在3月的時(shí)候，我們發(fā)布了Unity全球技術(shù)美術(shù)總監(jiān)江毅冰的最新作品《發(fā)條樂師》（Windup），在Unite Beijing 2018大會(huì)中，江毅冰帶來(lái)了主題為《從AAA游戲到實(shí)時(shí)渲染的動(dòng)畫電影》的演講。分享了她的動(dòng)畫創(chuàng)作心路歷程以及《發(fā)條樂師》的創(chuàng)作過(guò)程。


下面為演講內(nèi)容：

大家好，非常榮幸在這里和大家分享一部正在制作的的實(shí)時(shí)渲染動(dòng)畫電影《發(fā)條樂師》。演講會(huì)涉及四個(gè)方面：1、動(dòng)畫電影的制作現(xiàn)狀。2、如何實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電影的品質(zhì)。3、制作實(shí)時(shí)電影的挑戰(zhàn)。4、實(shí)力的展示。


我從小的夢(mèng)想，便是有一天能夠進(jìn)入像迪士尼一樣的動(dòng)畫公司創(chuàng)作最好的動(dòng)畫片，追尋這個(gè)夢(mèng)想的路程并非簡(jiǎn)單。因?yàn)槲业母改赶Ｍ覐氖箩t(yī)生、律師和工程師相關(guān)職業(yè)。我進(jìn)入了理工大學(xué)，但是我不愿意放棄我的動(dòng)畫夢(mèng)，一有時(shí)間我就自學(xué)動(dòng)畫。

大學(xué)期間我創(chuàng)作了6部獨(dú)立短片，其中1部是3D動(dòng)畫，那時(shí)候只能晚上熬夜在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行創(chuàng)作。直到有一天，我收到ACCAD實(shí)驗(yàn)室的一封來(lái)信，這所實(shí)驗(yàn)室的一位老師在網(wǎng)絡(luò)上看到了我制作的短片很感興趣，希望我能報(bào)考他們學(xué)校。雖然只是一封郵件，但是對(duì)我來(lái)說(shuō)，雪中送炭。因?yàn)槲覐膩?lái)沒有專業(yè)人士肯定過(guò)我的作品，我一直以為做動(dòng)畫僅僅是一個(gè)夢(mèng)，遙不可及。

在收到多所大學(xué)的通知書后，我選擇了紐約視覺藝術(shù)大學(xué)。接下來(lái)的二年時(shí)間，就像電影里面的情節(jié)一樣，只能租得起紐約最便宜的地段，不斷搬家。直到我被迪士尼天才培養(yǎng)計(jì)劃選中隨后進(jìn)入夢(mèng)工廠實(shí)習(xí)，最終被皮克斯錄取，終于如愿以償進(jìn)入了全世界最好的動(dòng)畫公司。

皮克斯聚集了世界各地的動(dòng)畫精英，就像一個(gè)小的聯(lián)合國(guó)一般。在這里有人專攻色彩、有人專攻動(dòng)畫、有人專攻電影特效。甚至有一部分人，很難定義他們是干什么的，我們稱他們?yōu)槟g(shù)師，在傳統(tǒng)的動(dòng)畫制作上沒有他們的職位，而隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，他們就如虎添翼一樣，單槍匹馬就能創(chuàng)作出之前需要幾十個(gè)人才能完成的作品。我從這些人身上學(xué)習(xí)到了很多東西。

我在皮克斯的職位是材質(zhì)師，參與創(chuàng)作了二部電影。很快我就發(fā)現(xiàn)，材質(zhì)師如果用傳統(tǒng)的動(dòng)畫流程，大部分時(shí)間就在等渲染，如果按錯(cuò)了一個(gè)鈕，等很長(zhǎng)時(shí)間取消。很多人遇到同樣的問題，都在尋求新的方法進(jìn)行改進(jìn)。2012年，我參加了美國(guó)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一個(gè)會(huì)議，其中有一個(gè)演講中使用的模型和《勇氣》有著相同的畫質(zhì)，其中畫面中的云、樹林、山脈全部是用代碼寫的，而且是實(shí)時(shí)渲染。

