Maya與虛幻引擎協(xié)同高效率3D動畫電影制作運(yùn)用分析
——以《遠(yuǎn)古日志》為例

□趙燕妮

在三維動畫電影設(shè)計和制作的過程中，3D 數(shù)字媒體技術(shù)承擔(dān)了大量的技術(shù)支持工作，Maya 這樣的技術(shù)平臺，在動畫電影的制作過程中被大量使用。而虛幻引擎作為一個具有動畫制作功能的游戲制作軟件，因強(qiáng)大的實時渲染能力，也為三維動畫電影的制作提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。那么如何能夠在有限的時間、人力、資金成本以及一定的教學(xué)環(huán)境的情況下，做到虛幻引擎與Maya 協(xié)同高效率的動畫電影制作，是一個值得深入實踐探究的問題。在此，本文主要針對Maya 與虛幻引擎在動畫電影制作環(huán)節(jié)中的運(yùn)用進(jìn)行分析研究，旨在解決有限的創(chuàng)作條件下利用這兩種技術(shù)平臺進(jìn)行高效率動畫電影創(chuàng)作的問題。

隨著當(dāng)代計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，計算機(jī)三維數(shù)字技術(shù)也已經(jīng)形成了較完備的技術(shù)體系，并滲透到數(shù)字媒體行業(yè)的各個領(lǐng)域。在動漫產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)與制作過程中，三維數(shù)字媒體技術(shù)能夠豐富動漫產(chǎn)品的內(nèi)容、形式等，為觀眾帶來更加真實與精彩的視覺享受。

一、研究背景與意義

（一）研究背景

《遠(yuǎn)古日志》是四川美術(shù)學(xué)院下影視動畫學(xué)院獨立開發(fā)，基于三維數(shù)字技術(shù)應(yīng)用于古生物復(fù)原項目衍生的動畫電影作品。該電影中呈現(xiàn)的所有古動物種類均出自“國家科技支撐計劃——絕滅動物數(shù)字化復(fù)原及開發(fā)運(yùn)用工程”項目中所復(fù)原的遠(yuǎn)古生物。由于《遠(yuǎn)古日志》制作流程的特殊性，它的制作形式不同于普通三維動畫電影。該作品是在高校環(huán)境下誕生，以師生為主要團(tuán)隊成員，凝聚了師生導(dǎo)演團(tuán)隊、高校高技術(shù)人才以及學(xué)生的實踐探索的勞動成果；充分利用了建成的規(guī)模化數(shù)字復(fù)原庫，依托美術(shù)學(xué)和古動物學(xué)，以數(shù)字化為基本手段來展開三維電影產(chǎn)品開發(fā)。目前動畫電影《遠(yuǎn)古日志》整體制作進(jìn)程已經(jīng)到達(dá)了中后期階段，在這階段需要為現(xiàn)有的古動物情節(jié)構(gòu)建理想的空間場景以及運(yùn)用燈光進(jìn)行氛圍烘托和渲染，同時對鏡頭內(nèi)容進(jìn)行創(chuàng)作構(gòu)圖以及排布剪輯。那么如何利用現(xiàn)有的Maya 及虛幻引擎（Unreal Engine）這兩方三維數(shù)字技術(shù)平臺在制作環(huán)節(jié)中進(jìn)行協(xié)同創(chuàng)作，做到高效率的動畫電影制作，是該項目制作成員在該階段實踐制作過程中必須探索的問題。

（二）研究意義

與國內(nèi)外市場上的動畫電影制作形式不同，三維動畫電影《遠(yuǎn)古日志》是在高校環(huán)境下以師生作為主要團(tuán)隊成員構(gòu)成的動畫電影作品。在這樣一種特殊的制作模式下，高效率利用現(xiàn)有的技術(shù)平臺，能夠有效提高作品質(zhì)量，還能夠在實踐基礎(chǔ)上優(yōu)化研究生人才培養(yǎng)模式，提高制作團(tuán)隊人員自主化和多樣化的學(xué)習(xí)創(chuàng)作實踐能力。其次，在技術(shù)層面上，通過優(yōu)化團(tuán)隊創(chuàng)作實踐的模式來促進(jìn)此部動畫電影的高效率創(chuàng)作，對高校三維動畫電影的制作具有創(chuàng)新性實踐意義。

