淺談動畫制作中Deep在各軟件對接中的應用與作用

楊德勇

(北京大千陽光數字科技股份有限公司,北京 100080)

1 Deep的概念

1.1 Deep的含義

Deep的字面含義指的是:深度。一幀Deep序列在三維制作中可以理解為帶有所渲染物體在相機里的位置信息的一張圖片及在二維視角是一張圖在三維視角是有前后位置信息的(如圖1、圖2所示)。Deep是將每一個像素里的信息以點的方式記錄下來并帶有普通序列的Alpha、Color等層信息,同時點上還記錄了點與點和點與相機視角為基準的位置信息的一種序列格式。在Nuke中我們通過“DeepSample”節點查看Deep序列的屬性信息,其中包括位置信息。

1.2 Deep在動畫制作中的定位

圖1

圖2

當Deep具有上述所說的功能后就不難發現在軟件的文件對接上通過輸出Deep會解決很多通常會遇到的問題。隨著Houdini軟件在國內行業內的興起和大眾化,使得大多數動畫制作在動畫與特效流程上逐漸拋棄了Maya來制作特效效果,逐步轉為Maya做完動畫后輸出相關文件abc到Houdini制作特效元素,最終根據不同的特效元素選擇Houdini輸出特效元素序列,或者將特效元素返回給Maya的燈光組進行渲染。但在此之中,Houdini進行水、粒子、煙火爆炸、云霧及其它特效時與場景模型之間經常存在交互問題,Maya材質的置換貼圖、資產代理和毛發Houdini是無法讀取的,反之Houdini中的粒子是無法直接輸出到Maya進行渲染使用的,而Deep技術的出現很好地解決了這個問題,雙方軟件各自輸出帶有三維空間位置信息的Deep序列在Nuke中進行合成,這樣在不同的位置自然形成有效的遮擋和深度關系,如圖1、圖2所示。

2 Deep在各軟件中的應用與對接

2.1 Deep層在Maya和Houdini中的輸出

在Maya中輸出Deep一般基于Arnold渲染輸出,只需要在渲染設置中更換渲染序列輸出格式為“Deepexr”,如圖3。

在Houdini中輸出Deep一般是基于Mantra渲染輸出,只需要在相應的渲染節點選擇“Images”下“Deep Output”中的“Deep Camera Map”并修改好序列格式即可輸出,如圖4。

圖3

圖4

2.2 Maya輸出的場景模型Deep在Houdini中的應 用

前文已經說過Deep是帶有以渲染相機為基準的三維空間位置信息的序列,那么Houdini作為一個非常開元的后期制作軟件是可以通過進行一些后臺操作后,將Maya輸出的Deep序列引入到Houdini中,取讀正確的位置信息進行遮罩渲染(在此可能會有疑問既然都可以輸出Deep到Nuke中進行合成為何在此要贅述遮罩渲染,原因會在下面的章節進行解釋),這樣可以很好地解決abc文件無法記錄Maya中的毛發和置換信息而導致在Houdini中做遮罩渲染出的序列與Maya場景模型渲染的序列不匹配的問題。

將Maya輸出的Deep導入Houdini中使用首先要考慮的是兩個軟件默認的空間比例不同,Maya的默認空間是一個網格代表0.01米,而Houdini是1米,所以在Houdini制作特效元素之前,大多情況都會對Maya導過來的文件進行縮放。假設縮放0.1倍,那么在Houdini中的Maya文件位置信息整體以世界坐標為中心乘以0.1。將Deep直接導入到Houdini是無法使用的,因為Maya輸出的Deep帶有的位置信息是Houdini處理過的場景10倍,所以如果將Deep導入進Houdini做遮罩或者位置參考,需要先對Deep進行等比縮放后才能進行后續操作,具體操作如下:

(1)Mantra渲染節點的設置

首先在需要進行Deep操作的Mantra渲染節點中找到“Edit Parameter”中的“Render Properties”輸入“View” 然后將“Background Z-Scale”和“Background Image as Matte”移到“Existing Parameters”并應用(如圖5),在Mantra外部面上就會顯示出這兩個參數選項。“Background ZScale”含義即景深刻度,也就是世界空間的比例大小刻度。“Background Image as Matte” 在Houdini中的釋義為將渲染背景深度相機中的圖作為一個啞光對象。當這個屬性是開啟的時候,Mantra拋棄了本身攝像頭映射的顏色,并且來自深度攝像頭映射的Alpha不會被放入最終的圖像中。這是深陰影映射文件的默認行為,即是否將相機內的Deep拿來作為遮罩影響層。

圖5

然后將“Background Z-Scale”與場景縮放比例相匹配(如圖6),這樣就做到從Maya輸出的abc或者fbx文件在Houdini中進行縮放后制作的特效元素與Maya輸出的Deep序列的深度位置信息完全吻合。

圖6

(2)Camera節點的設置

找到渲染的Camera中最底層的“Camera-Shape”中的“Background Image”選項,直接將Maya輸出的Deep序列導入進來(如圖7)。同時我們通過視窗面板旁的“Display Background”可以對導入的Deep進行二維可視化(如圖8)。

