯合負責人戴爾-梅耶達（Dale Mayeda,）說，"Houdini是我們特效流水線的核心，它提供了處理從大型模擬到精巧的藝術向魔法的靈活性和實力。"

水

在《冰雪奇緣2》中，最具技術挑戰性的是艾莎在暴風驟雨的海面上奔跑的片段，遇到了高達5倍於她身高的海浪，有時甚至被海浪壓倒。這個序列需要一定高度和頻率的海浪，並使用了模擬和程序化海洋表面的結合。

"為了創造大型的破桶波，我們使用Houdini FLIP建立了一個波箱綁定，並以三階斯託克斯波的方程驅動模擬，"效果主管Erin Ramos解釋說。"波浪方程是在HDA內部用VEX編碼的，它允許特效師輸入所需的波長和振幅，以生成被用於模擬的矢量場。

使用Houdini FLIP的波箱綁定創建了破桶波。

"為了增加一層真實感，"Ramos繼續說，"水面被模擬成一個氣場。在模擬中加入了較低密度的粒子層，並修改了FLIP求解器，使脫離主水面的水粒子能夠表現出彈道行為，而不是在氣場中遊動。較低密度的顆粒產生的速度場被用來貼近顆粒，以產生二次元素，如飛沫和噴霧。"

事實證明，海浪的編排是鏡頭組成中不可缺少的一部分，所以在鏡頭進入Layout和動畫之前必須運行基本模擬。這為動畫提供了一個接近最終的地面，讓艾莎在上面奔跑並做出反應，使她的表演更加可信。

在這段戲的高潮處，艾莎創造了一個巨大的冰結構，試圖越過一個25英尺高的破浪。"這個結構，"拉莫斯詳細介紹說，"這個結構是用與艾爾莎魔法的形態語言相匹配的設計，在Houdini中建模的。這樣一來，特效師能夠更好地控制結構的斷裂和破壞。利用Houdini來完成海浪的翻轉模擬和雕刻，以及RBD模擬和冰塊的建模，讓我們能夠高效地將所有不同的元素整合在一起。"

影片的高潮部分還涉及到了水面模擬，以應對大壩破裂，模擬了大壩決堤時釋放出的急流衝向阿倫戴爾的場景。華特-迪斯尼動畫工作室採取了多種解決方案來創造這種效果，水特效負責人Scott Townsend說道。

"對於你看到水流衝破峽灣的鏡頭，我們在Layout定位攝影機之前，在峽灣的幾何形狀上運行了一個長2公裡、寬300米的低解析度翻轉模擬。這樣一來，Layout藝術家們就有了一個物理上正確的水面模擬，可以用來組合他們的攝像機，以展示洪水中最有趣和最危險的部分。從那開始，藝術家們運行必要的高解析度工作流程，該流程基於新的中等解析度模擬，以添加表面細節和層層白浪、霧氣和飛沫。

一旦大壩破裂，一股水流向阿倫黛爾釋放。這張圖顯示的是基礎模擬和最終效果。 

在艾莎和諾克騎在洪水之上的鏡頭中，我們採用了不同的方法。這裡的挑戰是，流體表面需要看起來很危險，同時也要能 "清晰地讀出 "人物。這一次，我們採用了一個更加藝術向的解決方案，Ramos指出，藝術家們 "雕塑了流體源，這些流體源隨著我們的角色一起移動，這讓我們的翻轉模擬結果更加可預測和可控制"。

霧

當角色們前往魔法森林時，他們遇到了一堵50英尺厚的堅不可摧的霧牆。據特效負責人傑西-埃裡克森（Jesse Erickson）說，這是特效部門打造的帶有一絲魔幻精神的 "紗質 "霧毯。"這帶來了規模上的挑戰；這面牆需要在近距離和寬廣的建立鏡頭中有效地工作。我們嘗試了幾種不同的霧氣外觀，但大多數是模擬和實例的結合。"

