譯/依光流

當(dāng)今市場中，3D卡渲無疑是最熱門的一個(gè)技術(shù)競爭領(lǐng)域，此前也有不少廠商分享了各自基于不同引擎的3D卡渲實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

前幾個(gè)月葡萄君分享了萬代南宮旗下一款基于UE4制作的賽璐璐3D卡渲產(chǎn)品《藍(lán)色協(xié)議》的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，提及它的風(fēng)格選擇、實(shí)現(xiàn)思路，以及相關(guān)的基本手法。

就在前不久日本舉辦的CEDEC 2021開發(fā)者大會(huì)上，萬代南夢宮Studio的執(zhí)行技術(shù)總監(jiān)大井隆義又以《實(shí)裝篇》為題，進(jìn)一步分享了《藍(lán)色協(xié)議》在實(shí)現(xiàn)賽璐璐3D卡渲時(shí)，針對UE4引擎進(jìn)行的技術(shù)改造。

在大井隆義看來，一般的賽璐璐shading手法，要么不使用游戲引擎自帶的光照系統(tǒng)，自行處理光照，要么是對引擎渲染出來的畫像進(jìn)行后處理讓它看起來有動(dòng)畫的風(fēng)格。這類手法的參考資料已經(jīng)非常多了，但不改造引擎的做法有好有壞。

比如在UE4當(dāng)中，不使用光照系統(tǒng)，相當(dāng)于拋棄了UE4自身畫面表現(xiàn)極其豐富的一大特色，轉(zhuǎn)用后處理的做法，又相當(dāng)于在已經(jīng)渲染好的東西上再加一層多余的表演處理。于是萬代南夢宮Studio嘗試的是：如何在不遏制UE4功能的前提下，針對想要實(shí)現(xiàn)的渲染效果進(jìn)行最小限度的引擎改造。

首先是為了生成陰影的光照處理。在《藍(lán)色協(xié)議》中，比較獨(dú)特的地方是，1個(gè)角色模型對應(yīng)著兩種法線數(shù)據(jù)。其中一種是模型數(shù)據(jù)自身的法線，另一種則是畫師繪制的法線。下圖右上是模型法線，右下是手繪法線。

直觀地對比一下就能看出，模型法線呈現(xiàn)出了3D角色豐富的立體感，而另一套法線看起來就比較糊，尤其是角色面部的細(xì)節(jié)層次感不強(qiáng)。

原因在于，在通常的動(dòng)畫作品中，大多數(shù)的角度來看，在光源相反的臉頰邊緣，都會(huì)以簡潔的線條來區(qū)分出面部的陰影。而鼻子這類突出的位置，大多數(shù)情況都不會(huì)重點(diǎn)繪制陰影（具體情況根據(jù)畫風(fēng)也有差別）。所以使用相對模糊的法線數(shù)據(jù)，反而能呈現(xiàn)出更貼近動(dòng)畫風(fēng)格的陰影表現(xiàn)。

此外，角色面部還搭在了捏臉功能，總共可以分割為6個(gè)部件。如果將這些部件單獨(dú)計(jì)算為一個(gè)物件進(jìn)行輸入，每個(gè)部件都會(huì)呈現(xiàn)出自己的邊緣，所以需要將他們囊括為一個(gè)整體進(jìn)行輸入，邊緣部分的法線才能銜接順暢。

通過手繪法線的數(shù)據(jù)以及主光源數(shù)據(jù)，就可以計(jì)算出角色的陰影。在《藍(lán)色協(xié)議》中用到的皮膚陰影，屬于動(dòng)畫術(shù)語中的一級陰影。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)效果，首先需要準(zhǔn)備一張二值化處理（將圖像上的像素點(diǎn)的灰度值設(shè)置為0或255，即黑白化）后的遮罩。再保證即便存在再多光源，作用到角色陰影的只有主光源。

然后用主光源，以及通過手繪法線得到的二值化陰影數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，在明亮處使用角色基本色，在暗處則使用陰影色來進(jìn)行著色。這樣一來，一個(gè)角色的動(dòng)畫式著色就算完成了一大半。其中關(guān)鍵在于角色陰影只受主光源的影響這一點(diǎn)。

