基于Low Poly風(fēng)格的三維動(dòng)畫研究

孫麗君 楊金芃

(無錫太湖學(xué)院,江蘇無錫 214063)

1 Low Poly風(fēng)格概述

Low Poly (低多邊形,也稱低面建模),起源于計(jì)算機(jī)建模和電子游戲時(shí)期,屬于一種復(fù)古未來主義風(fēng)格設(shè)計(jì)。作為數(shù)字媒體發(fā)展過程中誕生的一種藝術(shù)風(fēng)格,Low Poly主要是通過模擬的抽象化表達(dá)來尋找美學(xué)的平衡。Low Poly 風(fēng)格設(shè)計(jì)的興起,是當(dāng)下多元化藝術(shù)審美情境之下產(chǎn)生的,其呈現(xiàn)離不開數(shù)字化的技術(shù)基礎(chǔ),它的表現(xiàn)形式包括了立體主義、簡(jiǎn)約主義、抽象主義等,是一種現(xiàn)代審美形式的探索。通過對(duì)早期藝術(shù)風(fēng)格的借鑒,融合未來感的主題要素,形成一種全新的獨(dú)立設(shè)計(jì)風(fēng)格。追溯其產(chǎn)生歷史,早期在電子游戲中應(yīng)用,其模型場(chǎng)景都較為粗糙,究其原因是當(dāng)時(shí)數(shù)字處理技術(shù)滯后。伴隨三維數(shù)據(jù)處理技術(shù)的提升以及對(duì)當(dāng)今數(shù)字藝術(shù)風(fēng)格視覺個(gè)性化表現(xiàn)的探索,Low Poly風(fēng)格應(yīng)運(yùn)而生。高精度的裝飾性畫面展現(xiàn)、極具未來感的理念表達(dá)是其受歡迎的重要原因。雖然這種風(fēng)格在影視動(dòng)畫設(shè)計(jì)中并不多見,筆者依然嘗試將這類主題深化到影視動(dòng)畫的實(shí)踐當(dāng)中。

Low Poly風(fēng)格的特點(diǎn)為模型面數(shù)少,表面利用三角形面或四邊形面進(jìn)行造型,且常配以柔光渲染。在建模階段,使用較少的多邊形,達(dá)到簡(jiǎn)潔、抽象的效果,通過精致的渲染技術(shù)、光照效果,實(shí)現(xiàn)如樂高積木般場(chǎng)景。Low Poly設(shè)計(jì)體現(xiàn)出一種復(fù)古未來風(fēng)格,使古典美學(xué)與現(xiàn)代美學(xué)完美地融合、平衡。Low Poly風(fēng)格的運(yùn)用范圍非常廣泛,從游戲到UI設(shè)計(jì),亦可應(yīng)用于數(shù)字裝置藝術(shù)或平面插畫領(lǐng)域。在各個(gè)數(shù)字媒體藝術(shù)領(lǐng)域,Low Poly風(fēng)格正逐步成為一種炙手可熱的藝術(shù)風(fēng)格。

當(dāng)下,三維數(shù)字化動(dòng)畫電影充斥著市場(chǎng),單一的視覺化場(chǎng)景角色易引起視覺疲勞,已逐漸不能滿足人們的精神和情感的需要。人們?cè)趯?duì)未來數(shù)字藝術(shù)表現(xiàn)手法不斷探索的過程中,逐漸呈現(xiàn)出一種運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)模擬早期藝術(shù)風(fēng)格的設(shè)計(jì)形式。如果未來主義試圖以“科學(xué)”為目標(biāo)描繪未來,那么未來主義就是對(duì)早期文藝風(fēng)格這種設(shè)想的“回憶”。Low Poly藝術(shù)風(fēng)格的設(shè)計(jì)恰巧讓當(dāng)下的人們更接近“過去”和“未來”,使之達(dá)到融合平衡。

伴隨計(jì)算機(jī)三維圖形運(yùn)算能力的飛速增長(zhǎng),低多邊形的技術(shù)難題已經(jīng)不再存在。隨著復(fù)古未來主義和移動(dòng)平臺(tái)的興起,這種因受到時(shí)代技術(shù)限制產(chǎn)生的獨(dú)特視覺風(fēng)格又重新回到大眾視野當(dāng)中。復(fù)古未來主義的風(fēng)格設(shè)計(jì)給人強(qiáng)烈的懷舊感,引起了人們對(duì)于過去感情的記憶,并逐漸開始影響現(xiàn)實(shí)、時(shí)尚、建筑、設(shè)計(jì)、音樂、文學(xué)、電影和電子游戲等流行文化的方方面面。