如果實(shí)時(shí)渲染能達(dá)到這種畫面，為什么我們要等十幾個(gè)小時(shí)來(lái)渲染一個(gè)動(dòng)畫片？一幀的動(dòng)畫片，全部是代碼。我想講一下實(shí)時(shí)渲染的意義。

對(duì)于藝術(shù)家而言，特別在材質(zhì)、燈光上大幅度減少了實(shí)時(shí)渲染的消耗時(shí)間，從而我們可以把精力聚集在制作漂亮的畫面上。藝術(shù)指導(dǎo)可以在第一時(shí)間看到成品，修改畫面也會(huì)容易很多。對(duì)于制片商而言，實(shí)時(shí)渲染減少了對(duì)人員、時(shí)間的消耗，從而大量的減少了開支，現(xiàn)在一部高質(zhì)量的動(dòng)畫要花費(fèi)1－2個(gè)億美元來(lái)制作，而看電影的人越來(lái)越少。所以電影制作的開支不得不減少，如果不選擇實(shí)時(shí)渲染的話，很多電影公司都可能會(huì)倒閉。對(duì)于獨(dú)立制作動(dòng)畫短片的愛好者來(lái)說(shuō)，減少制作成本意味著很多人可以制作他們想做的片子，而不需要利用很大的成本。

為什么現(xiàn)在很多人為什么沒有選擇實(shí)時(shí)渲染？我認(rèn)為是因?yàn)樗麄冇X得實(shí)時(shí)渲染的畫質(zhì)和電影的畫質(zhì)還是很有差距的。我想介紹一下實(shí)時(shí)渲染的速度和現(xiàn)代電影的速度差別。

近幾年，迪士尼和皮克斯發(fā)行動(dòng)畫片都是用同一技術(shù)Path Tracing，現(xiàn)實(shí)生活中燈光物理的原理，使畫面顯得更完美、更真實(shí)?？墒菍?duì)于渲染速度來(lái)說(shuō)，平均下來(lái)Path Tracing花30個(gè)小時(shí)顯然一幀畫面，我們的速度比30個(gè)小時(shí)渲染一幀快325萬(wàn)倍，以這樣的速度來(lái)達(dá)到電影的畫質(zhì)，對(duì)于很多人來(lái)說(shuō)是有點(diǎn)不可想象的。如何能提高電影畫質(zhì)呢？我認(rèn)為實(shí)時(shí)渲染會(huì)取代傳統(tǒng)渲染 。


我們可以看到AAA游戲的畫質(zhì)和電影的畫質(zhì)主要差距在：材質(zhì)、光影、抗鋸齒三個(gè)方面。如果我們解決了這些問題，就可以盡量縮小實(shí)時(shí)渲染和電影的差距。

在材質(zhì)方面，特別是在角色上面，曾經(jīng)讓傷腦筋，近幾年很多論文有相關(guān)的研究，比較著名的是關(guān)于材質(zhì)皮膚屏幕類模糊的一個(gè)漫反射的論文，很多的游戲都是運(yùn)用這個(gè)論文中的方法來(lái)制作皮膚的。我們可以在這里看到，Unity 5有一個(gè)黑鐵匠畫面，拿完全一模一樣的模型更改它的材質(zhì)，在更新技術(shù)流程上使用，看起來(lái)完全不一樣的人，其實(shí)是一樣的模型。

離線渲染的陰影分辨率大大高于實(shí)時(shí)渲染的。如果你沒有使用幾萬(wàn)塊的高級(jí)電腦，實(shí)時(shí)渲染的畫面有的時(shí)候顯得很平，很多地方有漏光的現(xiàn)象。近幾年如果你有所關(guān)注，屏幕類之間的陰影和屏幕間的全局光照，已經(jīng)逐漸的運(yùn)用在AAA游戲中，讓實(shí)時(shí)渲染的影子看起來(lái)真實(shí)了很多，不是真正完全物理光返照的。

