2016/04/07

PhoenixFD 2.2 for 3dsMax實測報告



文 / Hammer Chen

優點:
  • 在3dsMax平台上,唯一同時可以模擬火焰 、水 、煙霧 及爆破的外掛軟體。甚至支援粒子算圖
  • 與VRay完美整合,不需要透過如Krakatoa這類的particle renderer,可直接渲染液體的泡沫、浪花
  • Viewport預覽效能絕佳
  • 模擬時不會鎖住viewport,因此可以邊模擬邊調參數或算圖
  • 提供各種專門的參數解決不同特效需求
  • 原廠在論壇與社群網站都提供積極技術支援
缺點:
  • Color and Transparency 編輯器操作不便
  • 缺乏專門的render elements (在下一版將提供)
  • 大量分散的參數,學習曲線較長
  • 缺乏Gravity help,要改變smoke移動方向有點不便


筆者約兩年前受邀撰寫PhoenixFD的review,卻遲遲沒有完成。主要原因是這套外掛軟體的功能涵蓋相當廣泛,很難一時間弄懂參數寫出確切的實測報告。據說 (未證實)Chaos Group於1997 年成立時,當時的兩套主要外掛軟體,V-Ray與Phoenix是取自兩位創始人Vladimir Koylazov的字母『V』,Peter Mitev的字母『P』做為軟體命名的靈感。事實上,Phoenix是Chaos Group公司的第一個產品(於1998年推出),三年後才推出廣為人知的V-Ray。最初推出的Phoenix並不具有流體物理運算的功能,是用技巧性(cheat)地產生火焰與煙霧特效。當時這套知名的3d Studio的火焰外掛軟體 Phoenix是透過Digimation販售,Max的老用戶應該都用過這套火焰外掛的經驗。

即便是2016的今天,你仍可看到ChaosGroup網站上有隻火鳳凰的圖案,可見這套外掛在這家公司的元老地位。然而Digimation時代的Phoenix跟現在的有很大的不同,PhoenixFD的FD指的是Fluid Dynamic,表示產生的火焰是經過流體動力學模擬運算的。而流體動力其實涵蓋煙霧,火焰,液體這些都算是流體,由此可知PhoenixFD不局限於火焰或煙霧模擬,幾乎所有的流體現象都可以在3dsMax或Maya平台上實現。

剛開啟PhoenixFD的第一印象是參數好多! 從功能面來看,可取代FumeFX大部分的功能(火焰,煙霧,爆破),可模擬如Realflow的液體,高黏度的液體如巧克力醬,蜂蜜,具有專門的shader設計可以幫助渲染無邊際的海洋(相當於Dreamscape外掛),支援渲染粒子的shader(相當於Krakatoa外掛),以及獨有的泡沫,泡泡渲染功能...這麼多的功能塞在一套外掛裡面,難怪其參數繁多。

首先筆者測試的便是火焰的部分,畢竟這是它的前身主要功能。與FumeFX同樣是Grid-based的流體模擬器,因此對FumeFX有經驗者不難上手。同樣是先拉出simulation grid,比起FumeFX,Phoenix提供更多的自適應控制參數。

由於simulation grid的大小會直接影響到模擬時間,能夠根據需求縮放範圍便是最佳化的一種技巧。FumeFX的Adaptive Grid設計是先把最大範圍,再配合sensitivity threshold控制自適應的程度。Phoenix可以在起始時將grid拉到最小,再配合Fit in cam view達到最理想的模擬範圍最佳化。

實際在模擬時,筆者發現PhoenixFD具有多種的Dynamic solvers的選項,相當具有V-Ray的設計風格。守恆Conservation提供三種方法: Symmetric、Smooth、Buffered。 Advection則提供四種方法:Classic、Slow moving、 Forward transfer 與Multi-pass。不同的組合有的適合用在火焰,有的有利於液體的模擬。

以下測試影片中,Buffered-Slow moving的組合可以獲得不錯的火焰動態效果。


筆者認為PhoenixFD的fire shader的使用者介面不容易操作,例如下圖的預設曲線有過多的節點,初學者不易根據需求調整。還好PhoenixFD提供save / load Rendering preset功能,一旦找到適合的參數,可以儲存供日後重複使用。另一個問題是,這個版本裡面fire與smoke共用transparency資料,當表現爆破的火焰時,不易表現細節。希望下個版本能改善。

調整參數時,除了Viewport以點雲的方式預覽外(效能極佳),也可使用3ds Max extended viewport進行GPU預覽,且支援即時陰影:

