从8比特的像素块到极致真实的3D图像，电子游戏的图形技术在短短30余年的时间里完成了飞速的进化，与之相随的还有硬件的更新换代，但是，尽管图形技术在像素、纹理、物理等方面都已经做得非常出色，它在“头发”这张考卷上仍然答得很吃力。回想一下，你见过多少块状或条状，甚至锅盖状的发型？在奔跑、跳跃、转身时，他们的头发都像涂了胶水般牢牢粘在一起，无论刮风下雨，发型永远是一个模样。他们头顶的这只帽子总会让玩家在游戏中瞬间出戏，再细腻的面部表情和肢体动作在这里都不管用，因为和整体不搭的东西往往也最显眼。那么，模拟头发到底有多难？
牵一“发”而动全身：困难重重的头发模拟技术
在图形学领域，头发模拟一直是最具挑战的课题之一，《金刚》、《精灵鼠小弟》、《猩球崛起》等动画和电影已经向我们展示了出色的毛发模拟技术，但是游戏不同，它须要以即时演算来实现互动，跳跃、转身、骑行、奔跑，头发都会因为引力和惯性动起来，而实现这些简单的小动作其实是一个极为复杂的工程。
《猩球崛起》剧照
首先能想到的原因当然是头发太多了，正常人的头发在10万到15万根之间，要在一块头皮上把它们一根一根地模拟出来，简直是天方夜谭。其次是头发太细了，直径通常在0.05~0.08毫米之间，连最小的像素点都无法展现，即使能做出来，肉眼也很难发现。此外，头发还有不同的颜色、长短、粗细，一点点细小的差别都会导致最终效果的差异。
上万根敏感且纤细的头发可以随心所欲地运动，它们会交叉、打结、碰撞，产生静电，我们很难以一个精确的模型去模拟它们的运动，它所需的计算量也极为庞大，不同的发质和发型会产生不同的阴影效果，如何正确地描绘也是一个难题。
《命运》的捏发系统
由此可见，模拟头发在几何模拟（建模、绘制）和物理模拟（动画）上面临着重重考验，让一头秀发动起来，会动用到图形学领域方方面面的专业知识。相关研究从上个世纪80年代，也就是电子游戏刚兴起时就已开始，研究者们先后提出了多种模拟方式。
在几何模拟方面，最早出现的是以发线为单位建模，给多个关键头发设定形状和动态，通过复制来完成完整的模型，并设置密度、方向、扩展、抖动等参数，这种方式非常灵活，能展现较为复杂的模型，但是计算量非常大，想要展现一头长发，恐怕连今天的主流配置都费劲。后来者发明了以发束为单位的建模方式，大大减少了工作量，但是这会让头发显得很厚，并且少有弯曲。另外有人发明了多面体建模，即以一片一片的多面体来组成头发，这也是目前常见的一种方式。物理模拟方面则更为复杂，先后出现了聚簇发束模型、发带模型、链式模型、流体模型等方式，在此不细说。
宙斯（《战神3》）
在技术不成熟的情况下，想避免模拟的头发破坏了角色整体的真实度，最好的做法就是把它做成短发，或者干脆留个光头，顶着一头圆寸，就没人说它动不起来了，像奎托斯那样光着头倒是也更省事，与之形成鲜明对比的是，《战神3》中宙斯的胡子跟棍子一样僵硬，可见制作方或无心，或无力去做这一堆毛发。还有一种讨巧的方式：戴帽子，比如《刺客信条》，因为剧情需要，刺客得时常用帽子套着头，这也在无形中省去了很多计算量，此外追求艺术化的游戏风格也能避免玩家过分看重毛发，比如《重力异想世界》，没人会要求把琪顿的头发要做成劳拉的样子。
头发的特技——游戏中的“生发”技术
到目前为止最出色的两大头发模拟技术要数AMD的Tressfx Hair和NVIDIA的HairWorks，可见游戏图形技术和显卡技术是相辅相成的，前者曾被用于《古墓丽影9》和《古墓丽影：崛起》，后者曾被被用于《使命召唤：幽灵》、《孤岛惊魂4》、《巫师3》等作，在介绍它们俩之前，我们先来看一看目前为止最常见的头发模拟方式：多边形模拟。