在抗鋸齒方面，近幾年有很多例子都是關(guān)于這方面的，半像素抗鋸齒也是越來(lái)越好，大幅度的縮短了實(shí)時(shí)渲染和離線渲染的差距。如果大家有玩游戲的話，你可以想象，很容易看出來(lái)游戲中的鋸齒，有些散光的，如果解決這個(gè)問題，游戲的畫面看起來(lái)便更加像電影了。

在經(jīng)歷了頑皮狗的磨煉以后，我們從中制作了幾部實(shí)時(shí)渲染的短片和預(yù)告片，那個(gè)時(shí)候很多人就說(shuō)，看起來(lái)像電影的畫質(zhì)，完全覺得不像是游戲里面的，那個(gè)時(shí)候我覺得應(yīng)該是一個(gè)好的時(shí)機(jī)，是不是現(xiàn)在就是研發(fā)制作實(shí)時(shí)電影的最佳時(shí)機(jī)？所以我定辭掉頑皮狗的工作，冒險(xiǎn)一搏，因?yàn)槲蚁嘈努F(xiàn)在的確就是研發(fā)實(shí)時(shí)渲染的最好時(shí)機(jī)。

3月我們將《發(fā)條樂師》的一個(gè)測(cè)試場(chǎng)景短片發(fā)到網(wǎng)上的時(shí)候，很多人都有問，為什么那個(gè)角色是不動(dòng)的？因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在還在制作中，如果大家想看它動(dòng)起來(lái)的話，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注Unity下個(gè)月在德國(guó)柏林的一個(gè)演講，我們很巧妙的技術(shù)讓它動(dòng)起來(lái)而且用很方便的方法。


下面介紹我們?nèi)绾沃谱鬟@個(gè)測(cè)試場(chǎng)景。

首先是場(chǎng)景的搭建。第一步是原畫，場(chǎng)景的原畫分為兩個(gè)步驟，這是一部講述在一個(gè)小鎮(zhèn)上關(guān)于愛與舍取的故事。


我的畫稿發(fā)揮想象的同時(shí)也考慮到成本和制作的一些問題，以及實(shí)時(shí)渲染技術(shù)的一些局限。我們制作上會(huì)面臨很多挑戰(zhàn)，這也是在制作畫稿期間就需要充分考慮到的。我們希望角色與環(huán)境是互相匹配的，我們希望可以制作出令人印象深刻的角色以及美麗的場(chǎng)景。由于預(yù)算有限，在最初設(shè)計(jì)的時(shí)候，要考慮到技術(shù)的限制問題也是非常重要的，所以我寫下了我們想要的和不想要的。


我們開始第二步開始尋找參考資料，對(duì)于環(huán)境來(lái)說(shuō)，我們?yōu)g覽了上百個(gè)參考圖，在收集參考圖的過(guò)程當(dāng)中積累了一些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。


其中總結(jié)最重要的一個(gè)教訓(xùn)是，我們需要簡(jiǎn)化樹和植被的模型。這是我在舊金山植物園拍的照片，現(xiàn)實(shí)生活中的樹是很有意思的，但同時(shí)有太多的繁殖細(xì)節(jié)，如果我們追尋寫實(shí)的風(fēng)格，環(huán)境會(huì)顯得非常復(fù)雜，葉子的數(shù)量和植被樹皮節(jié)點(diǎn)幾何構(gòu)造數(shù)量會(huì)讓整個(gè)場(chǎng)景有過(guò)多的細(xì)節(jié)，會(huì)導(dǎo)致我們無(wú)法在實(shí)時(shí)渲染的場(chǎng)景中建造，所以我們需要簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。


