LARK 在 Blender 中完全实现流体模拟效果

LARK 向我们介绍了 Private Beach 项目背后的工作流程，分享了他们在创建该项目时面临的挑战，并为那些想要尝试进行流体模拟的人提供了一些有用的提示。

介绍

LARK是来自日本的视频编辑。我的主要工作不使用 3DCG，而是在工作项目之间自己研究它。从我开始认真学习到现在已经一年多一点了。多亏了开拓者，Blender 有很多 CG 软件的资料，所以我喜欢即使是自学也很容易创作作品的事实。

参考和目标

我一直对3DCG中表现出来的各种艺术很感兴趣，特别喜欢那种可以反复观看的模拟类型。出于这个原因，我在开始使用 Blender 后不久就购买了 FlipFluid 插件，并创建了一些测试场景。但是，我发现模拟烘焙和渲染需要很多时间，即使是小场景也是如此，所以我并没有经常创建基于模拟的作品。然而，我一直渴望使用流体模拟来创建结合河流、海洋和湖泊等实际风景的场景。这一次，我能够找到时间，所以我决定着手一个我已经考虑了一段时间的想法。
我的第一步是确定我是否真的可以使用 FlipFluid 来创建我想要的那种场景。为此，我在 YouTube 上查找了各种人的作品示例，并整理了一份我认为是理想模拟的作品列表。深思熟虑后，我决定以“创造一个照片般逼真的海滩”为目标，并开始收集参考资料。
过去，我曾尝试将一些想法作为一个大型项目付诸实践。虽然当时我在这个过程中失败了，所以对于一个新项目，我的首要任务是能够很好地完成它。因此，我想制作一个相对较小的等距场景，并收集适合图像的图像。下面你可以看到我收集的实际参考图像。

设置场景

第一步是开始处理场景的粗略布局。正在进行的工作留下的图像不多，您在下图中看到的是早期的布局。如您所见，我只是粗略地放置了原始对象。我把一个模糊的图像变成了一个具体的形式。有一些方法可以使用真人素材在 Photobash 中绘制粗糙的图片或创建粗糙的图像，但我并不擅长这两种方式，所以我从一开始就使用了 Blender。

这个阶段的场景规模比最终的要大得多。此外，最初，我计划拥有更多的对象。但是，当我尝试与布局并行运行简单的流体模拟时，我遇到了模拟计算时间的问题。如果要模拟接近现实的波浪，自然也需要调整比例。这个场景的规模相当大，垂直方向有100多米，但即使是低分辨率的模拟测试也需要大量的时间，我不得不等待相当长的时间才能看到波浪是如何产生的结果。由于很难在时间框架内完成这个项目，我决定改变项目的方向，转而制作更小的场景。
下面你可以看到我经过几次调整后创建的最终场景。原始场景中的大部分元素都被移除了，只剩下一个简单的海滩。此外，我决定制作一个看起来像装在箱子里的海滩的桌面内饰。
我也审查了工作流程。首先，我专注于创建“理想波”，然后在更改布局的同时运行测试模拟。根据模拟结果，我微调了岩石的位置和海滩的地形。

使用 FLIP 流体进行波浪模拟

Flip Fluids 是该工作流程的核心，它与标准 Blender Mantaflow 不同，因为它专门用于流体模拟。当我第一次开始使用 Blender 时，我用 Mantaflow 做了几个关于流体的教程，但我很困惑 UI 和计算结果因 Blender 版本而有很大差异。此外，Mantaflow 还可以模拟烟雾和火焰等非流体，但也正因为如此，它的设置繁多，比较难理解。在这方面，Flip Fluids 的设置很多，看起来很复杂，但是一旦习惯了，UI 就很容易理解，而且最重要的是，官方的教程视频和文档非常丰富。而且即使升级，UI 也基本保持不变。因此，您可以参考过去的教程并按原样使用它们。
在下图中，左图显示了侧边栏中显示的菜单，右图显示了属性面板中显示的菜单。

用户可以下载的示例场景是针对各种案例设计的，并分发了实际的项目数据，以便您仔细检查内容。我特别喜欢命令行工具，它在后台进行模拟烘焙和渲染，而不使用 Blender UI。多亏了这一点，即使在重负载下，Blender 也很少崩溃，让您在整夜处理时高枕无忧。