2 Low Poly風(fēng)格呈現(xiàn)的特點(diǎn)

2.1 抽象的塊面造型

藝術(shù)家在設(shè)計(jì)創(chuàng)作中嘗試用最少的線條呈現(xiàn)出模型,使得對(duì)象模型精簡(jiǎn)化,因此模型往往被簡(jiǎn)化成基本形態(tài)。Low Poly風(fēng)格多用簡(jiǎn)單的幾何形態(tài)去模擬抽象的事物,通過復(fù)雜著色器渲染出高分辨率,設(shè)計(jì)出抽象簡(jiǎn)約的外觀造型和清晰明快的色彩搭配。整個(gè)風(fēng)格設(shè)計(jì)沒有繁瑣的裝飾或過多的細(xì)節(jié)雕刻,信息識(shí)別并不會(huì)受到抽象造型的影響,數(shù)字化光照技術(shù)渲染將低精度融合到高精度中,使得在二者之間達(dá)到了平衡的美學(xué)效果。

2.2 光影豐富

Low Poly風(fēng)格在畫面的光源顏色方面相對(duì)于寫實(shí)類渲染會(huì)更加豐富,配以柔光效果的高度渲染,設(shè)計(jì)精致又充滿復(fù)古感。由于Low Poly風(fēng)格需要豐富的光影效果支持,因此燈光渲染是其中最重要的部分。在渲染時(shí)僅使用平面化色彩,利用數(shù)字化燈光技術(shù)去影響材質(zhì)顏色的變化傾向,通過光影作用使畫面的顏色得到升華。光色相容的色彩氣氛使得Low Poly風(fēng)格的作品給人以柔和明亮的視覺觀感,并帶來簡(jiǎn)潔而充滿趣味的藝術(shù)效果。有時(shí)使用一些紋理也可以給作品帶來微妙的變化,充分利用反射、折射、散射等元素會(huì)給畫面帶來優(yōu)雅且獨(dú)一無二的視覺效果。

2.3 抽象化的創(chuàng)意美境

Low Poly風(fēng)格在概念化的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上逐漸生成,它借鑒了西方立體主義時(shí)期繪畫方面利用抽象幾何體表現(xiàn)事物的方式,實(shí)現(xiàn)一種美學(xué)的重構(gòu)。該風(fēng)格具備抽象性和晶格式的幾何風(fēng)使畫面充滿抽象化藝術(shù)感。設(shè)計(jì)元素簡(jiǎn)單明了,將點(diǎn)線面的概括方式夸大應(yīng)用到畫面作品中。成品以現(xiàn)代藝術(shù)的風(fēng)格為基礎(chǔ),利用數(shù)字技術(shù)的創(chuàng)作技法,融合幻想式的抽象性藝術(shù)創(chuàng)作,從作品中可以看到明朗鋒利的線條、渾然天成的概括塊面、清晰明快的色彩。畫面通常極具色彩感和視覺沖擊力,充滿活力的動(dòng)態(tài)線條使得物體本身更加有趣,整體畫面也更簡(jiǎn)明。

2.4 未來藝術(shù)感

Low Poly風(fēng)格的作品更多是描繪一種充滿未來感的個(gè)性設(shè)計(jì),是對(duì)現(xiàn)實(shí)數(shù)字化藝術(shù)的創(chuàng)新加工改造。從Low Poly風(fēng)格的游戲、插畫等設(shè)計(jì)作品中可以看到,藝術(shù)家極力探索尋求突破現(xiàn)有視覺的表現(xiàn)方式,創(chuàng)造出一種極具未來風(fēng)格的數(shù)字化作品。

Low Poly作品風(fēng)格充滿未來感是基于人們對(duì)于數(shù)字藝術(shù)化設(shè)計(jì)的探索與向往,反映的是當(dāng)下人們所尋求的一種元宇宙科技化世界,其呈現(xiàn)出的簡(jiǎn)約感亦是當(dāng)下繁雜社會(huì)中人們追求簡(jiǎn)約數(shù)字生活的體現(xiàn)。