如果大家有比較喜歡動(dòng)畫電影的話，應(yīng)該有聽說(shuō)過(guò)《睡美人》場(chǎng)景設(shè)置的主導(dǎo)Eyvind Earle， 他在動(dòng)畫界非常有名，他將超現(xiàn)實(shí)和插圖藝術(shù)的結(jié)合。受到超現(xiàn)實(shí)藝術(shù)的啟發(fā)，右邊選擇的畫面簡(jiǎn)化了數(shù)字的模型，使最終的結(jié)果不失美感，但是也不失細(xì)節(jié)。我非常喜歡冷暖色調(diào)的對(duì)比，在左邊的畫面，你看它的影子有藍(lán)色和橘色的搭配，我覺得這是個(gè)很巧妙的運(yùn)用。


以此為基礎(chǔ)，我起草了一個(gè)草圖，將草圖畫成了顏色腳本，這邊這幅圖是我畫的，這邊這幅圖和他一起的，這二幅圖是我畫的細(xì)節(jié)。


接下來(lái)是初模的建造，在實(shí)時(shí)電影建造中，初模建造比離線好很多，我們場(chǎng)景和燈光把同時(shí)開始制作，將顏色腳本和游戲試圖放在一起，隨時(shí)比較，隨時(shí)更改。左邊是游戲視圖，這邊是畫好的顏色腳本。所以我可以一直不停地對(duì)比。


在細(xì)節(jié)方面，我們運(yùn)用了可以反復(fù)運(yùn)用的貼圖，同時(shí)樹木的根部和場(chǎng)景反復(fù)的斟酌。


我們還嘗試了運(yùn)用高清渲染流程中的鑲嵌式平鋪功能，就像電影中一樣可以看到很多細(xì)節(jié)，鏡頭離遠(yuǎn)了以后細(xì)節(jié)就會(huì)逐漸消失，這樣的話可以減少算法，我們讓畫面看起來(lái)很立體，但是也不會(huì)加大很多的面數(shù)，使我們能在實(shí)時(shí)渲染上運(yùn)用。


這是最終的場(chǎng)景，我們的燈光師重塑了色彩腳本中明暗度和冷暖色調(diào)的搭配。


我們?nèi)绾蝿?chuàng)建角色呢？這是最終的角色設(shè)定。


其實(shí)在設(shè)計(jì)角色的時(shí)候我們不斷的更改設(shè)計(jì)，主要是為了技術(shù)上面的困難。


以下是我們發(fā)現(xiàn)的技術(shù)上的問題，我們把頭發(fā)編成辮子，避免排序的問題， 大家有做游戲的話應(yīng)該都對(duì)這方面很頭疼的問題，所以我們編成辮子來(lái)介紹，但是也有需要考慮的問題，把頭發(fā)搞成深色的，不用考慮陰影的問題。我們角色穿成寬松形狀簡(jiǎn)單的毛衣，這樣看起來(lái)她的服裝不會(huì)很單調(diào)。


首先是建模，你可以看到嘗試了很多次才達(dá)到了想要的面部效果，我和角色師爭(zhēng)論了好多次，第一個(gè)看起來(lái)好像很生氣一樣。


鎖定面部形狀以后，我們開始建造發(fā)卡，這也是在游戲中才有的畫面，因?yàn)閷?shí)時(shí)電影里面，游戲里面發(fā)卡能跑得動(dòng)，我們就要把它的形狀改成發(fā)卡。


下面一步是頭發(fā)的貼圖，里面大部分頭發(fā)是用不透明的模型，在左邊這一張，這樣的話我們就不用考慮那個(gè)問題，為了看起來(lái)真實(shí)，我們?cè)黾恿艘恍l紋，你可以看到，在加入條紋的時(shí)候是沒有縫線的，這樣很小的一張圖片可以讓頭發(fā)看起來(lái)有成千上萬(wàn)個(gè)發(fā)絲。


在這之前很多人問我怎么做這個(gè)發(fā)線的？我并沒有做任何動(dòng)作，在運(yùn)用條紋，鏡面反射貼圖中讓頭發(fā)看起來(lái)很真實(shí)，并不是用那個(gè)Wrinkle Map。


