《头脑特工队2》的信念弦线特效实现过程

作为一款在3D特效领域足以傲视群雄的软件，Houdini经常凭借其程序化工作流和节点式架构，全方位多领域展现独特的专业化优势。

知道Houdini很强，但你永远不知道Houdini到底能有多强。在Houdini不断刷新我们对它认知的路上，对于Houdini的潜在实力这一点，皮克斯动画电影《头脑特工队2》，还是很有发言权的。

所谓“信念系统”，是一套由信念、价值和规条组成的认知框架。它通过整合我们的思想经验来诠释日常经历、梳理逻辑关系并构建对世界的认知体系。

皮克斯在《头脑特工队2》中，将这一隐喻性的概念具象化为了一个由神经神经突触、能量流与记忆球交织的实体世界，给观众带来了一场别开生面的视觉体验。

而在皮克斯构建的这个融合神经科学隐喻与视觉美学的核心场景背后，是Houdini和OpenUSD这对黄金搭档的强强联合。

尽管《头脑特工队2》大部分动画和着色工作都是依靠皮克斯的专有软件，但Houdini和OpenUSD，在将环境带入生命的过程中起到了至关重要的作用，为粒子、水效等提供了技术支持。

弦线

在设计象征“信念系统”的弦线时，皮克斯艺术部门早期从自然和谐中汲取灵感，提出以优雅美学为核心的视觉概念，并被场景和特效部门严格遵守。

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为了确保视觉效果符合艺术指导要求，特效团队为“信念系统”创建了弦线模型，随后通过Houdini Engine和openUSD传递到皮克斯的专有动画系统Presto中。

弦线绑定

弦线的阴影处理是一个重要的挑战，需要能够传达出能量缓缓流向总部的感觉。特效团队通过叠加多个动态阴影信号来实现这一效果，每个阴影信号的时间和频率都可以单独控制。

根据镜头的不同类型，这些阴影的图案设计也会有所变化：广角镜头通常会采用更大规模且移动速度更快的图案，以便在不分散观众注意力的前提下，营造出宏大的视觉规模感；而特写镜头则需要更加细腻的效果，以便更好地展示细节。

不同的阴影信号被输入到任意输出变量(AOVs)中，方便合成艺术家能在最终图像中控制它们的强度。在最终图像的合成阶段，艺术家可以根据实际需要，灵活调整各个阴影元素的强度，从而达到最佳视觉效果，确保整个场景既美观又能有效传递所需的情感和信息。

弦线渲染通道

着色系统基于皮克斯专有着色工具Flow搭建，艺术家可以通过参数化控制辉光色彩、螺旋扭曲度以及动画速率等关键属性。

团队希望弦线材质能够呈现一种空灵缥缈且带有体积感的效果，为了达到这一目标，他们没有选择渲染实体的体积或对几何形状进行动画处理，而是采用了一种更为有效的方法，即在弦线的网格表面上对透明度和发光进行动画化处理：减少弦线表面在边缘处的存在感，使其看起来更加轻盈、通透；使用噪点和螺旋带状形状打破边面的一致性，创造出内部结构错觉，增强立体感和复杂度。

不仅有效传达出了所需的视觉效果，还因为不需要复杂的体积渲染和几何动画，大大提高了渲染速度。

在皮克斯专有着色软件Flow中进行弦线着色

场景与特效团队还利用Houdini Engine在渲染时生成粒子，为弦线增加微妙的闪烁细节。

弦线特效渲染通道

在制作水的特效时，团队需要让记忆球与水产生互动，来营造出一种奇幻氛围。为此，团队计划通过巨型弦状结构和蓄水池来表现水体，希望能够将抽象的心理概念转化为可视化的水体奇观。

首次水效果测试

团队采用高速2D粒子模拟，粒子在噪波力场作用下随机漂浮，并与场景物体保持排斥。完成模拟后，对每个粒子在Z轴方向进行随机拉伸，随着粒子深入水体，逐步放大尺寸并柔化边缘。

这种处理既保证了大面积水域的填充效果，同时能保留表层细腻质感，最终粒子被渲染为带有柔和圆形纹理的平面。

《头脑特工队2》中的水效果

这之后将粒子发射源设置在地形边缘、弦状结构及记忆球表面，通过RenderMan单独渲染输出后在Nuke中合成。为了表现流动的水体，团队制作了一个类似的粒子系统，但加入了横向作用力。

流动的水效果

针对瀑布位置的初步设定，特效团队创建了一个Houdini Engine资产，方便场景组进行瀑布布景。流动水体不再采用圆形粒子，而是通过追踪粒子运动轨迹生成带状结构，这些流体带最终以相同柔化圆形纹理完成渲染。

“信念系统”的瀑布

灯光

团队最初的构想，是让向上流动的巨大能量光珠组成“信念之弦”，巨大的发光球体将成为弦线的主要美学元素。

早期的灯光测试着力于突出球体的概念，让能量珠成为最亮的光源，同时借助雾气和光晕来增强它们的亮度，使其看起来更加夺目。

对弦线上球体的原始测试

但随着制作的推进，为了避免画面中同时出现两种球形元素造成视觉竞争，团队调整了巨型球体的设计方向，转而通过光珠来为弦线提供照明。这样一来，就能通过光影“感知”它的存在，而不是直接“看见”光珠，“信念之弦”作为整个“信念系统”的核心视觉定位就愈发清晰了。

信念系统最终外观

灯光团队早期还重点测试了弦线在场景中的投射效果。这一效果通过Foundry Katana软件实现，主要依赖RenderMan几何区域光或网格光，来营造细腻的水面互动光影。

最初团队尝试直接将所有弦线几何体作为网格光源，但高昂的渲染成本和不理想的全局补光效果促使他们改进方案。最终创建了一个优化的弦线几何体，只截取水面以上部分，不仅大幅缩减了渲染时间，更精准实现了弦线与地形之间的局部灯光互动。

用于水交互的优化网格灯光

某些角色与弦线直接互动的特殊镜头，团队采用了更加灵活的方案。针对单根弦线创建独立网格光源，这样既优化了渲染效率，又能对局部照明进行艺术化调控，按需定制灯光策略，以保证最终的视觉呈现效果。

弦线上的网状灯

合成

在使用RenderMan的机器学习降噪器消除路径追踪中的常见噪点后，灯光团队还会大量运用Nuke对渲染结果进行合成。虽然团队力求在渲染器中尽可能接近最终输出效果，但实际操作中体积效果通常会单独渲染，并搭配多种光路表达式(LPEs)和任意输出变量(AOVs)与最终渲染层(也称为美颜通道)共同输出，以便在后期处理中实现更精细的控制。

借助Nuke，团队可以快速迭代调整记忆球、水特效、地形以及标志性弦线等多重视觉元素。特别是在Nuke中创建的弦线极光效果和透镜效果，成功将画面整合在了一起，极大增强了信念系统特有的空灵感。

说实话，看电影的时候真不知道这些发光的“焦虑小线条”背后居然有这么多门道： Houdini粒子假装水流，拿Nuke给光效“美颜”，甚至靠改透明度假装体积感？！皮克斯，还得是你~

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