二、國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀

在目前國內(nèi)外的大部分三維動畫電影市場中，虛幻引擎還沒有被大規(guī)模地運(yùn)用到電影的傳統(tǒng)制作流程之中，與Maya 的協(xié)同運(yùn)用更是少有。目前世界上第一個采用虛幻引擎制作的動畫片為《Zafari》，是由美國導(dǎo)演David Dozoretz 執(zhí)導(dǎo)的一部電影。《Zafari》的故事背景是乞力馬扎羅山山腳的一座隱密的山谷，那里生長著奇特的動物，這些動物一出生就有著另一種動物的膚色。這部動畫TV 講述的就是它們學(xué)習(xí)和成長的故事。《Zafari》是一部在虛幻引擎中完成的動畫片，除了模型和貼圖，其他工作都是在虛幻引擎中完成，復(fù)雜的畫面特效和場景依然可以保持基本的交互，因為使用了虛幻引擎，減少了傳統(tǒng)的渲染環(huán)節(jié)，大量地節(jié)省了時間和預(yù)算。但也有些美中不足的地方，與《遠(yuǎn)古日志》相比，同樣是動物題材的動畫影片，《Zafari》中動物的毛發(fā)并沒有像《遠(yuǎn)古日志》中的古動物一樣具有較為真實的效果。這也是因為虛幻引擎無法對動物毛發(fā)進(jìn)行大規(guī)模實時渲染，因此，制作團(tuán)隊選擇了精簡動物毛發(fā)，或運(yùn)用其他消耗較少的造型或材質(zhì)代替。由此可見，在三維動畫創(chuàng)作中，動物往往需要更具真實性的毛發(fā)的渲染制作工作，Maya 在這方面仍作為主要的三維技術(shù)平臺提供技術(shù)支撐。而國內(nèi)在運(yùn)用虛幻引擎進(jìn)行動畫制作方面也有相關(guān)案例，2017 年的國產(chǎn)電視動畫片《地靈曲》是深圳市灼華網(wǎng)絡(luò)科技有限公司制作的3D 動畫，在制作方面也采用了虛幻引擎來制作，這是國內(nèi)動畫片在制作方面對虛幻引擎的首次嘗試。《地靈曲》的特點在于CG 感強(qiáng)烈，畫面流暢精美，是具有電影質(zhì)感的TV動畫，但同時也可看出動畫中的人物表情表演單一，在人物動畫方面仍然沒有傳統(tǒng)三維動畫自然細(xì)致。從國內(nèi)外兩個案例來看，利用虛幻引擎進(jìn)行三維動畫創(chuàng)作是真實可行的，但同時Maya 作為傳統(tǒng)三維動畫電影制作技術(shù)平臺中的主心骨，承擔(dān)了大量的基礎(chǔ)關(guān)鍵性技術(shù)工作，制作效果也更為精細(xì)。所以，在三維動畫的制作中，Maya 仍然處于不可撼動的位置。因此，如何利用Maya 和虛幻引擎雙技術(shù)平臺進(jìn)行創(chuàng)新性協(xié)同制作，是值得探究的問題。

