RealFlow教程之破裂的肥皂泡.docx

RealFlow教程之破裂的肥皂泡重要提示：这个教程最终模拟时，第一遍会报错。Reset一下，再模拟就正常了。重要提示此免费教程教你怎样创建一个，在慢镜头中慢慢破裂肥皂泡的漂亮效果。用一点Python脚本就可以帮助你能，确定肥皂泡的不同表面区域破裂。一旦表达破开，效果就会波及整个泡泡。虽然此效果可以不需要脚本，但为了更好的控制还是使用的好。1.效果速度传播2.可以轻松定义表面到底哪个区域破裂3.当破裂产生就定义新的点4.此效果不只限于肥皂泡，可用于任意开关最后，创建这流体特殊效果要做的一些设置，仅仅是非常高的表面张力值（tension)。辅助器和力也很重要。当然要进行Mesh操作，另一个是原因是，因为我们想输出一个肥皂泡，最好也是用Mesh。你能在右边看到两个视频，第一个是在RealFlow里Mesh过的样子，第二个是输出渲染过的版本。总之这个慢慢破裂的肥皂泡效果是非常可吸引人的，你可以加上其它设置，应用在不同场合，例如用kill辅助器做成，等离子球或融化效果。下面是正文部分肥皂泡每个人都吹过，甚至成人也会很有兴趣的玩，还尝试玩出不同花样。除了好玩，肥皂泡还有一些非常有趣的科学背景。图1.一个真实的肥皂泡表面张力或许是肥皂泡最重要的一个特性了。因为表面张力的存在，这也是肥皂泡会在空气中摇摆不定的原因。另一个由表面张力产生的效果是，肥皂泡是球形的。假如没有外部环境（重力，空气阻力等等），肥皂泡将是一个完美的球形。因为它们总有形成，称为极小曲面（minimal surface）的趋向。你一开始看到肥皂泡，你可能会认为它有很高的表面张力，其实正好相反。肥皂和洗涤剂表面张力很低，如果不是这样肥皂泡就不会产生了。因为水的表面张力很高，肥皂泡会立即破裂。另一个让人印象深刻的是肥皂泡很漂亮。它总是有很多颜色，他们反射的颜色看起来在晃动，混合了油一样。肥皂泡有这么的丰富颜色，因为它的壁很薄。当水蒸发时（肥皂泡变薄），会有不太显眼的颜色。当然这个效果不能用RealFlow模拟。但可以用物理渲染引擎做到，让它看起来五颜六色。在渲染时你可以调节材质的不同厚度，得到不同颜色。第一步：怎么在RealFlow里创建一个泡泡第一步就是创建泡泡。在这个例子里，填充模型做泡泡，不是一个好方法，因为它要一个尽可能薄的空心物体。用单个粒子层可以达到这个目的。在RealFlow里有这样几种方法来做成这种结构：1把.粒子均匀分布的Python脚本2.“sphere”发射器3.“Fill Object”发射器和“k sphere”辅助器结合4.激活“Particle layer”设置的“Fill Object”发射器第一个方法能给你很好的效果，因为你能得到一个没有任何缝隙或孔洞的球体。但用粒子脚本是有问题的。原因是每一个粒子有一个确定的基于Resolution值的半径。这半径是很重要的，因为为直接影响粒子之间的力。如果粒子之间距离非常近，你会观察到互相排斥的效果，流体会变得不稳定。也可以用非常低的内压“Int Pressure”参数减少这排斥值，但那时就会失去流体的特性看起来像dumb粒子。 这所以是Dumb粒子，当然就是因为非常低的”Int Pressure“值。图2：分布规则的球体你可以降低“Resolution”值，但不容易找到正确的值。如果太高，很难与粒子交互；太低，流体粒子就会乱飞。第二个方法是使用“Sphere”发射器。用这个方法也可以创建一个很薄的粒子层。你仅仅需要把speed值设成很低，例如 0.1 。然后第一帧后停止发射。这样可以管理表达式或动画关键帧。可能最好的方法就是基于Fill Object发射器。这发个发射器提供了两种模式：第一个模式是填充模型。填充好后你可以把“k volume”辅助器放在模型里面(“Inverse=Yes”），删除多余的粒子。当然辅助器半径可以做些调整，根据空心的模型来调。结果还不错，但你可以在下面的图片看到，看起来像有花纹的图案。这方法可以轻松控制厚度并能根据需要，用大量粒子。图3.用Fill Object发射器填充的空心球粒子，辅助使用K Sphere辅助器然后，用“Fill Object”第二种模式：“Particle layer”（粒子层）。当这个设置为“Yes”,RealFlow会覆盖满球体表面，但不会出现几何体交接线。优点是流体是静止的，因为这是RealFlow自动计算正确粒子半径，你可以增加“Resolution”到非常高的值，而不会出错。它也能减少粒子间缝隙，你只是需要一个很高分辨率的球体/泡泡做基础。用 RF_toolfactorys “RF Toolbox Scripts”（最后一个教程会介绍这个工具）你可以重新创建很高分辨率的模型。你可以在下面图片看到结果。请注意这是较低resolution值版本，忽略相邻边线。这个方法另一个优点是：你不需要任何初始状态，因为粒子层是Realflow直接创建的，存储或改变时只要“Reset”一下就可以。第二步：脚本做这个效果的脚本是很短的，也很容易理解。在写脚本之前，很重要的一件事就是你要知道我们要做成什么效果。我想在粒子层上开一个渐渐扩大的洞。