探析AO畫法在計算機繪畫中的運用

黃蕭鈴

四川音樂學院

隨著游戲產業和三維動畫的迅速崛起，消費者對于影視動畫、游戲界面、海報設計的審美要求有了很大提升。市場的需求導致現在的計算機繪畫越來越傾向于三維立體寫實風格。但是，傳統計算機繪畫存在素描關系與色彩關系難以統一和繪畫流程不清晰等技術問題，從事計算機繪畫職業的人員往往會耗費數年的時間進行繪畫技術練習以解決這些問題。

而近年來行業中誕生了一種以計算機圖形學中的環境光遮蔽技術為基礎的仿擬3D制作流程為思路拆解繪畫過程的繪畫方法——AO畫法。AO畫法的優勢在于利用強大的繪畫軟件功能，將傳統手繪繪畫中不可分割的光影和色彩兩個模塊進行拆分，使繪畫流程更標準化、規律化、模塊化，在繪畫過程中更容易理解、掌控畫面中光影及閉塞光影對于畫面效果的影響，提高繪圖質量和效率。

一、什么是AO

“AO”是Ambient Occlusion的縮寫，中文譯為環境光遮蔽。AO技術是計算機圖形學領域中一種低頻全局光照模型，AO這項技術最早是在Siggraph 2002年會上由ILM（工業光魔）的技術主管Hayden Landis所展示。

近年來，在一些對真實感要求較高的交互式三維游戲中，普遍使用AO技術來描繪物體和物體相交或靠近時遮擋周圍漫反射光線的效果。AO技術可以解決畫面中漏光、飄和陰影不實等問題；改善場景中縫隙、褶皺與墻角、角線以及細小物體等表現不清晰的問題；能綜合增強細節尤其是暗部陰影，提升空間的層次感、真實感，同時，提升畫面明暗對比，使用戶得到更好的交互體驗感。

如圖1所示，通過1a、1b對比發現，1b的圖形和空間感都相較1a更加立體，這是由于在1b的背光區域中加入了閉塞區域，就是物理現象中光很難到達的區域。1b中加入了更豐富的層次，使得圖形更加真實立體。這種利用二維繪制方法來模擬出三維的幾何效果就被稱為環境光遮蔽。此方法廣泛運用于計算機游戲、動畫制作、實景仿真等領域。而將這種思維方法運用到計算機繪畫中的技法又被稱為“AO畫法”。

圖1

二、三維思維模式與光影理論

在三維建模中，搭建的模型面數量越多，得到的模型細節越豐富，精度也就越高。從低模到高模的變化在幾何面增多，這樣每個面的朝向光源的角度不同，因此，明暗程度也會有所變化。以這樣的思維去理解畫面，任何復雜的結構都可以概括為簡單的幾何圖形，也使得繪畫思路更為清晰。

真實的光影效果是真實感繪畫的靈魂。

光線投射到物體不同角度的面形成亮、灰部，按照建模布線的方法將所繪制的場景或角色的結構分解成幾何面，然后設計光源，根據與光源的角度來分析每個幾何面的受光程度即素描關系。如果光線呈直線照射到物體上，在受光區域與光線夾角越大的面越亮（90°為最亮），在背光區域越接近反射面的位置越亮，并且光在漫反射過程中會逐漸衰減。物體暗部所受到的反射光的強弱會根據反射面的質感所決定，例如，毛毯、泥土、木頭等物體表層是粗糙質感，其折射出來的光是漫反射。漫反射的光線折射沒有規律性和方向性，反光較弱。反之，如果是玻璃、鏡面、不銹鋼等光澤度較高的物體折射則呈鏡面反射，光感較強，反射光的表現也能夠很大程度提升物體質感。

投影是因物體將光線阻擋形成光無法照射到的暗部部分。在實際運用中，受到物體結構、光源角度、反射面的形狀等因素的影響，投影的位置和形狀也較難運算。一種較為有效的方法就是，根據光源角度模擬光線直射效果，如圖2所示，在制作投影時，可根據物體的結構和外形輪廓，作出幾條平行直線，當直線所投到反射面取得的點，就是投影的一個基本長度和范圍，再根據物體本身的輪廓特征繪制陰影。但由于是二維平面繪制三維模型效果，很難達到和三維軟件建模運算一樣的準確數值。所以，只要繪制出來的投影沒有明顯的問題即可。有時甚至可以根據畫面需要進行一些主觀調整，這也正是計算機繪畫相對三維建模的優勢所在。