《最后生还者》即采用了这种方式来模拟头发。设计师Dryn在Kotaku论坛上展示了他的几幅作品，乔尔大叔性感的短发和络腮胡其实是像乞丐的补丁一样一片一片贴上去的，这效果看上去有点喜感，又有些恐怖。制作人员会给模型贴上一些不可动的多边形，每张上再贴上2~3张可动多边形，通常它们相互间会有覆盖的区域，让头发更有层次感，在游戏中，你会看到一些头发自然地飘动，实际上是这些多边形在动。
这种技术展现的头发已经非常细腻，但是还不够：我们可以发现小女孩可爱又俏皮的马尾辫其实只有几束而已，无论怎么运动，它们永远都不会分叉，这显然是不符现实的，而Tressfx Hair技术能真的做到以根来计算头发：它模拟出了超过30000根发链，可以这么“曲解”：劳拉头发的细腻程度相当于真人的20%，达到这个数字已经非常恐怖，当然，这还仅仅是几何建模，劳拉头发极为逼真的物理反应才是最让人惊喜的地方，你会看到她在运动时头发随着惯性动甩动，淋雨时头发变重，入水时头发跟着漂起，碰撞检测机制能保证头发不会穿越到身体和衣服等部位，此外，在受到影响过后，头发还会逐渐恢复到初始状态。这一切都要归功于即时物理模拟系统。Tressfx Hair独有的“主副链”（master and slave）系统会模拟出一系列主链，让附近的链跟随它运动，相比于模拟每一根头发，这个方法能减少很多计算量，但是也有一个致命缺点：一旦主链模拟不正常，跟随它的副链会变得一团糟，其效果有点像是发绺。
Tressfx Hair称得上是真正的头发模拟，因为头发不是方块，不是面条，也不是水流，它本应该是一根一根的，并且会吸附、缠绕、打结。和Tressfx Hair相比，HairWorks要显得更稚嫩一些，官方在宣传中更喜欢以动物来举例，比如《使命召唤：幽灵》中的德国牧羊犬、《孤岛惊魂4》中的孟加拉虎，据称这只牧羊犬的47万根毛发经过了逐一渲染，演示画面中，这些毛发呈现出的效果的确给猛兽增添了一份生气。值得一提的是，NVIDIA的展示页面中还出现了蜗牛公司旗下的主机端MOBA游戏《九阳神功》（King of Wushu）。
HairWorks开启和关闭效果对比
NVIDIA选择以动物为宣传点或许也是为了避免和AMD“正面刚”，在《巫师3》上市时，两家人还吵过一架，AMD认为游戏加入的HairWorks拖累了他们家显卡的性能，影响游戏的表现，事实上两款头发模拟技术都非常吃硬件，电脑配置不好的话根本带不起来，两者在游戏中都是独立的功能，玩家可以自行决定是否开启。目前普遍的观点是，Tressfx Hair要比HairWorks更为出色，因为它是为两款《古墓丽影》量身定做的，但是这也可能导致引擎难以匹配其他游戏，而HairWorks已经被多款游戏采用，更具泛用性。
《巫师3》
不过，Tressfx Hair和HairWorks也有一个共同的缺陷，就是太真了，真得就像是海飞丝的广告，随时都能“一梳到底”，甩甩头就是一个瀑布，无论是在雪山、洞穴还是在森林、湖泊，劳拉的头发永远都像刚刚洗过吹过一样干净，有着好看的色泽和质地，风吹过的时候，头发会像蚕丝一样飘起，最后一根一根地搭在肩上，牧羊犬的毛发也永远是丝柔顺滑，在阳光照射下都能闪出金子来，这些细致入微的动作表现让人惊喜，但无疑是不现实的，通俗点说，就是少了一份人味，为了模仿而模仿，当然，在目前的技术水准下，去要求游戏能模拟日常生活中头发的状态，未免太过苛刻。
