PBR流程動畫場景設(shè)計及鏡頭制作

童琳

基于PBR流程的場景概念設(shè)定

動畫的場景制作是一部三維動畫影片成形的基石。它包括模型、材質(zhì)、燈光以及渲染四大塊，每一個環(huán)節(jié)互相影響互相依存。下文將詳細(xì)闡述使用三維軟件建模，三維軟件渲染出圖，后期軟件合成的方式制作全流程。通過傳統(tǒng)三維動畫流程次序，依次闡述筆者的創(chuàng)作實現(xiàn)方法，記錄了的基本創(chuàng)作思路與詳細(xì)技術(shù)問題的解決以及實現(xiàn)。

故事時代背景和相關(guān)建筑史參考

無論是故事原著還是以此為基礎(chǔ)的改編動畫短篇，筆者認(rèn)為呈現(xiàn)出明顯的故事時代感都是略顯多余的。民國時期建筑擁有東方和西洋的風(fēng)格結(jié)合，給人以動蕩多變，風(fēng)云激蕩的奇異印象。正是這種新舊交匯，傳統(tǒng)與變革相對而立影響之下的世界，是使我們選擇它的原因。

在對以上海外灘萬國建筑群的歷史建筑稍加研究之后，不難得出一個結(jié)論：其建筑群很難對應(yīng)相關(guān)石砌建筑史的任意一個單獨的建筑風(fēng)格。但是這種難以歸類的建筑風(fēng)格也可以稱作折衷主義。

在石砌建筑史中，希臘時期、羅馬時期、拜占庭時期、中世紀(jì)時期、文藝復(fù)興時期等等都有著其時代本身較為系統(tǒng)或是有特色的代表性建筑。但是在經(jīng)過近代信息發(fā)展之后，建筑師們很容易吸取各類歷史時期建筑特色做一個雜糅性建筑，在那個時期之后建筑無須再以時代時期地域來鑒別類型，更多地呈現(xiàn)出一種折衷主義。折衷主義建筑在十九世紀(jì)中葉的法國為典型，以及十九世紀(jì)末和二十世紀(jì)初期的美國，也有大批建筑涌現(xiàn)。所以我們不難理解，在上海民國時期，為何為出現(xiàn)這種各有特色的石砌建筑。

有了以上初步認(rèn)識，我們就可以篩選一批具有代表性的建筑出來。以下是選中的一批形式優(yōu)美有各具特色、具有歷史感的建筑代表。名單如下。

東風(fēng)飯店、外灘3號、華夏銀行大樓、盤古銀行、輪船招商局大樓、上海浦東發(fā)展銀行大樓、海關(guān)大樓、友邦大廈、外灘18號、和平飯店北樓、外貿(mào)大樓、外灘33號、浦江飯店、上海飯店、虹橋路 沙遜別墅、興國賓館1號樓。

建筑內(nèi)的室內(nèi)裝潢風(fēng)格以及家具設(shè)計參考

本片根據(jù)卡爾維諾的微型小說《孤獨》改編，對于適用于室內(nèi)建筑的主要設(shè)定參考是興國賓館1號樓，興國賓館是一個相當(dāng)敦實的2層豪宅，內(nèi)部空間很寬敞，沒有查到興國賓館的內(nèi)部裝潢圖，但是這并沒有什么影響，對此參閱了大量豪華會所來物色合理的室內(nèi)裝潢風(fēng)格。見圖1。

很明顯，為了匹配折衷主義建筑，所以室內(nèi)裝潢應(yīng)該是歐式風(fēng)格。歐式風(fēng)格按照不同地域細(xì)分文化又需分為北歐、簡歐和傳統(tǒng)歐式。毫無疑問，傳統(tǒng)歐式結(jié)合民國時期特色，是理想的風(fēng)格設(shè)定目標(biāo)。

基于PBR流程的場景中期制作

有了以上初步認(rèn)識，我們就可以篩選一批具有代表性的建筑出來。這些建筑在中期建模中我對他們中的大部分都進(jìn)行了令人滿意的還原，成為了筆者室外場景中的主要參考。

場景的街景設(shè)計

在動畫前期場景設(shè)定中，出現(xiàn)的14個主要場景建筑有真實參考，根據(jù)真實歷史建筑的照片資料進(jìn)行了完整的三維外觀復(fù)原。剩余17個次要街道沒有真實參考，按照主要場景中的重要建筑風(fēng)格，以居民樓為主要設(shè)計用途搭建。

在全場景的搭建中，著重于表現(xiàn)主要建筑的細(xì)節(jié)量和型準(zhǔn)以及真實性，并且盡可能地降低了次要建筑模型的細(xì)節(jié)量。但是這兩者的關(guān)系也并非絕對，具體模型在對應(yīng)的具體鏡頭景別均有針對下考量其細(xì)節(jié)信息表現(xiàn)。

