有人說命運並非我們所能掌控，
There are those who say fate is something beyond our command.
結局並不由我們自己決定。
That destiny is not our own
但我有更好的理解。
But I know better.
命運就在我心中。
Our fate lives within us.
你隻需鼓起勇氣去面對它。
You only have to be brave enough to see it.
—— 梅莉達公主 《玩具總動員》(Toy Story)
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《鷸》（Piper）
2016年底最優秀，最經典的一部短片當屬皮克斯的《鷸》（Piper），放在如今依舊是一部優秀的動畫作品。
《鷸》講述瞭一隻饑餓的小磯鷸(sandpiper，一種海鳥)，努力克服恐水癥，到海浪肆虐的沙灘上覓食的故事。這個故事本身對於皮克斯的團隊就是一個挑戰，他們必須迎接挑戰、克服重重困難，到達充滿陽光的沙灘。
該片於2016年6月17日在美國放映。該作品獲得第44屆安妮獎最佳動畫短片獎和第89屆奧斯卡金像獎最佳動畫短片獎。
每一部皮克斯優秀故事的背後，總是離不開藝術傢們用技術所創造的一個又一個令人驚奇的畫面。除瞭深入人心的故事和讓人難以置信的驚艷畫面，還有背後那些讓人琢磨不透的高超技術。
短片中除瞭可愛的小鳥角色，生動的動畫和驚艷的畫面渲染，還有就是那個金黃色的美麗沙灘。但是看瞭那麼多遍有註意沙灘的制作難度系數麼？你知道皮克斯的開發團隊為瞭實現沙灘和海水以及泡沫效果進行瞭哪些嘗試麼？今天，就這部短片其中的實現過程和細節。再次從技術角度對這部動畫短片有新的解讀。
靈感來源
Alan Barillaro談到本片的創意，說這是他在愛莫利維爾市皮克斯片廠附近的海灘跑步時產生的，當時他看到許多鳥在海面捕食，但不會碰到浪。
這個觀察讓他立刻產生靈感，一部從鳥的視角看世界的短片就此開始萌芽瞭……
剛好那個時候導演Alan Barillaro在嘗試某項技術開發時做瞭一個怕水的鷸的角色測試，他將這個測試動畫拿給安德魯·斯坦頓（《海底總動員》、《機器人瓦力》導演）看時，他非常喜歡，之後又拿給約翰·拉塞特，他也覺得創意很棒，鼓勵導演Alan Barillaro繼續創作下去！
得到兩位大神的肯定！那還猶豫什麼？創意籌備加上制作前前後後大約花瞭三年時間！
Barillaro和他的整個團隊為瞭影片更加真實，花瞭足夠的時間觀察鷸的生活習性，拍攝到鷸某些可愛滑稽動作。
這部短片的主角一開始是拿《勇敢傳說》中的烏鴉模型改的！貝殼和羽毛都有非常好的細節！最終做成片中的樣子。
軟件開發
在這部短片中，Renderman工具的開發團隊幫助導演和藝術傢們為觀眾們講述瞭一個完美的故事情節。其實這個項目很早就在皮克斯內部啟動瞭，開發組為瞭為皮克斯的電影呈現更好的畫面效果，創造瞭一些非常可行性的前沿技術。當時正處於REYES（基於存儲性能的REYES運算）向RIS（Renderman光線跟蹤）過渡時期。
最開始，這個項目發起於皮克斯的插件研發部門，他們的責任是研發一些尖端的技術來呈現皮克斯電影的超凡畫面。《派珀歷險記》也是唯一一個從開始使用REYES架構然後轉到RIS架構的短片作品，研發部門最開始采用的是REYES架構中的混合光線追蹤器，得到比較滿意的結果，但當他們開始使用RIS架構的時候一切都變瞭。
houdini 預覽最終效果
《鷸》的燈光技術總監Erik Smitt說“我們起初用RIS渲染的圖像非常好，角色與環境匹配的非常完美，為瞭鏡頭的凝聚力，我們不在使用每個角色光照綁定處理我們的鏡頭，這是一個創造性的突破，因為我們可以更快的完成鏡頭制作。讓他們可以在一個全物理方式中給鏡頭打光和處理著色工作。很多常見的技術難題需要用不同的處理方法。”
沙灘的實現
制作沙灘上的沙粒，一般會采用給每粒子賦予置換貼圖和材質，但是，場景的細節要求近景的置換貼圖尺寸增加到原來的32倍，這樣會導致置換的效率很差，而使用RIS架構，可以直接創建數以千萬計的沙粒。
沙粒
每一個沙粒都是一個單獨的模型,《鷸》中的每一個鏡頭都是由數百萬的沙粒構成的，而每一個沙粒都有差不多5000個面，沒有用到置換貼圖，都是Houdini裡面程序生成的模型。沙粒最終是由RenderMan渲染出來的。
沙區塑造
用Mudbox雕刻沙丘，然後在Houdini中用Poisson Distribution在網格上生成沙子。沙粒用Houdini中Grain解算器模擬的，它在網格上創建瞭一個沙子層，這一結果的實現綜合瞭一系列剔除技術，其中包括相機平截頭體、面向角度和距離等。也就是說我們看到《鷸》短片中的每一個鏡頭中的海灘都是由數百萬的沙粒組成的，每個沙粒大概有5000個面。這些顆粒沒有用到凹凸貼圖或者置換，都是在Houdini中程序生成的模型。