波浪

对于实际的流体模拟部分，我使用了 Remington Creative 上传的 YouTube 视频作为很好的参考。该视频内容丰富，作者总结了他如何使用 FLIP Fluids 创建理想波浪的细节。当然，这并不是介绍可以照原样使用的数值，而是一种思维方式，所以需要根据自己的实际情况调整数值。我提到的另一件事是 CG Geek 的教程。 第一部分和第二部分相当长，作者使用的是旧版本的 Blender，但教程仍然很有帮助。
此外，虽然它不是一个教程，但 Artell Blender 的作品非常好，看起来对我来说是理想的海滩，这是我这个项目的最终目标。
除了使用 Blender 和 FLIP Fluids 之外，我不知道其他流体模拟，因此其他软件的情况可能会有所不同，但至少对于这项工作，不需要详细再现现实世界的现象来创建波浪。

如果您使用的是 Blender，您可以通过准备四个主要对象来执行流体模拟计算：

• 域——指定计算的范围；

• 流体——定义用于计算的水的框；

• 以海滩为基地（障碍）；

• 用于创建波浪的对象（Wave Object）。

  
  

  恐怕很难理解，但这就是图中的样子：

当您开始模拟时，流体会根据线框显示中名为 Fluid 的对象的大小生成，用于创建波浪的对象（Wave Object）会在现场上下动画以将流体推出。在一定数量的帧之后，海浪会产生并发射到海滩上。波浪在现实中出现的方式是由于更复杂的自然现象和地形的形状，但可以像这样以简化的形式再现。海滩物体需要有一定的高度来阻止产生的波浪，所以它被做成了一个陡峭的斜坡，而不是像真正的海滩那样的缓坡。
您可以在 FLIP Fluids 设置中设置海滩对象的摩擦系数。摩擦系数使得被发射的海浪可以逐渐减速并停止，而不是沿着海滩滑动并到达海滩的尽头。
海滩的地形与能否创造出理想的海浪形状和运动有很大关系，因此通过反复的测试模拟，对海滩的形状进行了多次修改。
顺便说一句，模拟中的地形对象（障碍物）必须是封闭网格，而不是非流形。在标准 Mantaflow 的情况下，您可以模拟没有厚度的平面物体，但在 FLIP Fluids 中，如果物体不够厚，则无法检测到障碍物，并且会漏水。
下图显示了从下方看到的海滩物体。你可以看到它没有附加任何面，所以它不是一个封闭的网格，这会导致模拟中的错误。

要使用 FLIP Fluids 生成气泡，您只需选中 Whitewater 并选择所需的元素。您可以通过调整此处的值来控制产生的气泡量等。我在灰尘上尝试了几次，但无法确定它是否正在生成，所以我取消选中它。

如果在这种状态下运行模拟，流体碰撞会产生白水。

最初，我在沙滩上没有放置任何东西来测试模拟，但是感觉海浪单调，所以我在沙滩上放置了岩石作为障碍物，并设置了摩擦系数。通过这样做，当波浪撞击岩石时也会产生白水。

还为海滩本身设置了摩擦系数，但将 Whitewater Influence 值调整为更大的值，以便在波浪发射时产生更多的 Whitewater。我微调了几次，因为产生的白水过多会导致泡沫状态，好像洗涤剂中混合了它。正如你所看到的，白水的产生量可以通过每个对象的参数来控制，但是例如，如果你想显着增加数量，你可以通过增加模拟本身的分辨率来产生更多的气泡。
然而，计算量会成比例地增加，所以我在简单的测试和更高分辨率的详细模拟之间交替进行，以瞄准产生理想波浪和白水的状态。 我还必须将材料应用于波浪和生成的白水。
FLIP Fluids 具有材料预设，因此您只需从设置部分中选择它们即可使用它们。

在这个场景中，我没有使用标准的海洋体积材质，因为它的绿色太浓了，与场景不匹配，因为我期待的是热带蓝色的大海。 我本可以使用着色器编辑器来更改色调，但我使用了我之前提到的 Remington Creative 分发的 RealWater 材质。

主要挑战

创建气泡是照片般逼真的波浪的基本元素，是制作这个场景时的挑战之一。它们不能以理想的比例过多或过少生成，因此需要重复多次模拟。我还参考了各种人的教程和文档，但我花了很多时间来验证每个设置如何影响另一个设置。
最大的问题之一也是必须模拟的大量帧。这次我选择海洋作为我的主题是一个特别的问题，因为它需要至少 300 额外的帧才能产生美丽的波浪，而且每次我模拟测试都需要很多时间。
这一次，我将最终模拟分辨率设置为 350，但更改此部分中的值会显着改变结果。这也是我不得不重复测试的原因之一。如官方文档中所述，增加分辨率会创建新对象。因此，需要重新计算，结果与之前的模拟结果有很大差异。