我們用X線做了很小的發(fā)卡，讓頭發(fā)看起來(lái)比較真實(shí)，但是并沒有加很多的，大部分還是用發(fā)卡做的，因?yàn)榧恿颂嗟脑挄?huì)影響運(yùn)行性能。


下一步是毛衣的建模，在原畫設(shè)計(jì)中毛衣形狀是非常簡(jiǎn)單的，但是我們不需要制作復(fù)雜的貼圖，使服裝看起來(lái)更真實(shí)。


但是簡(jiǎn)單的形狀并不意味著我們?cè)诩?xì)節(jié)上不用大作文章，為了使角色看起來(lái)可信，我們將毛衣的模型按照不同的織法紋理來(lái)分區(qū)。


在不同的區(qū)域添加不同的紋理，這是其中一張貼圖，這種貼圖是非常小的，我們當(dāng)時(shí)也沒有太多測(cè)試，我使用的是256×256的大小。在此基礎(chǔ)上加了很松散的發(fā)卡，使毛衣看很小更柔軟，發(fā)卡是非常松散的，確定模型面數(shù)沒有超標(biāo)。


經(jīng)常有人問到，是否能用發(fā)卡這樣的方式來(lái)制作實(shí)時(shí)的皮毛，答案是可能不行。因?yàn)樾枰蠹s十多位的卡片才能使毛發(fā)看起來(lái)更真實(shí)，小面積的還可以，如果做整只動(dòng)物的皮毛，模型面數(shù)就會(huì)太重，實(shí)時(shí)是跑不動(dòng)的，游戲中最常用的毛法的做法是使用一層半透明的貼圖，聚焦看的話其實(shí)可以看得出來(lái)是一層一層的，我在《神秘海域4》使用過(guò)這個(gè)方法，如果你看到模型是平的。因?yàn)槲以谶@部電影中沒有運(yùn)用到實(shí)時(shí)的皮毛。


這是角色的最終結(jié)果，大家可以看到，可以隨時(shí)的旋轉(zhuǎn)和放大任何一個(gè)方面來(lái)看它有沒有問題，就比傳統(tǒng)的電影制作方便很多。


最后一步是將環(huán)境和諧的和角色配合在一起。這就意味著我們必須剪掉角色上的環(huán)境燈光，并使角色重新打光。


我們可以感到，剛把角色放到場(chǎng)景中的時(shí)候，這個(gè)角色是非常亮的，比場(chǎng)景亮很多，這樣看起來(lái)就有點(diǎn)突兀。所以我們需要把所有環(huán)境的燈光在角色上要去掉，其實(shí)電影里面也有相關(guān)的做法，AAA游戲也是一樣的，環(huán)境的燈光在角色上面去掉，重新在角色上再打光。


我們的燈光師一個(gè)燈一個(gè)燈在不不一樣的場(chǎng)景里面加上不一樣的燈光，如果角色動(dòng)起來(lái)的話，其實(shí)那個(gè)燈光隨著鏡頭不一樣的調(diào)整動(dòng)起來(lái)，這些在電影中很常用的，但是電影上面就是要等渲染很長(zhǎng)時(shí)間，這個(gè)就會(huì)很快。


下面就是最終呈現(xiàn)的結(jié)果。


特別要感謝這幾位參與制作主要的成員，參與這個(gè)項(xiàng)目制作的一共有二三十個(gè)人。我們團(tuán)隊(duì)成員是來(lái)自世界各地，為了組成這個(gè)團(tuán)隊(duì)，而不受時(shí)間、地域的影響，我們運(yùn)用了Unity Collab，每個(gè)人參與項(xiàng)目的成員都可以實(shí)時(shí)的看到更新，我覺得非常方便。


最后感謝一下編寫這些工具的開發(fā)人員，使我們作品如虎添翼。


《發(fā)條樂師》還在制作之中， 我們也希望找收到更多的精英加入到這個(gè)項(xiàng)目中，如果感興趣喜歡挑戰(zhàn)自己作品的朋友，希望你能把作品發(fā)給我們，歡迎大家加入我們。謝謝 ！

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