在整個場景的構(gòu)建中，最為重點表現(xiàn)的建筑特性顯而易見——磚石結(jié)構(gòu)。而這磚石結(jié)構(gòu)建筑群中最突出的特點即是——石拱門。這種由羅馬時期開始大規(guī)模應(yīng)用的建筑特征幾乎是西洋建筑揮之不去的經(jīng)典元素，所以在本片的場景構(gòu)建中，這一特征隨處可見。筆者認(rèn)為這種設(shè)計可以使觀眾從中感受到時代氛圍，是一種時代感的表現(xiàn)。

室外場景主要建筑的建模

在此前的街景線面渲染圖中，相信讀者對場景風(fēng)格和模型質(zhì)量有了一定的認(rèn)識，為了更好的說明筆者如何構(gòu)建場景，尤其是建模部分，所以單獨拿出部分主要建筑的燈光測試以供參考。

模型給人以真實感的最主要因素恰恰是在模型細(xì)節(jié)量的體現(xiàn)。所以為了塑造出令人信服的模型，必須加上足夠的模型細(xì)節(jié)，其中包括建筑基座以上的圍欄、裝飾性的石膏浮雕、窗臺的木制窗柵欄、以及一樓的建筑內(nèi)部防盜門等細(xì)節(jié)。

下圖是針對武康大廈的內(nèi)部及外部燈光測試，見圖2。

武康大廈是一座比較有代表性的建筑，是我早期塑造的主要場景之一。

小結(jié)一下，對于以上建筑建模的主要步驟就是：

（1） 使用平滑預(yù)覽等手段擬合初步建模大型，確定比例。

（2）使用平滑細(xì)分等手段進(jìn)一步細(xì)化建筑細(xì)節(jié)，劃分次級塊體。

（3）使用布爾、擠出等手段劃分建筑的一二三級細(xì)化型，完善建筑外形。

（4）使用提取、擠出等手段塑造建筑的具體細(xì)節(jié)，營造真實感。

室內(nèi)場景的裝潢以及家具的展現(xiàn)

本片的主要室內(nèi)建筑即興國賓館，關(guān)于興國賓館的外部模型已經(jīng)在上一章節(jié)中展示。由于興國賓館是一個知名建筑，所以其外觀資料并不難找到，但是似乎其內(nèi)部裝潢并沒有展示。所以在參閱了室內(nèi)設(shè)計的相關(guān)書籍之后對其進(jìn)行了主觀性非寫實的室內(nèi)裝潢。

可以看到建筑的承重梁不在室內(nèi)中央?yún)^(qū)域，所以室內(nèi)的視野比較開闊，這樣一個比較開闊的區(qū)域以現(xiàn)代審美看應(yīng)該設(shè)計成開放式大堂比較主流，但是考慮到時代因素，在民國時期的設(shè)計理念應(yīng)該是劃分成不同的規(guī)整的房間，以滿足會客、辦公。

完成了這幾步就已經(jīng)完成了室內(nèi)空間的基本劃分，因為不是真實裝修，所以不需要單獨鋪設(shè)木地板等真實設(shè)置。接下來我們繼續(xù)添置墻面飾板、天花板貼頂線、天花板飾面。

PBR動畫場景之材質(zhì)制作

關(guān)于本片的中期材質(zhì)制作主要依附于Maya的渲染插件Arnold和Red Shift渲染器實現(xiàn)，其中部分人物和道具的材質(zhì)貼圖由Substance Painter制作。在這個章節(jié)中會詳細(xì)討論我是如何實現(xiàn)，通過何種技術(shù)命令操作完成了這些材質(zhì)。

PBR動畫場景之藝術(shù)風(fēng)格測試

對于本片的藝術(shù)風(fēng)格作出了數(shù)次嘗試，經(jīng)歷了諸多搖擺。

關(guān)于CG的次世代超寫實類風(fēng)格嘗試，是最后確認(rèn)使用的方案。它最具有一定寫實的美感，也有CG式的虛幻感。是最符合本片的藝術(shù)風(fēng)格。

這個過程本身對我來說也是認(rèn)知渲染板塊的必經(jīng)之路。次世代的核心只有一個，就是細(xì)節(jié)。細(xì)節(jié)從哪里來？真實世界。明白了這個原則，就掌握了超寫實渲染的核心，見圖3。

基于Substance Painter的材質(zhì)制作

而業(yè)界對這種技術(shù)最主流的應(yīng)用就在游戲引擎板塊，其中首當(dāng)其沖的軟件就是剛剛被Adobe公司收購的Substance Painter，這款強(qiáng)大的次世代制作軟件方便實用，極大了滿足了對人物材質(zhì)的全流程制作。

請看圖4在Substance Painter的制作界面：

Substance Painter提供了數(shù)量眾多，并且各自獨當(dāng)一面的智能材質(zhì)球，供用戶自行選擇，這種直接提供半成品的做法變相降低了材質(zhì)制作的難度。

