不用3D建模軟體,如何用數學公式創造一個女孩?會眨眼,有光影的那種

2021-02-15 量子位
木易 發自 凹非寺 
量子位 報導 | 公眾號 QbitAI

這是一個完全用數學公式創造的女孩，她長這樣：

絕佳的光影，移動的眼珠，是不是感覺惟妙惟肖？

最近，油管上的一項用數學進行3D人物建模的視頻火了，截止目前，已有近8w的播放量。

3D人物建模，就是數學公式對人體的描述，目前已經廣泛應用於生活之中。

不過，現在直接使用計算機軟體進行的建模，還不足以讓人領略這其中深層次的數學魅力。

而這個視頻中，就是純用數學的方法，讓我們看到了：如何用最基礎的數學公式，創造一切。

如何創造的？就讓我們順著這個視頻來看看吧。

數學公式構建的真實感

軀體框架的構建

從零開始，首先最先構建的，就是女孩的軀體：頭部、頸部、肩部等。

拿頭部舉例，頭部就是兩個球的堆疊，而在兩個球分界的割裂部分，用插值法修補了空隙，使整體看起來更加自然、順滑。

其他的軀體結構，也是同理，都是三維數學公式的組合，就建構起了基本的人體框架。

看起來是不是有點詭異？

是的，因為，還需要加入「億點點」細節。

「億點點」細節

億點點細節，就是面部上的細微結構，目前視頻中，分別構建了：眼袋、睫毛、眉毛、嘴唇和牙齒。

比如，更換了皮膚的顏色，用兩個環，併入軀體，形成眼袋：

又比如，這個用圓錐體為基礎構建出來的鼻子，也是很漂亮了。

還有，這個微微露出的牙齒，其實並不是完整的牙齒建模，而只是一個環。

畫龍點睛

接下來，就是注入靈魂的一步：畫龍點睛。

發生了什麼事？怎麼突然就有了真實感？

這個真實感，並不是由眼睛帶來的，眼睛也是常規的三維構建上色，並無特別。

只是，這個加入眼睛後，還注入了兩個神奇的魔法：1、眨眼；2、眼珠移動。

這個眨眼，是通過周期性的數學函數完成的，每隔一段時間波動一次，在畫面上，就是體現成了眼睛的睜開和閉上。

有沒有發現，通過數學公式的疊加，還能實現單眨眼和雙眨眼，這，又給真實感上了一個臺階。

之後，不難猜到，眼珠的移動，也是由數學公式所控制的。

蕪湖，是不是有內味了？

皮膚的質感

細心的觀眾可能發現，這個眼睛建模部分的皮膚質感比起之前，更加真實。

是的，這是在這二者之間，加入了一些，噪音，來描繪皮膚表面的毛孔。

對，你沒有看錯，真的是噪音。

此外，作者還貼（mo）心（gui）地給這位女孩上了一些雀斑。

啊這，果然，再精緻也趕不上數學創造的人物模型啊。（狗頭）

光影效果

最後，不得不提的一點是，這位作者還非常細心的考慮了光影效果，並用數學方法實現了它。

對，這個光影，其實，就是不同朝向的顏色加深。

此外，作者還考慮了：來自不同方向上光帶來的光影疊加效果。

最後，加上其他一些細節，咱們就看到了最開始的那一幕，那位活靈活現的3D女孩：

當然，其中有很多細節我並沒有完全提到，感興趣的小夥伴，可以在下方獲取原視頻連結和開原始碼哦。

原視頻連結：
https://www.youtube.com/watch?v=8--5LwHRhjk

開源地址：
https://www.shadertoy.com/view/WsSBzh

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