我还遇到了在正常渲染过程中看不到白水的问题，这是通过按 F12 键完成的。这似乎是Blender引起的问题，而不是插件引起的，并且在将大量几何体同步到渲染器时出现错误，因此白水消失了。由于在这种状态下我根本无法检查关键的白水，所以我使用前面提到的 FLIP Fluids 命令行工具来渲染它，而不是通常的渲染。 通过这样做，我可以避免上述问题并正确渲染。 但是，由于在将结果导出为静止图像之前无法检查结果，因此每次检查都使用它们非常麻烦。
左边的图像是通过正常渲染气泡消失的状态。

我还为海滩使用了 WetMap，使其看起来更逼真。WetMap 用于控制地面的湿度，通过使用 Blender 的 Dynamic Paint 功能，我可以检测流体模拟的接地部分并生成黑白图。在下图中，您可以看到 WetMap 的连续编号文件的一部分。

我使用生成的 WetMap 作为一个因素。Base Color 和 Roughness 值相应更改，海滩颜色变得稍暗，并且由于潮湿而开始被反射。

这是在材质视图中渲染的视口图像，用于查看 WetMap 的工作原理。要检查一下，每次进行产品渲染的时间都不够，所以 Blender 的视口渲染功能很有帮助。

这里遇到了一个Blender在通过Dynamic Paint函数烘焙WetMap时经常会崩溃的问题。这似乎是自 Blender 2.8 以来一直存在的错误，但在通过动态绘画功能进行烘焙时。如果你不最小化 Blender 的窗口，软件很可能会崩溃。它仍然发生在 3.0 中，因此我浪费了很多时间。如果一定要给以后想尝试流体模拟的人一些建议，我会推荐一个规模较小、检查时间不长、不需要初步框架的主题。此外，由于启用 Whitewater 时计算速度会大大降低，因此您可能希望在尝试以较低分辨率进行大致流体运动后启用 Whitewater。但是，小规模有自己的困难，所以我建议你阅读官方教程。
如果可能，还建议使用高性能 PC。模拟烘焙是在 CPU 而不是 GPU 上完成的，更高分辨率的场景需要大量内存。请注意，与不需要太多 PC 规格的建模和纹理任务不同，流体模拟可能不允许您根据 PC 规格创建所需的内容。

作为参考，我的电脑规格如下：

• 锐龙9 5950X

• 64GB 内存

• RTX 3090

灯光

对于场景的照明，我尝试了各种方法，例如通过从完全黑暗的状态放置灯光来从头调整照明，或者在 Blender 中使用 Sky Texture 的 Nishita，但最终我使用了 Poly 分发的 Secluded Beach HDRI 避风港。
顾名思义，它是一个沿海HDRI，因此非常适合这个场景。 我旋转了 HDRI 来调整阴影的位置并增强亮度，以创造具有强烈对比度的“夏日阳光感觉”。

对比度太强以至于阴影变暗，所以我放了一些灯来照亮该区域。我一共渲染了600F，从300F到900F，海浪最漂亮的地方。经过测试，发现玻璃部分容易出现噪点，所以我将采样数设置为1024，渲染后去噪。

渲染

该项目是在 Blender 3.0 中创建的，我期待使用最新版本的 CyclesX 进行快速渲染，但实际上，渲染前的初始化和同步部分花费了大量时间，每帧最多 2 分钟。我尝试了几种方法来处理它们，但没有任何改进，我决定在夜间使用 FLIP Fluids 的命令行工具进行渲染，几天后我设法完成了它。我使用 Blender 的合成设置来测试颜色校正等，但没有在最终产品中使用它。 我最终在我经常使用的 After Effects 中导入了按顺序编号的文件，以进行细微调整并添加模糊。 之后，我在 Premiere Pro 中进行了最后的色彩校正。 这一次，我在整个SNS上都使用了鲜艳的色彩来吸引眼球。

概括

虽然这幅作品的规模比最初的形象要小很多，但我觉得我能够创造出我想象中的丰富波浪。与我以前的作品不同，我很高兴有这么多人看到我的新项目。
但是，我有一些遗憾。 其中之一是，由于试图使海浪更具风景和吸引力，导致海浪撞击海滩的时间变得太短。 此外，我无法添加棕榈树在风中摇曳的动画、海浪声和其他可以增强作品的元素。 我想在未来的作品中利用我通过这次制作获得的经验。
目前，Blender 是我的主要工具，但作为一个模拟爱好者，我想在未来使用 Houdini。