【搬运】《火影忍者：究级风暴》渲染技术的究极解析

本帖最后由 0479 于 2021-9-21 23:57 编辑

前言略

2.角色与CG表现

让人感觉不到CG噪音的简单角色表现
　　动画作画的关键就是对信息量的控制。用少量的信息表现出强烈的个性，怎么才能做出活灵活现的角色呢？
　　角色模型的LOD
　　角色的建模使用3dsMax。图里是主人公漩涡鸣人的身体和头的建模（从左开始是高、中、低模）。多边形数量各自为高模16000（头部2400）、中模8000（头部1400）、低模4000（头部700），基本上由从镜头的距离算起：5米以内、5到7米、8米以上来区分，以此进行LOD处理。梅田公一先生表示，这是为了在减轻描画处理负荷的同时，表现出动画特有的“远处的东西被画出线条是经过整理的形态”。还有，有时有必要让人清楚的看到表演性质的脸，还会发生由于大量的角色登场引起的负荷上升那样局面的情况，要根据情况强制性的切换高模或是低模。还有，脸上使用到了很多的多边形，本作中使用法术时结印的手指也分配到了相当精细的多边形。

　　【千里马肝注：临、兵、斗、者、皆、阵、烈、在、前。这九个字源于东晋葛洪的《抱朴子登涉篇》，（葛洪者，乃东晋时结合儒家思想改造道教，宣扬采药炼丹、长生不老的人，至此，道教变成为封建统治服务的宗教）“临兵斗者，皆数组前行，常当视之，无所不辟。”意思是说，常念这九个字，就可以辟除一些邪恶。在抄录这九个字时，把“数、组、前、行”误抄成“阵、列、在、前”而沿用至今。这九个字分别的意思是：临，代表身心稳定。兵，代表能量。斗，代表宇宙共鸣。者，代表复原。皆，代表危机感应。阵，代表心电感应或隐身。列，代表时空控制。在，代表对五元素的控制。（五元素：就是我们熟知的金、木、水、火、土。）前，代表光明。】

　　重视画面效果的生动配色阴影
　　公司内部以前使用过的乘法Cel Shader，绘制出皮肤的阴影部分的褪色效果是个难点，见上图A。在本作中，为了解决那个问题，模仿了Photoshop的soft light图层效果开发出了Cel Shader，见上图B。用这个方法虽然确实在皮肤的影子上能得到良好的结果，但同时衣服等东西原本的色彩很高的部分影子也变的明亮，结果作为影子就会出现破绽。于是开发出了新的彩度高的像素上使用乘算，彩度低的像素上用soft light的，把影子颜色在直线上混合描绘的shader，实现了取得平衡的阴影，见上图C。另外，项目主管的西川裕贵先生表示，因为这个shader保持相当的的彩度，根据动画上经常用的色调也可以适用在阴影的表现上，例如说把夜里的阴影做成青色时也很有用。

　　【千里马肝注：动画在绘制之前，会由一位经验丰富的美术绘制一套被称作“色彩指定”，简称“色指”的图片，其中对于角色的肤色、头发色、眼睛、服饰等的颜色进行规定，包括该部分在阴影下的颜色、高光的颜色等等。这样严格要求的结果是，当动画关键帧被绘制完成后，流水线上的美术必须严格按照色指进行上色，于是出来的动画效果就如同一个人画出来的一样。】

　　【千里马肝注：色指示意图，可见是异常得复杂，而且任意一种颜色都按光照级别分为最多4层。不知道会不会有人会像这样，针对每一种材质都指定一张光照图也不是不可能。】
　　【千里马肝注：提到Cel Shader，如果统一使用一个明暗的光照图来表现整个角色，就会出现图A和图B的问题：皮肤过暗或衣服过亮。（动画片中希望让皮肤的阴影显得通透一点的原因，我猜想应该是类似想达到次表面散射的感觉和效果。）所以最简单的就是像文中所说的，将皮肤和衣服的处理分开成2个。】