圖2

三、AO畫法的運用

AO畫法對于線稿要求相對較高。在前期制作中需要繪制好精確的線稿，線稿要清晰地表達出畫面結構、透視關系，線條清晰且輪廓閉合，這樣方便框選選區建立剪貼蒙版。為避免在繪畫的過程中畫出線稿以外的部分，可以使用剪貼蒙版的方式，如使用Photoshop中的套索工具框選線稿輪廓，再用白色填充選區創建剪貼蒙版，然后在此基礎上繪制AO圖層。

AO簡單來講就是光線照不到的位置，暗部的光線由于漫反射逐漸衰減直至消失，產生物體暗部交界處的閉塞區域。按照距離線性衰減的效果，物體與投影之間的距離越小，遮擋值越大，受光的影響也就越小，顏色也會越重。如圖3b所示，局部的顏色變暗，對比加強，不僅能夠增強畫面的層次感，也使得全局光照更加真實。在前文已經闡述，亮灰部屬于光線能夠照射到的區域，不存在閉塞死角。所以在這一階段只需要考慮物體暗部的素描關系即可。這樣繪制出來的素描關系干凈通透，層次分明，具有極強的光感和體積感。

繪制完白模之后需要疊加固有色，在配色階段不需要考慮素描體積，直接用顏色填充固有色，圖層選擇正片疊底。加上固有色后可能會出現暗部顏色不協調的情況，要注意色彩平衡，使亮灰部與暗部有一定的冷暖對比。例如，在Photoshop中按快捷鍵Ctrl+U，勾選著色就可以調整白模色相和飽和度。為了便于修改，可將每個顏色的圖層分開畫，這樣即使有顏色需要修改也能夠通過調整參數解決，避免了計算機繪畫容易顯臟顯膩、顏色不和諧等問題。最后在此基礎上進行質感表現和細節的刻畫，完成繪制。

圖3

AO畫法也非常適用于電子游戲產業、影視動畫制作、美宣插畫設計、虛擬交互技術領域。由于在制作過程中，美術策劃方案需要做很多版設計，例如，《哪吒之魔童降世》的項目制作人表明哪吒這一角色的設計方案多達上千版，而如此多版設計方案有許多只是局部變化，或者配色的細微差別，經過反復的修改對比，才有了哪吒這一經典角色的誕生。

四、應市場需求而生的繪畫技法探索

近年來，由于市場需求，增強畫面繪制的3D感成為計算機繪畫的主要趨勢。影視動畫與電子游戲產業的興起，觀眾和玩家對更逼真、更豐富的感官體驗懷有極高的期待。由于市場導向性無形中影響著這個行業的美術設計發展趨勢，這也使得計算機繪畫工作者不斷針對市場發展方向展開探索，創造出新的繪畫風格和表現技巧，也不斷地創造出受大眾喜愛的游戲和動畫作品。例如，《古劍奇譚》《劍俠情緣》《天涯明月刀》等知名中國風仙俠網游，《大圣歸來》《白蛇緣起》《哪吒之魔童降世》等口碑票房極高的三維動畫電影等。其中，《哪吒之魔童降世》更是屢次打破歷史記錄，創造了中國電影票房第二的好成績，成為目前全球票房最高的動畫電影。電影中的哪吒、太乙真人、敖丙、申公豹等有趣的人物角色給觀眾留下了深刻印象，還有《山河社稷圖》、陳塘關、龍宮等場景設計都令人們贊嘆不已。

優秀的作品應該是內容與表現形式相結合的產物，上述作品獲得玩家和觀眾的喜愛、追捧，與前期優秀的美術設計這一階段是分不開的。美術工作者需要根據游戲世界觀、動畫劇本設計出項目場景道具、角色原畫、地勢環境色彩搭配等奠定整個項目的美術風格，并通過視覺語言迅速、準確地傳達出項目主題信息吸引玩家和觀眾。同時，在保證達到畫面質量要求的前提下，只有提高效率、加快制作周期、節約成本，才能適應飛速發展的市場需求。通過探索環境光遮蔽技術中的模型計算方法，使得本是屬于信息技術領域的思維運用到計算機繪畫技法中，這就產生了繪畫流程更標準化、規律化、模塊化和極大提高繪圖質量和效率的AO畫法。

五、結語

隨著信息技術的進步與革新，其也在不斷地推動著我國影視、動畫、游戲等相關產業的發展，也對美術工作者專業能力提出了更高的要求，在不斷融入新思想理念的技術創新中總結探索出行之有效的繪畫方法，無疑對推動產業優化起到了至關重要的作用，也使得計算機繪畫的創作技法、內容、風格更加豐富。