文/我亂寫的原文地址：https://zhuanlan.zhihu.com/p/30990377

想了想好像在國產游戲開發(fā)中，真正稱得上電影級的游戲角色還真是不多，就算是射擊賽車之類的游戲，為了迎合大眾的審美口味，角色造型也是以偏日韓風格的唯美為主。所以國內游戲公司對制作寫實類型游戲角色的經驗大多也都比較淺（國外大作角色外包經驗不算完整經驗，模型資產只是整個角色制作流程中很小的一部分）。主機游戲中高精度的寫實角色在制作上和傳統(tǒng)網(wǎng)游角色差別是非常大的，流程上更接近影視。寫這個也是為了分享一點經驗，起個拋磚引玉的作用。本文由本人寫的我們游戲中的角色制作規(guī)范修改而來，業(yè)內人士也可以把它當制作文檔來看。

國內目前流行的是這種唯美的角色，嚴格來講不算太寫實。
即便是寫實為主的射擊游戲的臉型也更像玩偶而非真人
高精度的游戲角色一般在單機和主機游戲上應用比較多。相對于網(wǎng)游，因為游戲內出現(xiàn)的內容可控，通常情況下不用考慮用戶配置和多人在線的限制，所以在玩家控制的角色上能投入大量資源把角色做得很精細很生動，讓玩家游戲過程中能產生良好的帶入感，增加游戲感染力。在模型面數(shù)的預算上比多人游戲要高很多。PS3時代一個主角級別的角色面數(shù)通常在5萬面左右。ps4時代則升級到了15~20萬面。多邊形數(shù)量的提高帶來了角色細節(jié)的提升，從PS3到PS4，玩家能明顯感受到角色細節(jié)的變化。

古墓麗影9
古墓麗影10
模型

所以寫實類角色非常吃多邊形數(shù)量，要做出足夠生動的角色，在不超過面數(shù)限制的前提下，能用模型表現(xiàn)的細節(jié)就不要用貼圖。同時為了讓角色的動畫生動自然，在模型能夠運動的關節(jié)部位都需要留出足夠多的布線。布線應該盡量以4邊面為主，在重點區(qū)域需要重點照顧，比如眼睛，嘴等部位。而且能夠運動的部分的結構都需要用模型做出來。比如毛發(fā)，眼球，淚腺，眉毛，睫毛，口腔，牙齒，舌頭等。圖中是我們游戲中的角色，可以看到角色面部的多邊形數(shù)量是非常豐富的。


眼球和口腔的制作也要盡量按照真實眼球來做，至于為什么這么做下文會有解釋。

隱藏掉頭部后眼睛和口腔內的結構，這個畫面在很多游戲出bug的時候會經常看見
起伏較大的布褶也要用模型表現(xiàn)
貼圖

同樣高精度角色對貼圖分辨率要求也不低。一個角色通常由好幾張貼圖組成，貼圖分辨率一般在4K以上。根據(jù)換裝和shader的要求，貼圖會分為由皮膚，衣物，毛發(fā)，眼睛，其他組件等組成，根據(jù)實際需求增減。

一個角色的貼圖組成
模型和貼圖質量的好壞是游戲畫面的基礎，也是美術成本消耗最大的部分。隨著硬件機能的提升，一個高精度角色的制作周期也大大拉長，類似神秘海域那種精度的角色制作周期會長達數(shù)月。不少大廠也開始嘗試新技術如掃描建模來降低制作成本。但是對于現(xiàn)實中不存在的角色，還是需要美術自己動手制作，這也是一個非?？简灻佬g基本功的環(huán)節(jié)。

皮膚材質

當然光有模型和貼圖是遠遠不夠的，這篇文章也不是模型貼圖的教程。要做出令人信服的真實角色效果，材質表現(xiàn)更加重要。在本時代主機上，因為PBR（Physicallly-BasedRendering基于物理渲染）技術的大范圍使用，材質效果的真實性有了很大程度的提高。而如何表現(xiàn)真實自然的皮膚材質，更是提高的重點。

皮膚材質類型屬于次表面散射材質（Subsurface Scattering），顧名思義，就是光線會在物體內部產生散射，呈現(xiàn)出一種柔軟剔透的效果。簡稱3S材質。

生活中常見的玉、皮膚、蠟燭、水果、樹葉等都具有次表面散射特性
本時代成熟的3D引擎一般都自帶次表面散射的shader，例如在我們使用的虛幻引擎中，就可以將材質類型選為subsurface profile來配置次表面散射參數(shù)。通過修改指定的subsurface profile來調整出想要的皮膚透光效果，通過一張遮罩貼圖來控制不同部位散射的權重。


當然，真實的皮膚并不只具有次表面散射這一特性。除此以外，人類的皮膚上還有無數(shù)細小的毛孔，分泌的油脂，汗水等會影響皮膚表面的紋理，高光和光澤度。要想角色效果真實，這些細節(jié)也必須體現(xiàn)出來。我們的做法是在基礎紋理上疊加一張無縫的細節(jié)紋理來模擬皮膚表面細小的毛孔，皮膚的光澤度和高光分別由不同的參數(shù)控制強度，由遮罩貼圖控制其范圍和權重。