3 Low Poly風(fēng)格化短片 《尋》 設(shè)計(jì)方法和處理流程研究

3.1 設(shè)計(jì)初期

Low Poly風(fēng)格的作品題材多源于對(duì)客觀世界的改造或?qū)ξ磥硎澜绲幕孟?其中描繪城市風(fēng)貌或自然景觀的作品尤為多見。短片 《尋》影視場(chǎng)景設(shè)計(jì)為峽谷、河流和城市:首先采集峽谷地形模塊數(shù)據(jù)、植被生長(zhǎng)疏密分布數(shù)據(jù)；再由軟件系統(tǒng)搭建虛擬模塊,同時(shí)利用仿真燈光技術(shù),增加場(chǎng)景氣氛感；最后通過立體攝像機(jī)的參數(shù)調(diào)整每幀畫面中的視差,確保產(chǎn)生較完美的視覺效果。渲染完成的動(dòng)畫還需要進(jìn)一步在實(shí)際顯示環(huán)境中進(jìn)行評(píng)價(jià),通過攝像機(jī)系統(tǒng)讀取鏡頭數(shù)據(jù),建立鏡頭引導(dǎo)數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上構(gòu)建畫面。

3.2 三維動(dòng)畫場(chǎng)景數(shù)字化雛形

本短片Low Poly美術(shù)風(fēng)格調(diào)試技術(shù)利用3D 軟件Blender制作。在Blender視窗,參考初期地形數(shù)據(jù)進(jìn)行Low Poly風(fēng)格的建模,采用多邊形建模方法,在立方體的基礎(chǔ)上不斷細(xì)化逐步增加多邊形面數(shù),再進(jìn)入編輯模式——環(huán)切、面模式,進(jìn)行大致形態(tài)的塑造(見圖1)。

圖1 進(jìn)行頂點(diǎn)隨機(jī)化之后的模型

3.3 植被塑造

作為開源軟件的Blender,具有源代碼可以被公開使用的優(yōu)勢(shì),在外接插件使用上也較為方便。本短片在進(jìn)行Low Poly植被建模過程中,使用專業(yè)植被建模的插件Sapling Tree Gen,將樹木導(dǎo)入到三維場(chǎng)景中使用。

3.4 場(chǎng)景二次細(xì)化

Low Poly風(fēng)格所展現(xiàn)出的形態(tài)具有抽象簡(jiǎn)約美,它注重利用布線來展現(xiàn)風(fēng)格獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征,而非利用面進(jìn)行結(jié)構(gòu)的概括。利用Blender中的融球(Metaball)和粒子系統(tǒng)來制作樹冠、灌木、石頭等物體,此功能類似于ZBrush中的Z 球一樣可以做出簡(jiǎn)單的骨架,在建立出形狀之后,再將其轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格模型。與直接的模型制作比較,利用粒子特效系統(tǒng)去細(xì)化Low Poly風(fēng)格場(chǎng)景更加快捷。

在Blender軟件中進(jìn)行模型再次細(xì)化處理,將地面和山丘細(xì)分,將場(chǎng)景畫面填充并采用置換貼圖來快速實(shí)現(xiàn)明暗深度效果。置換貼圖通常是讓點(diǎn)的位置沿著面,法線移動(dòng)一個(gè)貼圖中定義的距離,它使得貼圖后具備表現(xiàn)細(xì)節(jié)和深度的能力,且可以同時(shí)允許畫面遮蓋、畫面投影和呈現(xiàn)邊緣輪廓。利用位圖中明度0～255的數(shù)值來表示高度信息的效果,在Blender中創(chuàng)建平面,細(xì)化增加面數(shù)后,添加修改器并進(jìn)行置換便可得出數(shù)據(jù)。

3.5 Low Poly材質(zhì)節(jié)點(diǎn)制作與渲染

Blender軟件中自帶兩款渲染引擎:Eevee 和Cycles。對(duì)比兩種渲染引擎的算法:Eevee采用光柵化算法,渲染速度更快,可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)渲染；Cycles采用光線追蹤渲染,精度更高。Low Poly風(fēng)格場(chǎng)景對(duì)渲染器的光線追蹤精度要求不是很高,因此短片《尋》場(chǎng)景制作主要采用Eevee渲染器來完成。Eevee渲染器使用的光柵化渲染算法在提升效率的同時(shí)還具備實(shí)時(shí)渲染的優(yōu)點(diǎn),在調(diào)整場(chǎng)景模型時(shí)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)整效果。