在这个过程中，流体其它部分必须不受影响，保持原样。所以第一步就需要冻结所有粒子，然后把他们速度设置成0.0。再然后就开始定义，到底在泡泡哪个地方破裂。函数要允许我们把扩散的种子（seed）放在整个表面，或完美的限制他们在一个特定区域。这部分要在模拟前执行，尽管它是Simulation Events脚本：LayoutSimulation Events初始化场景窗口弹出时，你会看到两个部分。上面部分是模拟事件分支，下面部分是Python 代码部分。脚本预设必须添加在”SimulationPre“:SimulationPre Right-click Add script.（RF5版本后，Layout-Simulation Events 打开下图3窗口）此操作会打开另一个窗口，你可以输入脚本：# Get the emitter, loop through its particles and freeze thememitter = scene.getEmitter(Fill_Object01)particleList = emitter.getParticles()for particle in particleList: particle.freeze()# Determine four seed particles which are relatively close togetheridList = maxId = len(particleList)/50for i in range(0,4): curId = random.randint(0, maxId) idList.append(curId)scene.setGlobalVariableValue(oldRadius, 0.005)scene.setGlobalVariableValue(idList, idList)第一个代码片段只是简单的调用发射器和粒子。通过循环全所有粒子冻结用freeze()函数。这个函数功能是使粒子保持当前所有状态，例如，velocity和position.直到粒子unfreeze(解冻)。图4：初始化Simulation Evets窗口脚本 .脚本第二部分是很有趣的，因为会定义种子（seed)。在这个例子，种子（seed）是产生随机。为此，脚本从“particleList”函数指定粒子的总数。要控制种子(seed)影响更多或更少区域，整个粒子数除以50.如果想靠近一点，可以除以100，或500，如除以1则遍布整个表面。接下来循环for i in range(0,4):用来创建4个种子粒子。如果你想要增多种子，只要简单的改变括号里第二个数字，例如（0，2）或（0，8）。结果是一个随机数，可以用来寻找一定的粒子，通过利用粒子的ID数。ID被存储起来供进一步使用。最后，所有相关数据必须存储在被为全局变量的里面。这个变量是一种，当你想共享不同脚本（类型）下的值/变量(例如Batch - SimulationPre, FramesPre - StepsPost 等等）和当变量要永久存储（值固定）。全局变量是“oldRadius”和“idList”。这“idList”是，当然需要种子粒子ID。“oldRadius”变量决定种子粒子周围破裂的大小。它值要很小获得连续效果。它甚至可以是0.模拟第二部分是脚本控制模拟，在FramesPre下，在simulation events tree （模拟事件分支）。这里脚本输出和用粒子ID，和初始半径。另外，循环需要遍历整个粒子。当一个ID存在于“idList”，脚本就继续扩散到相关连粒子。import random# Prepare the variable, get the emitter and its particlesoldRadius = scene.getGlobalVariableValue(oldRadius)idList = scene.getGlobalVariableValue(idList)emitter = scene.getEmitter(Fill_Object01)particleList = emitter.getParticles()initialRadiiList = 0.005,0.009,0.015,0.012counter = 0# Loop through all particles, get Idsfor particle in particleList: theId = particle.getId()# Check if the current Id is in already stored in the idList. # If yes, calculate the radius around the seed particles.if theId in idList: newRadius = oldRadius + initialRadiiListcounter neighbors = particle.getNeighbors(newRadius) counter += 1# Replace