貼圖使用如下，皮膚部分基礎紋理一共三張，分別是顏色法線，和細節(jié)貼圖。其中3S貼圖和粗糙度，高光貼圖整合在一起，分別放置在RGB通道上。


材質節(jié)點如下


眼睛

接下來是眼睛。眼睛角色中結構最特殊的部分，也是最出彩的部分。一個水靈靈的眼睛能讓角色顯得神采飛揚。所以表現(xiàn)眼睛的重點是高光和反射。傳統(tǒng)的做法是將高光繪制在眼睛的貼圖上，這樣的缺點也很明顯，眼睛的高光是死的，不會隨環(huán)境的改變而改變。復雜一點的可能會單獨處理高光的位置，讓高光能有一定程度的變化。但是這樣也有缺陷，就是不能真實反應角色和環(huán)境之間的關系。因為眼睛質感其實像一個玻璃球，能反射出周圍景象和光源位置，所以在制作眼睛的時候，需要考慮到這個特點，對材質進行特別處理。

傳統(tǒng)網(wǎng)游的做法，將眼睛的高光繪制在貼圖上，實際上位置是不正確的
單獨處理過的眼睛高光，能一定程度模擬眼球的反射效果
為了得到真實的效果，眼球的建模也必須按照真實的結構來制作。人的眼球并不是一個標準的球形，眼球的前方有一個突起，里面填充著角膜和前角房等物質，瞳孔則是凹陷進去的，正是這個結構讓眼球呈現(xiàn)出一種特別的高光。


眼球的貼圖和模型比較簡單，但是材質比較復雜，虛幻引擎中提供了單獨的眼球shader，但是除了常規(guī)的顏色粗糙度高光反射屬性外，需要添加一個bumpoffset節(jié)點用來模擬瞳孔的凹陷效果，這樣才能得到正確的眼睛高光。另外，還需要一張切線空間貼圖來控制光線通過角膜產生的折射。因為引擎中光照的精度并不能總是滿足照亮角色眼睛的需求，為了讓眼睛看起來有水靈靈的質感，在眼睛的自發(fā)光通道上也加入了環(huán)境貼圖模擬眼球的反射。材質如下


眼球的效果，眼睛的高光和瞳孔有一定距離的，在光源不足的暗部可以提高環(huán)境反射讓眼睛看著透亮。


另外，在眼睛和眼皮相交的位置，為了呈現(xiàn)出眼睛的濕潤感，通常會單獨制作一個線條狀的模型放置在相交處模擬眼睛上的水分。同時為了讓眼睛在人臉上的位置關系更加明確，還會用透明貼圖模擬眼睛周圍的淡淡的陰影。

注意下眼皮和眼球相交位置的細小反光，這個是用模型模擬的，眼睛周圍的陰影也是用透明貼圖模擬的
毛發(fā)

毛發(fā)一直是實時渲染中的難點，傳統(tǒng)的做法是透明貼圖面片模型。這樣做的問題也是一大堆，比如不夠真實，排序問題，運動困難，費資源等等?，F(xiàn)在有了實時毛發(fā)，可以解決一些真實性和運動的問題，缺點就是更費資源，同時因為技術不夠成熟，在某些硬件上可能會有bug。為了方便優(yōu)化和照顧大眾配置，大部分游戲還是使用傳統(tǒng)做法，用貼圖加面片表現(xiàn)。通過改進shader，傳統(tǒng)做法也能取得不錯的效果。

毛發(fā)有以下幾個特點：1，頭發(fā)的高光并不是匯集在一個點上，而是沿表面散開。這種效果通常被稱為各向異性反射（效果見洗發(fā)水廣告）。2，光線會穿過毛發(fā)，所以稀疏的發(fā)絲會比濃厚的發(fā)絲看起來顯得更亮。3：發(fā)根和發(fā)梢因為粗細程度不一，光源穿過的效果也會不同，并且導致每縷頭發(fā)上顏色上也會有區(qū)別。

虛幻引擎提供了單獨的毛發(fā)shader，毛發(fā)shader用散射Scatter，切線tangent代替標準材質中的金屬度和法線。另外還增加了背光backlit參數(shù)，但實際上并沒有什么卵用。

基于shader的變化，貼圖繪制的要求也發(fā)生了改變。毛發(fā)的貼圖由五張貼圖組成，分別是diffuse貼圖，控制顏色，alpha貼圖，控制不透明區(qū)域，root貼圖，控制發(fā)梢到發(fā)根的變化，depth貼圖，控制頭發(fā)的層次感。貼圖效果如下


材質節(jié)點如下，看不清也不要緊，這些官方范例里都有


值得一提的是為了表現(xiàn)出良好的發(fā)絲效果，alpha貼圖中的發(fā)絲要畫的比較粗，必須一根一根的都能看出來，而不能按常規(guī)做法一縷一縷的畫。另外這個shader對毛發(fā)面數(shù)要求比較高，必須要有足夠多的面數(shù)才能呈現(xiàn)出比較好的效果，我們角色毛發(fā)就使用了18000個三角面。