　　整理出动画风格的阴影
　　虽然图A把高模做出了Glow Shading，但是如果使用这个光源设定进行Cel Shading，光照会像图B那样忠实的表现出阴影来，导致表情变的非常僵硬。这样就达不到动画片的效果，所以需要像图C和D那样让模型膨胀再整理法线，作成调整过的模型，取得了法线信息后，把那些适用在原模型上，就可以再现出图E那样动画风格的柔软的表情。还有，在实际主机上的再现是开发了专用的插件对应完成的。这个Shading技术可以说是初期研究开发阶段很大的一个成果。

　　【千里马肝注：这种手法之前在《偶像大师1、2》中也出现过，具体实现还是第一次见到。需要试验一下，这种膨胀的方式，当光源位置变化时会是什么效果？】

　　必要的轮廓线（Outline）抽出法
　　作为轮廓线的生成法，从PS2的时候就是被经常使用的方法，把模型按法线的方向推出很大的一圈，再把多边形的法线反向作为轮廓的绘制手法，图A。用这个方法，因为对于全部的多边形都适用一样的处理，头发等的轮廓也忠实的绘制出来，表现出期望中的动画风格的质感。还有一种生成法，一次性把模型渲染到2D buffer中进行post处理，是一种抽出模型的轮廓(silhouette)的绘制手法，图B。用这个手法，虽然使用silhouette生成了简单的的轮廓线（Outline），但不能在silhouette的内侧生成。所以本作的Cel shading上附加了轮廓线（Outline）选择的选项，由于设计师会对应状况选择绘制方法，实现了这两个手法的并用。

　　【千里马肝注：图A的方法不用多说;图B的方法可以将normal或depth渲染到render target中，然后进行Sobel filter处理。作为卡通渲染，有时的确不希望过多的细节被表现出来，这里本作使用2种可选项是个好办法。更多的信息请见RenderMonkey中的NPR。】

3．动画特有的夸张

　　动画中加入了其所特有的夸张，动画的深奥妙趣，就是充分利用省略和强调张驰。

　　那么如何通过CG来表现这些并灵活的运用呢？这里来披露一些吧。

　索具（Rigging）的准备配置（Setup）
　　角色的索具装配使用了Biped。骨骼的构成，被称为全角色共通的基础的躯干部分有52个，各种调整用的自由骨骼是22个，面部是67个，服装和头发等摇动的物体用的延伸骨骼是30到80个，全部大概每个角色可以算出是170到220个。还有，做成的动画数，漩涡鸣人的情况，在自由战斗时是125个，极限任务模式里是90个。

　　动画拖影（Anime Blur）的实现
　　作为动画片固有的速度表现，速度过快的会有轮廓被拖长的情况。在本作中把三角锤的模型重叠（图A），提前加入角色的末端部分（图B），把骨骼拉出来（图C），实现了这个效果（图D）。在骨架上加入了弹簧控制，根据动作的速度把拉出的长度自动的变化，虽然做出的动作也有些和表演意图不同，但为了取得平衡，全部的人都加入了。
　　【千里马肝注：关于弹簧控制，请搜索：虎克定律。】

　面部配置（Setup）的基础
　　面部正如前述那样由67个骨骼控制（图A）。作为本作特有的设定，下唇的下骨骼占到脸的三分只一。这是为了可以表现出即使是动画独特的张嘴，下巴的位置也不会改变，或是表现出图B那样，脸有很大的扭曲。还有一看就明白的，真实系的面部配置中，大多被设定的脸颊或鼻根的骨骼极少。这样着色在平面上难以反映变化，所以并不是要设定最低限度的骨骼，而代替那些皱纹表现的，要用专用的3D模型（图C）来实现，图D。顺便说一句，图C的两个白色圆板是眼睛的高光，这样可以把皱纹以及高光从shader上分离，容易按意图做出表情。

动画独特的不合常态的关节
　　图A作为人的动作当然相当的正确，但是按动画来看就太过死板缺乏趣感。正是像图B那样柔软有弹性的形状变化才符合动画片。为了实现那些，要用基础的骨骼（图A）制作动作后，再把子阶层模型顶点网格通过自由骨骼对权重进行控制（图C的红色部分），这样就可以制作动画独特的柔软性。

　　大胆夸张的动画风格构图
　　在实际的镜头中，一旦让被摄影对象的人完全的进入画面，怎样努力也如图A那样有透视的限制。所以为了得到如图B那样动画型的夸张的构图，要通过Biped的骨架的辅助动画中加算上Scale，让其在物理性上巨大化。

