Blenderを使ってCGで雲を作ってみる その10

皆さんこんにちは、武田です。

涼しい空気を感じる日が増えてきました。
雲の写真も、積雲の上に高度の高い雲が一緒に見えていて、秋っぽい…かな?

雲のシミュレーションしようとして、熱い煙を沸き立たせると、
ところどころで「勢い余った」というような感じにプッと吹き出す小さなキノコ雲のような構造が見えたりします。

実際の雲を見ていると、雲の本体から小さな空気の塊が噴出したような形が、時々見えますね。
果たして、実際の現象に近いものを、期せずして再現をしている…のでしょうかね?

こういう特徴的な形の雲を配置したり絵に描いたりすると、なんだか目に付いてしまうので避けたい気がするのですが、写真で見ても、不自然というほどの感じはしません。
より自然に近いような雲を作れるようになれば、不自然な感じは薄れていくのでしょうか…ね??

さて、前回は鉤状の巻雲をシミュレーションで表現しようとしてみました。
落下しながら横風に流される雲、のような形の大枠は作れたのですが、実際の鉤状雲のようにするにはどうすればよいのでしょう?

とりあえず、理想的すぎる条件から外れて、乱流を入れてみるという事をしてみます。

乱流を配置して、パラメータを見てみますが、最初にパラメータの「サイズ」の意味をチェックしておきます。
というのはサイズやスケールのパラメータは、
パターンのサイズが大小なのか、考えている系の大小なのか、混乱してすぐに分からなくなるからです…
ノイズのテクスチャなどは、スケールのパラメータを大きくするとノイズのパターンが小さくなっていきます。

という事で、球からパーティクルを発生させて、乱流と一緒に置いてみました。

サイズのパラメータを 0.1 と 1 と 10 で比較してみると、値を大きくすれば素直に乱流のパターンが大きくなることが分かりました。
これで、適切な乱流のスケールなど、目で見て調整することができそうです。

では、乱流を入れてみます。
実スケールのシミュレーションで、あるべき風の強さや乱流の強さが分かっているわけではないですから、
適切なパラメータはトライアンドエラーで試してみるしかありません。

ちょっと乱流が強すぎました。

まだ強いかな。

こんな程度でしょうか。
長く尾を引かせるか、乱流が効くようにするか、パラメータを変えてバリエーションを増やすのがよさそうです。

Eeveeと、Cycles のレンダリングをしてみました。
多重散乱無しの場合です。多少色味に違いはありますが、全体的に違いはありませんね。

モクモクした大きな雲の場合は、雲の内部で多重散乱することが見た目に重要でしたが…

散乱回数を多くしても、見た目に大して違いは無いです。
雲の濃い部分がより明るくなった程度でしょうか。
多重散乱が重要でなければ、Eevee で押し切るのも(速度的に速いので)良いかもしれません。

今、シミュレーションの解像度を128にしています。
(一番長い軸側が128になります)
写真と見比べると、ちょっと解像度感が足りないのが気にかかります。

解像度256で計算して下流に流した煙です。
解像度感は…上がったですかね?
そもそもの形が違うので、直接比較はできませんが、
これ以上解像度を上げても今度はシミュレーションが大変なので、256程度の解像度が良いところでしょうか。
解像度256で幾つもシミュレーションをして、バリエーション違いの雲の形を作ってみます。

さて、雲の塊が一つぽつんと浮かんでいることはまずないので、
何種類か作った塊を空に配置してみます。

並べてみると、似たシミュレーションで作った、同じスケール程度の塊を並べて配置しても
やはりちょっと不自然という事が分かったので、大きく薄くしたものを重ねて配置する、
など自然に見えるように多少工夫をしてみました。

雲だけが映っていても、カメラの角度が分からないので、建物(のつもりの直方体)を配置して、
比較しやすいようにしました。

うーん、まだちょっと微妙なところがあります。
前回に撮った写真の鉤状雲と見比べてみると…

うん、頭の部分が明るすぎする気がします。
実際にはこんなに濃さのコントラストは付いていないですね。

しかし、煙を発生させて風に流されながら薄くなる、というシミュレーションで、
薄くなり方の微調整ができないのでどうにかするのは難しそうです…

仕方が無いので、表示側の設定を弄って調整をしてみます。
発生源に近い場所の濃い部分にリミットをかけてみましょう。

シェーダー側で、範囲マッピング(Map Range)を密度にかませて、濃さを調整してみます。
範囲制限にチェックを入れることで、範囲外の部分はそこでリミットされるようになります。

こんな感じのグラフを使って変換するイメージです

これで、0.15 以上の部分は、0.03 にリミットされます。
折角なので、薄すぎる部分が 0 になるように調整して、コントラストを上げる調整も同時にしてみます。

雲の濃さが調整されたので、さらに配置を調整したり、雲の数を増やしたりしてこうなりました。

ん、さっきよりは自然な感じです。
誤魔化すための薄い雲を置きすぎたのか、写真の空よりもちょっと薄曇りになってしまいましたが…

最後に空気遠近法を入れて、すこしなじませてみました。

あとは、何を修正すれば良くなるでしょうか。
写真の雲を見てみると、雲の頭の方では乱流っぽくなっているのに、しっぽの方はもっとシュッとまっすぐ伸びています。
シミュレーションの煙は、しっぽの先の方までうねうねしていますね。

乱流や風の入れ方をもっと工夫すればより良い感じになるでしょうかね。
というところで、頑張ればもうちょっといい感じになるかなー、どうかなーというところで続きます!

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