毛發(fā)效果

背光效果，可以看出發(fā)絲邊緣呈現(xiàn)出真實的透光感

最后是角色整體效果


官方參考文檔：照片級角色
光照

僅僅完成角色模型貼圖和材質的制作是遠遠不夠的，必須要放到游戲的實際環(huán)境中運行才能看到最終效果 。因為光照環(huán)境的改變，所以角色在游戲中實機運行的效果和預覽效果經常有很大差別。

引擎中的光照一般分為靜態(tài)光照和動態(tài)光照。在虛幻及大多數(shù)引擎中，靜態(tài)光源只影響靜態(tài)物體，而角色屬于動態(tài)物體，要照亮角色，必須使用動態(tài)光照。但是在不開啟動態(tài)全局光的前提下（也不建議開啟），動態(tài)光源是不會產生間接光照的，所以角色的陰影效果會很難看。所以需要在場景中放置LightmassCharacterIndirectDetailVolume（作用類似于unity的Light Probes），讓靜態(tài)光照烘焙產生的間接光能影響角色。

動態(tài)光照可以同時照亮角色和靜態(tài)物體，但是不會產生間接光照，所以陰影的效果非常難看
靜態(tài)光照會產生間接光照但是不會照亮動態(tài)物體，所以角色只收到間接光照影響，沒有被光源照亮
同時受間接光照和直接光照影響的角色，陰影效果自然了很多
所以在游戲場景中角色能到達的區(qū)域，必須保證角色同時都收到間接光照和動態(tài)光源的影響。另外天光也能有效的改善角色的光照效果，但是天光也有其自身的局限性。天光作為無方向的光照，會讓整個暗部的效果平淡，缺乏細節(jié)層次變化，另外在室內環(huán)境中，天光的效果并不是很理想。

有光照就會有陰影，陰影精度的效果對角色影響極大。在3D游戲中，影子都是非常消耗渲染資源的。所以實時光照的陰影精度都不會很高，這就會導致游戲中角色細節(jié)大量丟失。因此角色的陰影一般都需要單獨處理

默認陰影效果，可以看到臉上五官的體積感很差
提高陰影精度后的效果，角色的五官毛發(fā)都變得立體起來。
之前說過，陰影的渲染非常消耗硬件資源，所以角色的光照和投影一般都是和場景采用不同的通道處理，某些時候會為角色單獨設置一套光照。

表情

動不起來的角色做得再精細也是無法讓玩家產生代入感的，表情則是角色動畫中比較難表現(xiàn)的部分。不過隨著技術的進步，低成本的表情捕捉也可以做到不錯的效果。一個kinneck攝像頭配合faceshift表情捕捉軟件，花費數(shù)千元就可以在普通PC上實現(xiàn)表情捕捉效果。但是在次之前有大量前置工作需要準備。

表情的制作通常有兩種方案，一種是骨骼驅動，根據(jù)生物面部的肌肉結構創(chuàng)建骨骼，通過骨骼驅動模型表情。這樣做的優(yōu)點是調整方便，缺點是需要大量骨骼支持才能做到自然的表情運動，優(yōu)化起來略麻煩。例如神秘海域4的角色面部就使用了500多根骨骼。另一種是變形器驅動。制作大量morhp target模型，用頂點變形的方式實現(xiàn)表情運動。優(yōu)點是可以實現(xiàn)很多細膩的表情效果，缺點是調整麻煩，需要制作大量模型。在我們的游戲中，經過評估測試，決定采用第二種方式。

骨骼驅動的面部表情
morhp target驅動的表情，需要制作大量有不同表情頭部模型
任何捕捉得到動畫數(shù)據(jù)都是不能直接使用的，捕捉的過程中會產生大量錯誤，為了修正這些錯誤，最后呈現(xiàn)的動畫仍然需要美術手動調整。另外真實的角色動畫在游戲中是比較復雜的技術，后面有空再寫。

最后核算一下成本吧。高精度模型和貼圖的制作通常要花費數(shù)月時間，根據(jù)要求不同，人工成本可能會有3到5萬。shader的編寫和調整也要花上一兩個月時間，成本2~3萬。然后就是表情制作也要花上幾個月的時間，成本差不多也的5萬以上，再加上角色動畫，以刺客信條那樣的動作游戲為例，一個角色大概需要500種以上不同的動畫來驅動，需要動用演員捕捉，動捕設備和場地，然后動畫師修正數(shù)據(jù)，加起來成本也得30多萬了。最后再在引擎里整合，優(yōu)化。加上特效換裝什么亂七八糟的功能，一個高精度的游戲角色開發(fā)成本上百萬并不稀奇，當然流程熟練的話成本會低一些，如果不熟悉，中間犯點什么錯誤需要來回返工，再多花一倍的錢也是有可能的。而這只是一個角色。如果是像大型網(wǎng)游這種動不動幾十個職業(yè)門派種族的，都用這種規(guī)格來開發(fā)，幾千萬就沒了，所以一般也只有單人游戲的角色才會這樣做。當然，隨著技術的進步成本也會降低，所以未來高精度角色在游戲中的應用會更加普遍。

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