PhoenixFD的一大優點是與V-Ray的整合。在加速GI算圖方面提供reduced grid技術,可以大幅減少火焰自發光計算GI所需要的時間(由原本的1分11秒減少為30秒):

所利用的原理是降低原本grid解析度,本例降低至1%,然後按下Preview Placing會以藍色錐形顯示燈光放置的位置

水的部份,筆者從海洋的shader開始測試,筆者過去使用Dreamscape plugin以及finalRedner ocean物件。PhoenixFD可以局部模擬,然後切換到Ocean Mode,會自動根據攝影機角度延伸mesh,且具有adpative的特性。

延伸的海洋mesh是在算圖時產生的,算完圖後我們旋轉一下鏡頭可以看到PhoenixFD是如何根據視野自動產生一望無際的海洋(下次算圖時會再次更新海洋的mesh)。

PhoenixFD模擬水與Realflow相比有個很大的差異,Realflow模擬完水後,流體只是大量的粒子,還需要一個步驟產生液體的模型(build mesh)。PhoenixFD則是按下Show Mesh就可以在viewport上直接顯示液體的mesh模型。


PhoenixFD Ocean Texure則是可以套用到平靜的水面,產生寫實的海面,同是也可以遮蔽掉grid 邊界的artifact。

另一個賣點是PhoenixFD能夠模擬水花(Splash)與泡沫(foam),其中泡沫可以是小尺度的啤酒泡沫或是大尺度的船尾浪花。筆者直接開啟Simulator中的Foam選項,便會在場景中自動產生一個Foam shader helper,專門計算大量的泡沫與粒子。

由於是主要水體是以grid為基礎的計算,泡沫與水花則是粒子,因此即便是如游泳池這樣大量的水體,仍然可在極短的時間完成模擬運算。唯一的缺點是容易有grid artifacts。筆者在測試時開啟velocity輸出,計算motion blur可以修飾掉grid artifacts。


PhoenixFD提供大量個參數應用各種不同的需求。例如若是希望水體只是不帶有厚度的平面(如下圖),cap mode就可以達成這個任務。而PHXFoam helper能夠幫助渲染場景中的particle,因此如同krakatoa plugin可以渲染大量粒子(例如ink效果)。

PhoenixFD亦能模擬高黏度(high viscosity)的液體,例如泥巴,巧克力醬或蜂蜜。把流體設定成高黏度可模擬巧克力融化的效果。

特殊的材質紋理PhoenixFDTexmap可以處理兩個不同的液體融合的效果(本例為白巧克力與黑巧克力)

PhoenixFD能夠處理大量的粒子,如下圖具有超過六百萬個粒子(泡沫)

最後,關於煙霧爆破的部份,筆者以自己最感興趣的建築物倒塌特效為測試對象。先以cebas thinkingParicles 6.2製作建築物倒塌的模擬計算,勾選group as object。bake之後將資料餵給PHXSource,並刻意將smoke temperature降低至270 Kelvin(室溫為300),煙塵就會自動往下沉。

光線在煙霧中散射計算,PhoenixFD亦提供最佳化的模式。重要的wavelet與retime功能則是可以透過Resimulation功能達成。點這裡官方help查看範例。






結論:
PhoenixFD自1.0起推出至今已六年多,業界而煙霧火焰外掛還是以FumeFX為主流;液體模擬則是Realflow。在本實測報告中,筆者發現PhoenixFD功能上能達到FumeFX的效果,且不像Realflow需要額外輸出資料配合Krakatoa渲染泡沫浪花,如此高的整合性是這套外掛軟體的最大優勢。目前正式版本為PhoenixFD 2.2,筆者操作上遇到疑問與軟體問題,如同用戶遇到V-Ray問題時,vlado(V-Ray主程式)活躍於官方論壇親自解答; PhoenixFD的兩位主程式ivaylo katev先生與Svetlin Nikolov先生同樣地也很熱於幫忙。除了在Color與 Transparency 編輯器的UI設計上,以及某些狀況液體會產生grid artifacts問題外,筆者認為PhoenixFD 2.2是值得推薦的全能型特效plugin。在截稿前得知在下一版的PhoenixFD還有更多殺手級的功能,讀者可拭目以待!



[相關連結]
比較
Phoenix FD vs FumeFX Comparison

相關影片
Svetlin Nikolov - Vimeo
ivaylo katev - Vimeo
tsetso - Vimeo

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歷史
Making Order Out of Chaos
How V-Ray RT and GPU Rendering is Defining a New Filmmaking Paradigm
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