the old radius with the new radius to simulate a grwoing areascene.setGlobalVariableValue(oldRadius, newRadius)# Loop through the particles around the seed and unfreeze its neighboursfor neighbor in neighbors: if (neighbor.getId() in idList): particle.setVelocity(Vector.new(0,0,0) else: neighbor.unfreeze()脚本思路是，收集种子（seed）粒子周围一定半径内相邻粒子。一旦种子（seed）识别出周围粒子，它就会解锁，然后（再次）受到辅助器和力影响。为了使破裂变得更有丰富，每个种子粒子有不一样的初始半径。这些半径存储在扩散列表：“initialradiiList”里。要获得种子粒子周围渐渐增长区域，老的半径值（oldRadius）必须要被“newRadius”取代。这只能通过全局变量，因为这种类型，不会被清空，在模拟步骤执行后。在此脚本计数器是必要的，从“initialRadiiList”不同的半径值分配到每个种子粒子:在脚本第一部分四个种子粒子已经设置了。所以必须要除以这四个半径值。如果ID找到，脚本会从这个列表中给出适当半径值，例如，半径值3的种子（seed）粒子：initialRadiiList = 0.005,0.009,0.015,0.012 . if theId in idList: newRadius = oldRadius + initialRadiiList2 # (= 0.015) neighbors = particle.getNeighbors(oldRadius + 0.015) counter += 1 # Incement the counter to get the next radius value请注意，Python列表总是从0开始，第三个位置在initialradiList数字是2：0，1，2，3。在这个阶段的脚本已经标出相关种子粒子和相邻粒子。现在完成遍历，相邻粒子，接受unfreeze()函数。但这是特别的。这里涉及到种子粒子，因为他们要保持接近他们的初始状态。想像一个种子粒子，受“Noise field”场影响，在泡泡表面。在这个例子里，脚本找不到相邻粒子就不会继续破裂，那会停止在某个点。为避免这个，每个种子粒子速度将要放缓：if (neighbor.getId() in idList): particle.setVelocity(Vector.new(0,0,0)发射器设置设置发射器实际上只是简单的几个步骤。但在你开始往下做时，必须要在Global Links面板移除“sphere”结点，因为它很影响粒子。为了在表面得到足够多粒子，很高的resolution是必要的。在这个场景Resolution值是 1000.0 对 2*2*2球体，有 5120个面。仍然会在粒子间看到一些边线，但做成mesh就看不到了。如果你要创建更多粒子，可以自由的改变这些值。你会看到模拟，仍然是很快的，尽管因为Python脚本，都是用单核模拟的。为了要凸起的流体界线，“Ext pressure”要设置到5.这将有助于保持粒子靠近一起，避免粒子逃逸。最后，“Surface tension”。代替发射器值，你可以用Surface tension辅助器（同名），激活“Balanced”设置，但这不是必须的。必要的是在“Surface tension”上key帧，让模拟结果更真实一点。在介绍真实的肥皂泡时，你知道真正的肥皂泡表面张力是很小的，但那只是自然界中，这是模拟。在RealFlow我们可以用各种方法模拟，达到想要的效果。因此设置时数值是否符合自然界中，是不重要的。要达到所需要的外观和形态时就要很高的“Surface tension”值，如果这值很低，泡泡就会毁掉。这是“Surface tension”动画曲线：动画区间在0到120帧间从 200降到50.曲线是“Bezier”类型，创建第一帧的过程中，泡泡几乎完好无损。当你点击“Simulate”，现在你能在种子粒子周围区域看到逃逸的粒子，或不想要的效果。要避免这个，我建议你用更高的MIN substeps值，在25到50之间。它能保持一些加速的粒子。要保持速度稳定，就添加辅助器。辅助器要除去非常快的粒子和保持流体稳定，在场景里要用到三个辅助器：1.k Isolated,这个辅助器除去孤立的粒子在 0.1秒后2.K Speed作用：粒子速度超过2.0就会被除去3.”Drag force“这个辅助器把”Drag strength“调到5.0，有助于有一个合理的模拟环境和看起来更自然。基于发射器设置，你可以调节辅助器参数，但要有一个好的起始点。要使模拟更丰富，和得到漩涡，添加Noise field场。通常使用值 0.2，来模拟，但“Space scale”3.0获得的漩涡在更小的区