圖7

圖8

(3)Deep在Mantra中的渲染

圖9

圖10

在Houdini中勾選“Background Image as Matte” 進行的渲染結果為圖9呈現的效果,不勾選進行的渲染結果為圖10呈現的效果。在Houdini中以勾選“Background Image as Matte”將Deep作為遮罩進行渲染較為常用,我們在制作《風語咒》饕餮出世的場景特效時Maya涉及到大體量的樹木的資產代理、山體的置換和人物群集等場景元素,這些都是在Houdini中不好還原,然后作為遮罩渲染的Maya文件,同時大體量的Maya文件作為abc輸出后,一個文件的大小就可能達到上百GB,這樣的abc在Houdini中運行操作起來成本巨大。所以最后選擇Maya輸出Deep序列然后到Houdini中作為遮罩渲染,很好地解決了軟件之間文件不好互導的問題。

2.3 Deep在Nuke中的基本合成與查看

Nuke是將渲染組和特效組所有渲染的鏡頭素材進行歸總合成輸出的軟件,在影視行業的不斷發展過程中,Nuke不斷地更新和成長,現已成為影視制作中不可或缺的軟件,其優秀的三維軟件文件格式讀取能力加上自身可進行三維視角顯示和操作,可以將abc或者fbx格式相機導入進Nuke做最后的細節調整,為呈現更好的鏡頭效果創造了更多的可能性。

在Nuke中導入Deep序列不能直接拖拽進行合成操作,需要通過“DeepRead”節點導入序列。“Deep Transform”節點可以對素材進行位置偏移,因為沒有遮罩的影響,有些不受邊界框裁切的素材進行小幅度位移是不受影響的。“Deep Merge”節點對多個素材進行合并顯示與Nuke中的常規“Merge”節點作用相似。“Deep To Points”節點用來在三維視角里顯示Deep的位置(每個點都記錄一個像素內的信息),多與“Camera”節點配合使用,其呈現效果示意見圖2。“Deep Sample”節點查看Deep序列的屬性信息其中包括位置信息。

3 總結

3.1 Deep在動畫項目制作中的優勢與不足

3.1.1 Deep在Maya、Houdini以及Nuke這三個軟件之間對接中的優勢

綜上所述,Deep技術的信息儲存方式革新了影視流程化作業方式。其優勢大致歸為以下幾點:

(1)解決了Maya里的物體材質置換和Houdini材質置換不互通渲染遮罩容易產生偏差的問題。兩者的材質貼圖都有著自己的組合方式,如果要實現同樣的置換效果需要超高成本的測試渲染比對。

(2)解決了Maya里的毛發系統和Houdini不互通渲染遮罩產生偏差的問題。Maya最新使用的毛發插件為XGen系統,而Houdini一直都是自己的流程系統。兩者都不能輸出類似于abc、fbx和vdb格式記錄毛發信息的互通文件。

(3)解決了Maya中資產代理(如樹林)和Houdini不互通的問題。Maya通過代理物大大節省了軟件的運行成本,但在軟件之間的素材對接上產生了大問題,代理物無法直接讀取進Houdini使用。

(4)節省了精模導abc的耗時過長和文件緩存過大的問題,有了Deep流程作后盾就不用導高精度的abc文件進Houdini做遮罩渲染。

(5)縮短了制作周期,前期確定場景簡模和動畫關鍵幀,就可以開始Houdini的特效制作,不涉及遮罩渲染,不會因為動畫和模型環節有細微的調節從而導致特效素材需要重新輸出渲染。

3.1.2 Deep在Maya、Houdini以及Nuke這三個軟件之間對接中存在的劣勢

首先前面所提到的在Houdini中用Deep做遮罩渲染的原因是Deep文件很大,一張exr容量一般都超過1GB,如果復雜一點的場景輸出一幀Deep可能需要3GB以上的儲存空間,如果一個項目整體元素復雜,整體都出Deep序列可想而知需要超大容量的服務器做支撐。同時Deep文件儲存量大,其精確的點記錄方式也使得Nuke的讀取和渲染壓力巨大,所以在有些不需要在Nuke里進行位置偏移等處理的特效元素,直接在Houdini中作為遮罩渲染以節約硬件和軟件成本。

Deep雖然可以很好地記錄位置信息,但是以點的形式記錄每個像素的信息和常規的模型是不同的,所以在Houdini中作為遮罩渲染不能產生和模型做遮罩渲染一樣的陰影關系。同時Deep在Houdini中作為遮罩渲染不能接收漫反射等二次照明,即特效素材對場景模型的光照影響是無法實現的,都需要后期制作或單獨出簡模影響的陰影層和影響層到后期處理等方式來解決陰影關系和二次照明的問題。

3.2 Deep技術的出現在影視動畫行業的意義

我們已經深刻體會到Deep技術對整個行業流程的改變,諸如Weta Digital、Animal Logic、MPC和ILM等國際頂尖視效公司都在用Deep技術服務于項目創作,《少年派》《普羅米修斯》《超人:鋼鐵之軀》《饑餓游戲2:星火燎原》《復仇者聯盟》《環太平洋》和《霍比特人》等視效大片的制作都使用Deep深度合成技術。Deep技術的誕生是影視動畫行業在不斷發展和創新的體現,它提高了影視動畫制作效率和效果。