為了創建霧牆，藝術家們首先將景觀轉換為高度場，並使用Vellum Cloth沿著景觀垂下霧簾。"由於幕布開始時是一個多邊形網格，"埃裡克森說，"我們應用了修改後多出的長度，做沿幕布頂部的束縛和摺疊。這是超快的設置，並允許非常快速的迭代，以獲得正確的最終形狀和摺疊頻率。然後我們在原點生成了幾個1000幀的Pyro模擬，其中有重度擾動和定向流。"

藝術家們通過將景觀轉換為高度場，將霧幕送到了魔法森林，然後使用Vellum Cloth垂下霧簾。

Erickson指出，所選工作流的一個方便之處在於，每個模擬都有一個相應的bgeo序列的平流粒子，這些粒子被渲染為一個單獨的發光通道。"因為我們為這個實例打包的prim工作流程進行了規劃，所以除了文件擴展名之外，VDB和bgeo序列具有相同的路徑，"他說。"這意味著，一旦我們的打包體素實例到位，並應用了幀偏移，我們只需改變打包盤基元文件的擴展名，它就會將體素緩存轉換為相應的粒子緩存。"

藝術家們還計算了幕布幾何的曲率，以在褶皺和縫隙中產生發射體積，並為實例模擬之間的任何間隙創建背景。"這些鏡頭的轉變主要是在渲染方面，所以我們有足夠的靈活性來交互地通過flipbook進行迭代，"Erickson說道。

一旦團隊將牆面打造成良好的造型，他們就可以專注於如何打開它。首先，美術部門提供了氛圍關鍵幀。然後，特效動畫師Bob Bennett和Dimitre Berberov開始製作多層幕布的打開和關閉。"這個動畫帶著體積和粒子實例，並從幕布邊緣運行了一個額外的Pyro模擬，以實現整合和額外的俏皮感，"Erickson說道。

基礎特效的作用

利用在其基礎效果工具套件中的TempFx工具，華特迪士尼動畫工作室能夠在Houdini中創建較低解析度的水代理作為綁定的資產，用於早期的跨部門合作，包括生成水特效。"擁有這個選項是關鍵，因為它允許Layout和動畫等部門將攝像機和角色組成一個快速的GL可視化的水特效，"特效負責人Lan Coony解釋說。

"這對於Elsa在黑暗之海的波浪之上運行的角色交互特別有用——給角色動畫師在水面上的腳位參考。隨著綁定的創建，它們可以作為資產發布，並內置可調節的時間偏移控制，以便對每個鏡頭的時間進行調整。"

同樣，這種方法也有助於創建峽谷洪水的早期模擬，Coony說："我們被迫仔細規劃峽谷集的規模。一旦早期的FLIP模擬測試回來，發現水速有問題，建模的初始規模就被調整了50%。一旦水速達成一致，這些水上資產就被交給Layout進行攝影機布置。"

製作Nokk（那匹水馬）

觀察馬的行為引導了Nokk的設計和動畫，效果主管David Hutchins觀察到人們特別注意情緒狀態。Hutchins說：「我們的目標是保留動畫中創建的微妙表情，姿勢和手勢，同時疊加在我們期望從水中獲得的運動和光線響應的層次上。」

效果藝術家使用角色動畫提供的Nokk身體動作以及技術動畫的鬃毛和尾巴曲線開始拍攝。鬃毛和尾巴曲線用作POP模擬的來源，它使用從鄰近粒子的局部分布中得出的力矢量來模擬流體般的行為，作為POP VOP實現。

Nokk是通過動畫和FX團隊的密切合作而實現的。

Hutchins建議說：「此基本模擬用於三個渲染層：使用粒子流體表面進行網格劃分，並用水材質進行著色，柵格化為體積並使用體積著色器進行渲染，並直接將其渲染為不透明的點，用於分離的小液滴 。最後，使用這些點作為源，Pyro模擬被用來建模非常輕量的「旋轉漂移」粒子，這些粒子也呈現為不透明的亞像素點。調整了身體表面的幾何形狀，使其能夠支持流體動力運動，並通過分層噪波和/或紋波求解器添加了漣漪，這些漣漪可能對人體運動產生反應或與相交的物體碰撞。對於人體內部，我們添加了視點相關的體積結構，其中包括定義反照率和發射光貢獻的矢量場。」