以Tressfx Hair和HairWorks为代表的新一代头发模拟技术目前还不可能被大规模地运用，费用和技术门槛是一个原因，此外，现有的头发模拟技术已经完全够用，看到下面这些使用独立物理引擎打造毛发效果的代表性作品，你会明白为什么。
那些毛发旺盛的游戏
1.《潜龙谍影Ⅴ：幻痛》
在这部2015年的作品中，斯内克变成了雄性荷尔蒙多到溢出的魅力大叔，官方海报一再用他毛发旺盛的脸庞作为卖点，笼络了很多新人。
2.《辐射4》
《辐射4》的发型选择实在是太多了，照理说核战过后根本没心思管发型，但我就是要在废土上活出认真范。对初始的发型不满意的话，你还可以去收集物品解锁隐藏发型。
3.《死或生5》
打架可以输，但发型不能乱，在瞬息万变的格过程戏中，头发的运动也是渲染热血氛围的关键。
4.《黑道圣徒4》
想体现出黑帮的气势，你首先得做一个酷一点的发型，制作提供了非常丰富的选择，比如中国风的包子头和“功夫辫”，走起路来英姿飒爽。还有玩家用Mod工具做出了初音未来的发型，将二次元传染给了黑帮。
5.《生化危机6》
清爽帅气的二分头是李昂最具杀伤力的装备，其色泽和质地一看就是经常保养，快遮住半边脸的长刘海倒也没影响射击。
6.《重力异想世界》
操控重力，在空中漂浮、飞行、下坠，不用飘柔也能让头发如丝般顺滑。如果没有这柔顺的一头长发，这个在空中飞行的少女会少了神韵，重力也似乎没了劲道。
7.《寂静岭4：密室》
“谁知道寂静岭4男主角亨利的发型叫什么名字？”一位玩家在百度知道上问到，回答的网友非常专业：“全部头发的四周进行削薄，做出层次，额头上的头发要保留发度，是2006春夏法国的高级发型。”看来制作方提前两年就引导了时尚潮流，要承认的是，亨利的这种发型如今在韩国和港台男星中非常常见，是一个塑造脸型的常见方案。
8.《鬼泣4》
有脸盲症的玩家辨不出尼禄和但丁两个角色，其实很简单，但丁的头发往两边拉直就行了，街头理发店10块钱就能做，尼禄的头发有些微卷，得找个懂点技术的理发师来烫一下，想保持形状还得多抹一些发蜡。还真的有崇拜的玩家去染了个白色头发，效果自然是惨不忍睹。
9.《最终幻想XV》
未来风的发型一直是“《最终幻想》系列”的招牌内容，一位SE的制作人在采访时表示，他们有专门的职业发型师为《最终幻想XV》设计发型素材，以如此敬业的态度设计出来的发型却被日本网友认为像是牛郎（日本风俗店的男性服务员）。
10.《荒野大镖客：救赎》
荒野中水资源异常宝贵，西部居民们可不会像我们一样经常洗漱，或许就是因为这点，牛仔裤爱好者们才有了一年不洗“养牛”的玄学，和牛仔裤一样，脏脏的头发才能展现约翰冷酷中暗藏着狂野的特质。
【结语】
游戏的画面要有多真实才足够？以现在的技术，我们可以说够了，又可以说远远不够，就好像一直听着单声道耳机的人第一次听到立体声，第一次接触到拟真3D风格游戏的玩家会为一个真实的小细节感到惊喜，但随着技术的成熟和优秀的作品越来越多，我们的要求也变得越来越苛刻，一发现不真实的地方就认为它破坏了体验，实际上，一根头发能不能飘起来，对游戏性并没有太大的影响，但也正是游戏人在这些细节处坚持不懈地打磨，那个多边形的劳拉才会有现在的模样。
原文链接：知乎专栏
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