三、Maya與虛幻引擎協(xié)同三維動畫電影制作運(yùn)用探索

（一）Maya 與虛幻引擎三維數(shù)字技術(shù)平臺相關(guān)概述

在影視動漫行業(yè)中，常見的三維數(shù)字建模技術(shù)平臺有3D MAX、Maya、ZBrush、C4D、Blender 等。其中，Maya 作為三維動畫電影制作的主心骨，承擔(dān)了三維建模、骨骼綁定、動畫關(guān)鍵幀、燈光及渲染等大量主要動畫制作工作。然而Maya 功能雖然強(qiáng)大，但是它在較大的場景制作以及實時渲染方面會耗費更多的時間和精力，尤其是在具有較多植被、毛發(fā)元素或者較為宏大的場景中，更體現(xiàn)出對設(shè)備性能的高要求。渲染工作更考驗計算機(jī)設(shè)備的功能優(yōu)劣，會耗費更多的時間以及重復(fù)的實驗步驟來檢驗渲染效果，然而呈現(xiàn)效果也不一定盡如人意，這會造成時間及資源的浪費，降低工作效率。動畫電影《遠(yuǎn)古日志》目前的制作主要用Maya 制作相關(guān)場景以及進(jìn)行燈光渲染工作，容易出現(xiàn)場景及動物毛發(fā)的渲染不能同時適配動物和場景，渲染測試次數(shù)多，耗時長、效率低等問題。虛幻引擎作為開發(fā)實時技術(shù)而存在的引擎工具，采用了目前最新的即時光跡追蹤、HDR 光照、虛擬位移等新技術(shù)，能夠每秒鐘實時運(yùn)算兩億個多邊形，這使宏大的場景模型在虛幻引擎中的渲染制作尤為高效便捷，效果也更為突出。

（二）Maya 與虛幻引擎協(xié)同動畫制作在《遠(yuǎn)古日志》中的實踐探究

1.Maya 與Photoshop 協(xié)同進(jìn)行鏡頭制作

在《遠(yuǎn)古日志》不同的場次中，存在像草原、戈壁、花原、遠(yuǎn)山等多種類型的宏大場景作為鏡頭中的背景元素。在起初的創(chuàng)作實踐中，我們采取了利用Maya 對動物進(jìn)行單獨分層渲染，利用Photoshop 為Maya 中渲染的動物角色添加背景圖片的方法來制作鏡頭，但是也涉及動物影子需要分層渲染的問題，最后解決辦法是將動物渲染圖層、影子渲染圖層與場景渲染圖層分開制作，后期合成到一起，這雖然可以達(dá)到一定的審美效果，但大大增加了工作量，收效甚微。以《遠(yuǎn)古日志》第19 場的畫面8 為例，巨鬣狗在灌木叢中慢慢逼近小虎的鏡頭，在該鏡頭畫面中，巨鬣狗位于畫面左方，周圍前后景以灌木雜草為主，遠(yuǎn)處的平原遠(yuǎn)山和天空占據(jù)了畫面的剩余二分之一。如要利用Photoshop對該背景進(jìn)行處理，那平原、遠(yuǎn)山和天空就是主要處理對象，在Photoshop 對遠(yuǎn)山的處理過程中要考慮遠(yuǎn)山與整個場景的色調(diào)與質(zhì)感是否相匹配，以及整個場景的光線來源；然而，在有限的圖片素材中提取的平原與遠(yuǎn)山，很難與對應(yīng)的鏡頭場景完美融合，始終會出現(xiàn)光源及影子不一致，材質(zhì)紋理等風(fēng)格不相容、不和諧的問題，最終呈現(xiàn)的效果往往是生硬、不自然、不融合，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理想的畫面。PS 進(jìn)行遠(yuǎn)景處理的效果如圖1 所示。