　　面部的作业环境
使用了以前的目标变形（Morph Target）是因为要在本作中变更骨骼，如图那样，准备了选择器，工作中可以迅速的对应新的手法（图A）。还有，由于这个变更，表情的数据库管理化就成了问题，但是可以把表情的骨骼和标准的姿态的骨骼的差值做成文本档案化，解决了输出脚本的制作问题。由于这样，通过目标变形能够混合两个表情的同时，还可以转移到拥有同一个骨架构造的其他角色上做出类似的表情，对工作的效率化，还有风格的统一等有很大的作用。

4.背景与特效

再现手绘触感的背景和特效
　　不管从哪里看都可以作为一张画而成立的拥有统一感的背景，还有艳丽有活力和动感的特效。在制作这些中不断的加入了独自的创意方法。

　背景的概要
　　上图是战斗舞台的其中一个，角色的移动可能范围按实际尺寸是直径50米，最远景是500米左右，大约用了5万多边形做成。担当背景制作的四所铁矢先生表示，开发当初好像有40万到50万多边形，一边要维持品质一边要把多边形消减到能够实时绘制处理的水平，很辛苦呢。

　　丰富的河流表现
　　让水面上反射出美丽阳光的河流（图A），如何能用一张平面的多边形作出来（图B）。使用的贴图有，color（图C），height（图D），normal（图E），shadow（图F），环境（图G） 5个种类，水的颜色在shader参数里设定，在颜色上也可以增加高度的信息。环境贴图拥有alpha通道，加入了模拟的HDR信息（图H）绘制太阳一类的效果。像素描绘的结果，会显出很强的Glare Filter效果，花了很多工夫。

　　背景的贴图
　　在贴图上使用了Albedo贴图（图A）和阴影贴图（图B）。根据适用的地方，在2048X2048到256X256像素的范围内选择尺寸，使用DXTC格式总计30MB的程度。还有，用Photoshop的插件做成Mipmap来使用（图C）。虽然由于这些贴图的容量会增加33%，但和没使用时比起来，GPU的处理负荷减轻了接近一半，那个效果是非常大的。

　　背景的作业环境
　　公司内部在构筑开发环境上也倾注了全力，在背景制作中使用了30台以上的wacom的21寸液晶绘图板。更有应该注意的是在负责人的头上，有个防止面对监视器时映入灯光的特别定作的圆盘形的遮光罩。这是日产汽车和slik共同开发的产品，由于这个抑制了照明，实现了没有那么明亮的作业环境。

　　重视画面效果的DOF
　　图A是应用DOF前的状态。在这个基础上由于适用了从ZBuffer中抽出的（unfocus mask），虽然再现出了DOF，但是因为在角色上有轮廓线（Outline），模糊的部分和不模糊的部分的差距鲜明的显出了，轮廓若隐若现，图C。因此像图D那样在unfocus mask本体上加上Blur来抑制上述的不合适，图E。实际仔细看来，本来的焦点应该符合背景而显得模糊，但考虑图像的融合还是采用了这种方法。顺便说一句，Blur使用了高斯filter来处理，可以很轻松的完成。
　　【千里马肝注：这的确是一个让unfocus部分与focus部分更柔和融合的小trick。】

　　火焰的特效
　　图A里是佐助的“豪火球忍术”，图B是实际的模型构成。这个特效可以由中心的球体模型（图C），平面的正面化模型（图DE），对应移动的生成平面多边形的轨迹模型（图F），这三个部分构成，把这些合成后，可以实现拥有2D的样子并在3D空间中没有不协调感的特效。还有，适用于Flare或轨迹的动画用贴图如图所示各自八张的循环,每个一种，但是担任特效的下田星儿先生表示，最初是做成了平均性形状的多边形，在实际组合时让多边形变形，即使用一个种类的循环动画也能够表现出形态丰富的火焰。顺便说一句，这个特效为了再现动画版的时间，虽然是一秒内8到15个画面，但游戏本身是按30fps活动。试验性的尝试过60fps和15fps，但在60fps中不能流畅的做出活动的动画，一旦用15fps做出动画，作为游戏的反应就变差了。

翻译：trace
校对：千里马肝
来源：OpenGPU

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