另一方面，Substance Painter有著極其成熟的材質(zhì)層，類似于PS的圖層管理，革新了材質(zhì)球制作理念。

對于Substance Painter的使用系統(tǒng)而復(fù)雜，有以下幾個基礎(chǔ)性技術(shù)步驟：

（1） 模型需拆解完所有UV，并且布置妥當(dāng)。

（2） 模型需要拆分好不同的材質(zhì)球?qū)胲浖?/p>

（3） 模型導(dǎo)入軟件后需要烘培法線、曲率、厚度、ID等貼圖。

（4）針對每個模型的不同材質(zhì)球建立圖層，在圖層中建立不同的蒙版以控制粗糙度、法線、高度等不同渲染屬性。

關(guān)于Substance Painter與Maya的對接

受到Substance Painter的軟件性質(zhì)約束，導(dǎo)出方式是以不同屬性的貼圖來導(dǎo)出材質(zhì)的。所以如何連接Maya與Substance Painter也至關(guān)重要。受到篇幅限制，我僅展示Substance Painter與Arnold渲染器的對接方式。

PBR動畫場景之燈光制作

受限于本片的故事以及設(shè)定限制，本作的燈光設(shè)計由射燈為主照明，天光為自然照明，面光為輔助照明。而場景中的材質(zhì)基本以石質(zhì)、磚砌、水泥為主。圖5。

關(guān)于Arnold燈光的使用

Arnold渲染器提供了相對應(yīng)Maya的Arnold照明燈，但是與此同時，對Maya自帶的照明燈光優(yōu)化極佳，所以不需要糾結(jié)是不是Arnold的燈光更好。在本片中我以使用Maya自帶的Spot Light為主。

關(guān)于Red Shift燈光的使用

Red Shift渲染器提供了相對應(yīng)Maya的Red Shift照明燈，與Arnold渲染器不同，Red Shift對于Maya的自帶燈光優(yōu)化支持并不全面，所以我更傾向于直接使用Red Shift燈光。

PBR動畫場景之渲染制作

本片的動畫制作相對復(fù)雜，使用了2個渲染器，分別針對室內(nèi)室外兩種情況分類渲染，其中Arnold渲染器具有扎實的GI效果，但是需要渲染的時間實在過長。為了在后期加速渲染，引入了Red Shift渲染器來加速。在后期不斷地熟悉這個渲染器，可以拉近兩者的差別，在經(jīng)過后期后幾乎不會有畫質(zhì)差異。

關(guān)于使用兩個渲染器的理由以及實現(xiàn)思路

寄托于阿諾德渲染器本身的優(yōu)秀畫質(zhì)，與紅移渲染器優(yōu)秀的渲染速度，本作使用了兩個渲染器作為渲染主力工具。

基于Arnold渲染器材質(zhì)球

關(guān)于Arnold渲染器，我全程使用Arnold自帶的PBR性質(zhì)的萬能材質(zhì)球ai Standard Surface。它具有固有色、反射、折射等基礎(chǔ)材質(zhì)，還具有次表面反射、二次反射、薄膜反射等進(jìn)階特性。

Arnold渲染器提供了相當(dāng)豐富強(qiáng)大的渲染節(jié)點，使用這些節(jié)點合成紋理或者轉(zhuǎn)變紋理通道或校色都極為便利。

Arnold渲染器是一個物理引擎渲染器，其渲染參數(shù)極為奢侈，稍稍的采樣增加就會造成渲染時長的翻倍，而得到一個平滑的效果往往極為困難，對此必須降噪，并且使用自適應(yīng)采樣。

對此筆者對渲染參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，向渲染時長妥協(xié)，在降低精度的同時抑制噪點。

妥協(xié)渲染時長后的渲染設(shè)置。

基于Red Shift渲染器材質(zhì)球

Red Shift渲染器的萬能材質(zhì)球有2個，一個是最新的rs Material，一個是比較成熟的rs Architectural。他們都具有比較成熟的基礎(chǔ)特性：固有色、反射、折射、半透明等屬性，但是不具有PBR性質(zhì)的次表面反射、二次反射、金屬等進(jìn)階特性。

Red Shift渲染器提供了豐富的渲染節(jié)點，但是個人認(rèn)為較Arnold的渲染節(jié)點來說，Red Shift這些節(jié)點合成紋理的思路更為統(tǒng)一，不像Arnold節(jié)點靈活多變。

Red Shift渲染器是一個有偏差渲染器，它類似VRAY 渲染器提供了多種渲染模式，可以由使用者自行調(diào)整。

在使用初期，我使用了燈光緩存和燈光點云的GI物理引擎，這種組合高效并且使用簡便。使用低質(zhì)量并不會使圖片畫質(zhì)過于糟糕，使用高畫質(zhì)也不會太多的拖慢渲染質(zhì)量。

在使用該渲染器的初期，我大規(guī)模地使用了這種渲染組合模式。但是幾經(jīng)嘗試對比，在后期筆者放棄了這個渲染模式。

關(guān)于場景的分層渲染以及AOV實現(xiàn)

為了充分給后期留出余地，分層渲染需要極為詳細(xì)的劃分，在Maya渲染層和渲染器AOV中都設(shè)置了分層。在Maya渲染層中，使用燈光覆蓋的手段劃分出固有色層和陰影層。

以Red Shift渲染器的該場景AOV渲染層為例，單獨添加了自發(fā)光層、反射層、高光層。單獨控制這些層可以在后期合成中留有更多余地，具有更強(qiáng)的控制力。