圖1 利用PS進(jìn)行遠(yuǎn)景處理的效果

2.Maya 進(jìn)行場景單獨渲染制作

在意識到降低時間和技術(shù)成本的同時也會拉低畫面質(zhì)量之后，接下來的創(chuàng)作實踐便決定利用Maya 進(jìn)行三維場景建模。但是在設(shè)備性能以及技術(shù)有限的情況下，Maya 無法支撐過于宏大的場景，只能對該場景中的部分元素進(jìn)行堆積，分層渲染，在后期進(jìn)行畫面元素組合。例如，第19 場的主場景是廣闊的原野，由遠(yuǎn)山、中心巨石陣、雜草、灌木、碎石等元素組成。Maya 可以將遠(yuǎn)山與地面等元素進(jìn)行堆積，并為整個場景調(diào)整統(tǒng)一色調(diào)光源以后，進(jìn)行分層渲染測試。Maya 雖具備畫面完整且和諧統(tǒng)一的技術(shù)功能，但是想達(dá)到速度與質(zhì)量兼?zhèn)涞母咝蕜?chuàng)作效果，仍然有所欠缺。首先，在場景堆砌的過程中，必須對不同景別的元素對象進(jìn)行分層渲染測試，這無疑增加了時間成本及渲染的工作量。其次，在渲染測試中，不同材質(zhì)貼圖的元素對象在同一光源下會有不統(tǒng)一的呈現(xiàn)效果，如圖2、圖3 所展示的兩個不同強(qiáng)度的光源在畫面中呈現(xiàn)的效果。因此，會采取不同對象單獨打光或是調(diào)整對象的貼圖以及在后期對畫面進(jìn)行調(diào)整的方法來解決，使畫面最終保證色調(diào)氛圍統(tǒng)一，達(dá)到理想的審美效果。但是這種方法增加了工作量與測試成本，加重了計算機(jī)的渲染負(fù)荷，使制作效率低下。

圖2 地面顏色正好，動物偏暗（Maya）

圖3 動物顏色正好，地面過曝（Maya）

3.Maya 與虛幻引擎協(xié)同進(jìn)行場景鏡頭渲染制作虛幻引擎作為開發(fā)實時技術(shù)而存在的引擎工具，能夠每秒鐘實時運(yùn)算兩億個多邊形，做到三維宏大場景的實時渲染。這意味著制作中所形成的實時畫面為渲染的最終效果，這將大大提高鏡頭制作的效率。在虛幻引擎的場景制作中，天空和光源是作為一種生態(tài)模式的形式存在于技術(shù)體系中的，所創(chuàng)建的場景會自然成一體，對天空系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，能夠?qū)鼍爸械墓庥啊㈧F、云等細(xì)節(jié)參數(shù)進(jìn)行實時調(diào)整。不同元素參數(shù)的調(diào)整都會同時在場景生態(tài)中形成對應(yīng)的影響。虛幻引擎具有強(qiáng)大的實時渲染能力，在Maya 之中需要被分開創(chuàng)建以及反復(fù)測試才能夠形成的一體化場景，在虛幻引擎中就可以輕易實現(xiàn)畫面統(tǒng)一，質(zhì)量高且和諧自然。如圖4、圖5所示，虛幻引擎中渲染的背景與Maya 中渲染的動物和近景進(jìn)行結(jié)合，燈光更為融合統(tǒng)一，畫面效果更為真實與自然。

圖4 虛幻引擎場景制作

圖5 Maya鏡頭融合虛幻引擎場景

在此之上，便可以將Maya 之中完成渲染的動物與虛幻引擎中創(chuàng)建的一體化場景進(jìn)行匹配，形成最終鏡頭畫面。利用Maya 與虛幻引擎的協(xié)同制作在實踐創(chuàng)作中的運(yùn)用，探索出了全新的、較為高效的動畫創(chuàng)作模式。

虛幻引擎作為一款創(chuàng)作虛擬三維場景的強(qiáng)大技術(shù)平臺，與其他多種類型的3D 動畫技術(shù)的發(fā)展與運(yùn)用實踐越來越受到世界各層面的熱切關(guān)注，這使越來越多的制作人在3D 動畫的制作技術(shù)中對虛幻引擎加以應(yīng)用，不斷在實踐中將3D 動畫技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)、虛幻引擎進(jìn)行創(chuàng)新實踐融合，從而豐富動畫畫面，強(qiáng)化理論和實踐的結(jié)合。這樣的嘗試對三維動畫電影的制作環(huán)節(jié)來說，具有創(chuàng)新性實踐意義及示范作用。