沙粒的多樣性得益於RenderMan Primvars這項技術，它可以驅動材質進行“幹-濕”的轉換，這給瞭著色團隊很大的可控性，因為隻有12粒沙子。沙粒廣泛使用GEO實例化和點雲的技術，這些數據都是由皮克斯的USD（通用場景解釋器）進行管理的，這是個通用的格式，可以把Alembic等格式轉換這種通用格式，從而實現對復雜場景的高效制作
“渲染如此大的數據集也是一個很大的挑戰，有些場景用瞭128的射線深度，這在以前的技術看來是不可能的，”Brett Levin說。這使得渲染出來的圖像相當的逼真，RIS能夠處理超大計算的需求供應。“我們用物理方式嘗試創造性的方法解決一個鏡頭，這在RIS以前我們從未敢嘗試過。”渲染的結果就像是真實的一樣，不過也同樣消耗瞭巨大的計算機資源，慶幸的是RIS架構可以撐得住。”
沙子顏色處理
沙子的顏色采用的是陰天環境下沙灘上生成的反照率圖，然後利用它制作瞭很多類型的著色器，包括什麼貝殼，石頭和折射玻璃。這些顆粒還必須是幹濕結合，各式梯度的色彩和明暗度，這樣才能模擬出讓人信服的無數沙粒。
沙地的顏色是從一個陰天的沙灘上所拍攝的照片上提取的，團隊還制作瞭很多不同的材質，用於各種各樣的貝殼、石頭和可以折射的玻璃。這些材質還必須表現幹的、濕的效果，不同層次的顏色，來模擬出令人信服的沙粒。
另一個重要的挑戰是解決馬赫帶，它是一種光學上的幻覺，會誇大細微的變化，出現在不同亮度界面的分界線上，呈現出令人不愉快的畫面效果。制作團隊發明瞭一種可以自定義的抖動方案，是畫面的馬赫帶自然過渡。最後得到的圖像效果非常自然。
馬赫帶現象
我們平時去海邊如果細心的夥伴都會發現在海岸線上，實際的沙灘會呈現出很多不同的樣子，創造這些不同的沙灘是一個很大的挑戰，制作團隊最後分類瞭三種典型的沙灘類型：雨天、潮濕、幹燥。
對於微潮濕的沙子，它是有一定的粘性的，即松散又可以粘合在一起。為實現這個效果，團隊創造瞭約束網。顯性約束用於賦予沙灘上沙粒粘性，而破碎約束可以讓其產生破碎的效果。在Houdini中用網絡處理好沙粒後，制作團隊可以區分這些不同沙灘在雨水量上的細微差別，使得模擬動畫可以更加先知先明。直接進入藝術的狀態。
波浪
波浪是用Houdini中的FLIP解算器制作的。一開始團隊制作瞭一個簡單的波浪形體，然後從波浪上提取出一個前端邊緣曲線並給方向編碼。在此基礎上建立特效波浪形體，再按流動性調整厚度。一開始用低分辨的FLIP模擬。最後，在平截頭體區域的部分使用之前低分辨率模擬過程獲得的速度進行高分辨率FLIP模擬。有時候為瞭藝術上的美感還需要調整波浪的時間。
泡沫使用瞭混合材質，可以達到100級的光線跟蹤的反射深度，使泡沫的內部產生折射的光照效果，展現瞭泡沫高度的真實性。制作團隊信賴光線跟蹤的這套技術來實現超真實的海浪和沙灘，RIS架構可以完成要求極端的任務。
泡沫著色是用 Hibryd Volume/thin表面著色器完成的，為實現優秀的折射亮度泡沫粒子，把泡沫感覺表現的更真實，渲染時射線深度反彈次數超過100次。
Renderman喜歡這樣的挑戰。完全可以依靠光傳遞把泡沫和沙子表現的更真實。
皮克斯自研泡沫插件GIN，是通過冪函數分佈的方式來創建泡沫，每個泡泡都具備表面張力。粒子之間的距離作為密度可調整泡沫的破裂和堆疊程度。
彎月面現象
還有一個是水表面張力而導致的一種彎月面現象問題。彎月面現象的出現是由於液體對固體浸潤或不浸潤的作用，使液體在圓柱形的管子裡，呈現不同的液面。最常見的就是裝在玻璃管裡的水面會呈現凹面狀態，而水銀呈現凸狀。那麼在沙灘上海水沖擊海灘的時候也會出現這樣的效果。為瞭解決這個問題，制作團隊復制瞭整個沙灘的模型，並用動態變化的混合折射率，在幹燥與潮濕的沙灘邊緣進行過渡處理，這樣就消除瞭錯誤的效果，獲得瞭更自然真實的水的效果。
結合在Houdini中生成的水流，制作團隊可以使用自然生成的波紋，然後作為在Katana中置換貼圖的樣本，這讓海面看起來更加真實漂亮。
微距攝影
《鷸》中使用瞭大量的微距攝影，制作團隊一開始想使用NUKE中的合成流程來解決，後來他們發現在RenderMan中使用DOF（景深）技術進行渲染會驚人的得到非常好又精確的結果。對於一些誇張的DOF鏡頭還結合瞭其他的技術,他們在USD中重建瞭整個項目，並使用圖像深度數據增加瞭特別的運動模糊效果，這賦予瞭畫面獨特的風格。
最後，為瞭清除所有的光線跟蹤所形成的噪點，用到瞭RenderManDenoise這個新的降噪技術。一般地說，折射表面和具有很大DOF（景深）的鏡頭需要額外的采樣才能完全處理好,但是Denoiser（降噪插件）允許團隊們不再關註這些技術點並且不再擔心這些令人煩惱的噪點或者去渲染很長很長的時間。他們也使用瞭LPE技術對焦散造成的“螢火蟲”現象進行處理。
終於，《鷸》把RenderMan的基於物理的材質和燈光推上瞭一個新的標準，RIS架構在CG技術上到達瞭一個空前的高度，為皮克斯未來的基於物理的動畫制作流程鋪墊瞭堅實的道路。
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