馬蹄與海洋表面的互動也成為一個重要的焦點。華特迪士尼動畫工作室有一個設計目標，就是支持水與水互動的樣子，而不是硬表面與水互動。Hutchins說。"動畫師給腿部添加了分解、變形和拉伸的元素，一旦到了我們手裡，我們的目標就是進一步增強這個概念。我們特別關注了腿部拖曳水的形狀，這些形狀是通過使用由重採樣平滑的拖曳曲線來塑造我們的粒子源並轉換為nurbs的方式建立的。

對於Nokk從水變成冰的鏡頭，使用了兩種不同的技術。在水下時，過渡過程開始於冰晶在體內表面生長，並使用動畫幾何圖形（例如散布到各個點），然後通過Solver SOP生成的遮罩從水過渡到冰物質。

「冰晶圖案是由外視覺發提供的，並且與Elsa的招牌雪花形狀匹配。在上述水情況下，該效果是通過Solver SOP生成的鉸接式遮罩實現的，該遮罩用於從水到冰材料的照明轉換。通過Pyro模擬得出的冰晶和水蒸氣增強了這種轉變。」

David Hutchins, FX負責人

火靈和林火

《冰雪奇緣2》的另一個魔幻元素涉及到火，其中包括涉及火精靈和著火的森林的鏡頭。為了創造起火的森林，藝術家首先在技術指導（TD）團隊的幫助下優化了流程，以擁有一個已經包含火的樹木資產庫。

Layout藝術家和特效藝術家通常在製作過程中被好幾個步驟隔開，然後在製作初期，當涉及到魔法森林中的火時，他們進行了大量的合作。"Layout團隊無需等待特效師在鏡頭中實現火災，而是在製作的早期階段就能想像出火災的位置以及哪些樹木會著火，"特效負責人Marie Tollec概述道。"這使得Layout藝術家能夠相應地放置攝像機，以便進行有趣的構圖，以及使他們能夠自己識別哪些樹木會著火，而不是讓特效部門在後期進行。"

TD小組使用Python開發了名為Firestarter的工具啟用此功能。通過選擇視口，Layout藝術家可以突出顯示將要著火的樹木。這些樹在Maya視口中將顯示為粉紅色，並且將以這種方式批准布局。在特效方面，在Houdini中使用Pyro對原點的每棵樹進行模擬。然後發布了火的 VDB，Hyperion著色器材質以及用於餘燼的粒子。（Hyperion是華特迪士尼動畫工作室的專有渲染器）。

"這些火是在流程 的資產層面上發布的。這樣一來，每次當一棵樹從資產列表中被丟進3D場景時，無論在哪個部門操作這棵樹的藝術家，都可以選擇包含所有火災信息的樹的著火版本。"

Marie Tollec, FX負責人

這種方法使所有的布景火種，都能通過特效師添加的定製煙火模擬來補充。模擬物與場景中的元素和角色互動，並會被Elsa的魔法 "撲滅"。Tollec補充說，團隊與電影的製作設計師合作，想出了一個更神奇的火焰外觀，並最終重新繪製了熱場，將顏色推向紫色/品紅色範圍。

最後，關於火靈本身——它以蠑螈的形式出現——藝術家們依靠煙火模擬，只有在極端情緒的時候才會出現火苗。Tollec還評論說，"蠑螈的材料有兩種變體，一種是辣的（著火），一種是不辣的。仿真本身是在移動的蠑螈上進行的，當運動太過極端時，用傳統的技術來預先減慢/減少運動的速度"。

風精靈Gale

《冰雪奇緣2》中的大部分精靈實際上都是以某種形式「可見」的。然而，風靈Gale卻必然是 "隱形 "的，它只作為周圍環境的影響者出現。這就導致了華特迪士尼動畫工作室需要將環境資產製作成動畫，達到以前沒有過的水平。