在模型制作材質(zhì)之前需要先使用Cycles引擎進(jìn)行白膜靜幀圖渲染(如圖2所示),讓模型不會(huì)被彼此的固有色漫反射影響,再對(duì)比場(chǎng)景燈光是否恰當(dāng)、構(gòu)圖是否美觀。

圖2 渲染白膜靜幀圖

Low Poly風(fēng)格動(dòng)畫的三維色彩材質(zhì)效果測(cè)試(如圖3所示),既能夠滿足劇情變化,同時(shí)也不會(huì)讓畫面過于復(fù)雜而失去Low Poly風(fēng)格的韻味。在場(chǎng)景上色中,為了營(yíng)造出Low Poly風(fēng)格凹凸的色彩塊面感,可以先用簡(jiǎn)單模型進(jìn)行材質(zhì)測(cè)試,使用Hope材質(zhì)添加四種色彩,作為物體的高光、亮面、灰面、暗面的顏色,并通過Eevee渲染器在操作界面進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染。

圖3 Low Poly風(fēng)格材質(zhì)效果測(cè)試演示

場(chǎng)景的材質(zhì)反射、折射、透明度的數(shù)字采樣是設(shè)置中的重難點(diǎn)。首先給模型賦予材質(zhì)并對(duì)材質(zhì)進(jìn)行預(yù)渲染查看效果是否達(dá)到設(shè)計(jì)師的預(yù)期效果。若未達(dá)到預(yù)期效果,則需要再次進(jìn)行嘗試,調(diào)整各參數(shù)細(xì)節(jié),以求做到畫面的精致。隨后,給場(chǎng)景材質(zhì)進(jìn)行預(yù)渲染查看效果并進(jìn)行光效測(cè)試,通過燈光參數(shù)來控制不同光照強(qiáng)度下所顯示的顏色,對(duì)不同材質(zhì)效果進(jìn)行對(duì)比參照(如圖4所示)。

圖4 不同光照強(qiáng)度三維對(duì)比場(chǎng)景圖

3.6 攝像機(jī)動(dòng)畫和特效設(shè)計(jì)

通過運(yùn)動(dòng)視覺進(jìn)行三維重建一般是采用攝像機(jī)圍繞目標(biāo)運(yùn)動(dòng),以獲取一系列圖像,然后進(jìn)行場(chǎng)景的三維重建。短片 《尋》的動(dòng)畫設(shè)計(jì)階段,通過攝像機(jī)沿其光軸方向運(yùn)動(dòng)來獲取圖像,攝像機(jī)沿其光軸方向運(yùn)動(dòng)下完成虛擬攝像頭動(dòng)畫。Low Poly風(fēng)格城市,靠霓虹燈牌和燈光效果,在環(huán)境中加動(dòng)畫節(jié)點(diǎn),來模仿影視動(dòng)畫中鏡頭效應(yīng)。

最后進(jìn)行攝像機(jī)調(diào)整,總結(jié)虛擬攝像機(jī)漫游控制有效方法。在場(chǎng)景中新建空對(duì)象,將攝像機(jī)設(shè)為空對(duì)象的子集,再通過建立曲線路徑 (Non-Uniform Rational Basis Spline,簡(jiǎn)稱nurbs),利用曲線控制攝像機(jī)移動(dòng)的路徑,將nurbs路徑設(shè)為空對(duì)象的跟隨路徑,制作出由近及遠(yuǎn)的長(zhǎng)鏡頭效果。

短片《尋》中的峽谷場(chǎng)景里需要增加一些特效來增強(qiáng)場(chǎng)景的氛圍表現(xiàn)。通過在場(chǎng)景中新建平面,將平面隱藏到地面之下,利用平面添加粒子系統(tǒng),通過Blender中的粒子效果將發(fā)光體進(jìn)行粒子發(fā)射來模擬螢火蟲動(dòng)畫,再添加粒子場(chǎng)蓄流效果來實(shí)現(xiàn)螢火蟲向周圍發(fā)散的效果(見圖5)。