為了開始這個過程，角色動畫師在Maya中獲得一個綁定，使他們能夠可視化Gale對環境影響的位置、方向性、寬度和長度。效果負責人Ben Fiske對此做了進一步解釋。"雖然大多數人都像製作其他角色一樣製作這個綁定的動畫，但也有支持VR的綁定，讓一些人可以直接進入場景，僅通過身體運動來製作動畫。在那裡，曲線以bgeos的形式寫出，包含共同的點屬性，這有助於驅動交互。"

Gale的影響使得FX和環境團隊之間必須進行深入合作。"Fiske說："環境是用各種不同格式的專有程序編寫的，但最重要的是，所有的程序都有連接到存儲在磁碟上的幾何數據的hook，即bgeos。通過將bgeos與迪士尼的CAF格式結合使用，效果藝術家可以使用自定義OTL使用延遲的打包打包原語快速加載整個環境中的實例化過程環境資產，進行動畫處理，然後將其寫回到流程中。」

"通過使用打包基元，被操作的數據集非常輕量級，在大多數情況下，像落葉和簡單的植物生命這樣的資產可以在每個植物單點的基礎上進行動畫製作，從不需要解包。這使得藝術家們可以利用POPs等DOP求解器，在某些情況下還可以利用新的Vellum求解器，從而實現快速迭代和極其簡單的方法。"

Ben Fiske, FX負責人

Gale烈風在影片中的出現有時會以龍捲風和漫天飛舞的雪花的形式出現。龍捲風的出現依賴於Houdini的Pyro解算器，並結合在SOP背景下操縱的實例體積和碎片。"對於龍捲風漏鬥內部顯示的鏡頭，"Fiske說，"這種使用SOP對實例體積和碎片進行處理的工作流程，允許在速度、數量和擊中故事關鍵點方面進行特定的藝術指導"

然後，對於Gale中與雪花有關的鏡頭，藝術家使用動畫部門提供的數據，通過一個在原點的翻滾的Pyro模擬，將這些點變形到位。Fiske說：「這些點後來被雪花和較小的顆粒所包圍，並使用基本的Pyro模擬程序進行了附加的體積傳遞。」 「針對複雜外觀問題的簡單解決方案。」

地巨人

以巨大巖層形式出現的大地之靈，是動畫和特效合作實現的角色。Fiske指出，工作室能夠利用Gale動畫化樹木和植被的工作。這包括利用通過Houdini的Vellum解算器運行的約束曲線；在這裡，藝術家們通過在SOP中構建出自動化的綁定擴展這個想法，這些綁定可以追蹤每個巨人的足跡。

"使用這些足跡，"Fiske說，"越來越多的漣漪表明，所有植被綁定都在尋求施加向下的搖動力，這不僅會導致強度下降，而且會導致時間偏移。"

球巨人及其與森林環境的互動，得益於SOP中的自動綁定，這些綁定追蹤了巨人的足跡

除了樹木搖動之外，巨人還與周圍的森林進行了激烈的互動。與Gale建立的基於Vellum曲線的工作流程有助於森林交互。這允許與樹枝和地球巨人直接碰撞，同時還為所有樹狀樹幹設置了受約束的分段RBD，從而實現了完整的、可變形的樹狀仿真。

Fiske說：「除此之外，還添加了邏輯功能，可以在樹枝上施加足夠的力從樹上釋放葉子，然後在POPs中對其進行模擬。所有這些部件都在發揮作用，憤怒的地巨人可能會在一片生機勃勃的森林中走到只剩一片葉子，從而真正陷入混亂。」

破壞特效

對於大壩的序列，華特迪士尼動畫工作室不僅要模擬湍急的水流，還要模擬它的破壞。"正如Marie Tollec所概述的那樣，"大壩的破壞要處於電影的高潮，我們需要創建一個複雜的工作流程，從視覺開發、建模、Layout、特效、動畫和燈光等幾乎所有部門都要正確設置。"

由於這個序列將非常多地由特效驅動，所以摧毀水壩的工作流程與電影中的大多數工作流程不同。大壩的效果和破碎的方式不僅會影響布局和攝影機的位置，也會在動畫之前發揮作用。這是為了讓在大壩上奔跑的安娜，除了雙腳在結構上進行腳步接觸外，還能對周圍被破壞的環境做出反應。

大壩潰壩需要模擬一個2公裡長，300米寬的區域。

Tollec證明："工作流程在角色情感化以及優化的模型構建和破壞方面都有出色的表現。大壩出現在很多鏡頭中，需要優化近景和遠景的拍攝。模型的設計也是為了讓每一個作品在大小、質感、位移、青苔和施工痕跡的組合上都是獨一無二的。"

一旦剛體模擬得到導演的認可，它將進入布局進行攝影機重新調整，然後是角色動畫和技術動畫，然後再回到特效，Tollec說："我們將在運行水模擬的同時，添加二次粉塵、碎片和微粒。在大多數情況下，水模擬是在破壞之後運行的，水會對RBD產生反應，而不是相反。動作的連續性也使我們能夠通過運行一個較長的模擬來優化模擬，這將跨越幾個鏡頭。這也得益於我們的特效主管提前通過粗略的previz編排了這一序列的事件和時間。"

冰視覺

《冰雪奇緣2》中的兩個音樂片斷 "Into the Unknown "和 "Show Yourself"，要求對Elsa的魔法效果進行另類演繹。在它們中，一股神秘的力量讓她對自然元素的幻覺和對未來事件的預感感到眩暈。

"這些特效需要高度的特殊性，我們使用程序和關鍵幀動畫技術的組合來實現。"細節特效負責人Alex Moaveni。"我們會在單個組件上撥入動畫，如鹿或樹，然後使用Python腳本和我們專有的場景存檔分發系統Toolshed進行擴展。"

「"我們使用Python編寫的旋轉工具集，包裹著Houdini的描邊SOP，為這些效果添加了手工動畫的質量。原生動畫曲線或曲面給我們提供了一致的UV來粘住實例點，這對控制運動很重要。"

Alex Moaveni, 負責人

對於某些鏡頭，藝術家Moaveni補充說，他們為各個點設置了關鍵幀，而對於另一些鏡頭，他們使用程序化的VEX方法以「類似POPs」的方式使用歸一化的年齡屬性來採樣曲線或曲面上的位置。「對我們有利的是，我們可以實時擦洗，並使用斜坡或曲線函數來影響點的表觀能量。」

Elsa的魔法

在這些其他的特效挑戰中，艾爾莎的魔法仍然在故事中扮演著關鍵角色。效果負責人Thom Wickes認為，這從 "早期片段中抒情、俏皮的魔法，到她在熄滅魔法之火或在黑暗海洋中為生命而戰時使用的更強大的魔法"，都是如此。

魔法效果種類繁多，意味著工作室在這部作品中採用了更加靈活的模塊化工具集。"大多數魔法效果主要是基於SOP的，"Wickes說，"在效果中使用簡單的幾何圖形進行阻擋。我們用曲線來製作比較奇特的效果，用較大的錐體形狀來製作激進的爆炸。這使得特效師在生成最終數據之前，可以專注於位置、形狀和時間。"

展示Elsa魔法的冰視覺呈現出手繪動畫的效果。

"更好玩的魔法更多的是依靠粒子雪花沿著POPs中的曲線貼出，並補充霧氣和輝光體積，"Wickes繼續說道。"對於較大的爆炸，我們使用了程序化的噪波紋理體積在變形的坐標空間中移動，這些數據被用來生成額外的霧氣、粒子和霜凍材料覆蓋。"

效果和故事性

正如它在最近的幾部作品上所做的那樣，如《無敵破壞王》（Ralph Breaks the Internet）、《海洋奇緣》（Moana）、《瘋狂動物城》（Zootopia）和《超能陸戰隊》（Big Hero 6），華特迪士尼動畫工作室試圖利用特效方面的持續發展來製作《冰雪奇緣2》。而且，正如上麵團隊的觀察所顯示的那樣，這也是與整個工作室的其他成員合作完成的，使得特效工作正好與最終畫面相吻合。

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