圖5 Blender蓄流數(shù)據(jù)及螢火蟲粒子特效

為實(shí)現(xiàn)短片動(dòng)畫環(huán)境中地球的特效,筆者利用Blender中的墻磚紋理和自發(fā)光材質(zhì)添加混合器的節(jié)點(diǎn),最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)可以變換顏色的全息影像地球效果。在進(jìn)一步制作海上日出特效渲染動(dòng)畫整體氣氛時(shí),把Blender里的洋面修改器附加到一個(gè)平面上,并把反光率調(diào)高,同時(shí)打開Eevee渲染器的屏幕空間反射,利用球體自發(fā)光材質(zhì)制作太陽(yáng),最終完成渲染海上日落效果。

3.7 制作過程小結(jié)

為使Low Poly風(fēng)格運(yùn)用恰當(dāng),筆者結(jié)合自身的創(chuàng)作實(shí)踐總結(jié)出以下經(jīng)驗(yàn):在場(chǎng)景設(shè)計(jì)方面,應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注作品場(chǎng)景組成要素的設(shè)計(jì),多利用幾何形態(tài)的簡(jiǎn)化方式；在結(jié)構(gòu)方面則可以適當(dāng)加入制作者的個(gè)性化創(chuàng)意設(shè)計(jì)；在場(chǎng)景的布線方式上,把握好畫面的節(jié)奏感,前后景造型比例也需要進(jìn)行詳細(xì)的斟酌,讓一切貌似無序之中充滿了節(jié)奏和韻律。在建模的時(shí)候,追求簡(jiǎn)化的同時(shí)還需注意畫面中單獨(dú)個(gè)體模型面與面之間凹凸轉(zhuǎn)折的關(guān)系,處理好模型的明暗交接面,這兩方面也是Low Poly風(fēng)格中較為重要的兩點(diǎn)。在場(chǎng)景的色彩表現(xiàn)上,Low Poly風(fēng)格講究物體固有色彩的干凈,較少追求復(fù)雜的紋理,因此在使用色彩飽和度時(shí)一定需要謹(jǐn)慎,飽和度層級(jí)越高,畫面的重點(diǎn)亦將變得無處可尋。在燈光技術(shù)上,恰當(dāng)?shù)墓庥斑\(yùn)用有助于畫面更加和諧,幫助產(chǎn)生較強(qiáng)的帶入感。燈光處理需謹(jǐn)慎,充分利用反射、折射、散射的效果,主光源、輔光源、環(huán)境光均需加以反復(fù)調(diào)節(jié)參數(shù),還要額外關(guān)注間接光照,即物體本身反彈的光帶給環(huán)境的影響。如果忽略這些因素,畫面將無法營(yíng)造出夢(mèng)幻般的視覺感,作品就顯得過于簡(jiǎn)單,缺乏豐富的層次感,以上因素都需要?jiǎng)?chuàng)作者在制作過程加以考慮。

4 總結(jié)

動(dòng)畫美術(shù)設(shè)計(jì)風(fēng)格化是當(dāng)下動(dòng)畫發(fā)展的趨勢(shì),數(shù)字藝術(shù)不斷追求寫實(shí)性、個(gè)性化美術(shù)風(fēng)格的運(yùn)用,使得動(dòng)畫設(shè)計(jì)的趣味性和審美情趣有更多地提升,設(shè)計(jì)師可以從追求寫實(shí)的過程中解放出來,嘗試更多的可能性。文章研究Low Poly風(fēng)格的設(shè)計(jì)制作過程,并總結(jié)Low Poly風(fēng)格動(dòng)畫特點(diǎn)和研究方法,通過對(duì)比分析該種設(shè)計(jì)風(fēng)格的優(yōu)點(diǎn),突出Low Poly風(fēng)格帶給大眾不一樣的體驗(yàn)。此設(shè)計(jì)風(fēng)格的重現(xiàn)讓藝術(shù)家意識(shí)到三維作品也需要藝術(shù)設(shè)計(jì)、風(fēng)格化的處理。在三維風(fēng)格越來越多樣化的今天,相信未來會(huì)有更多優(yōu)秀的Low Poly影視風(fēng)格作品不斷呈現(xiàn)。