當(dāng)存在主光源以外的點(diǎn)光源時(shí)，為了保證不出現(xiàn)干擾的陰影效果，光照效果需要無視法線只呈現(xiàn)與光源的距離關(guān)系。這種情況下，亮度過高的情況會(huì)比較常見，所以需要再做調(diào)整。下面這張幻燈片也是亮度過高的例子。

天空光、間接光也是如此，在渲染的時(shí)候都會(huì)基本無視發(fā)法線，這樣就可以將外部光的色彩影響控制在最小的范疇內(nèi)。盡管不是完全沒有影響，但這種做法首要考慮的是優(yōu)先呈現(xiàn)角色自身的顏色。畢竟藍(lán)天背景下，背景求的顏色是藍(lán)色，如果影響到角色也泛藍(lán)，就會(huì)顯得很奇怪。

此外，高光（鏡面反射光）要素也進(jìn)行了一系列的特殊處理，其中最明顯的就是頭發(fā)。高光處理時(shí)，首先生成一張將Blinn-Phong模型二值化以后的高光遮罩，緊貼在高光出現(xiàn)的部位。頭發(fā)中間部分的高光偏圓偏小，周邊部分的則是偏細(xì)長。這些形狀差異，是根據(jù)相對物件重心的距離，來擴(kuò)大或縮小高光遮罩而實(shí)現(xiàn)的。

需要注意的是，即便角色的輪廓沒有逆光，也需要加上邊緣光的處理，來強(qiáng)化與背景分開的立體感。邊緣光的處理，是基于深度buffer的內(nèi)容用Sobel filter提取出邊緣數(shù)據(jù)，然后加強(qiáng)其亮度。不過這種做法需要追加一條渲染管線。

另外在filter的階段，通過offset可以調(diào)節(jié)輪廓線的粗細(xì)，也能順著輪廓添加邊緣光。而且在不希望出現(xiàn)邊緣光的地方（比如因?yàn)榻巧巢康墓庠瓷申幱暗牡胤降龋?/span>，還可以實(shí)施進(jìn)一步的遮罩處理。

輪廓線在動(dòng)畫風(fēng)當(dāng)中占據(jù)了相當(dāng)重要的位置，它的處理也需要下功夫。

輪廓線的處理是依靠深度值進(jìn)行判定，然后通過Sobel filter檢測邊緣部分，在深度值較大的一側(cè)繪制輪廓線。角色數(shù)據(jù)中，頂點(diǎn)色2是輪廓線使用的數(shù)據(jù)，其中通過ID編排，存放了不同部位、不同粗細(xì)的數(shù)據(jù)，在繪制輪廓線的時(shí)候會(huì)被使用。在面部這類不希望出現(xiàn)輪廓線的地方，可以調(diào)整深度值，讓它更不容易呈現(xiàn)出輪廓線。

通過反轉(zhuǎn)深度值就可以指定不希望出現(xiàn)輪廓線的位置了。

值得注意的是，輪廓線可以想象成在角色的外側(cè)進(jìn)行了繪制。這是因?yàn)楫?dāng)畫面太小時(shí)，如果在物件內(nèi)部繪制輪廓線，會(huì)讓物件看起來更小。

此外，前面提到的部件ID也會(huì)在物件邊界部分的輪廓線上進(jìn)行計(jì)算，即通過ID檢測出邊緣，然后在深度值較大一側(cè)繪制輪廓線。

而在手指等深度值相差較小的，很難分配ID的部位，就需要使用通過法線來判斷輪廓線的方法。同時(shí)，手繪法線也在事先準(zhǔn)備好了，這里也會(huì)合成這方面的數(shù)據(jù)。

《藍(lán)色協(xié)議》的角色還會(huì)表現(xiàn)出動(dòng)畫、原畫中常見的，眉毛呈現(xiàn)在頭發(fā)上面的效果，這是模擬透過頭發(fā)看見眉毛的效果。技術(shù)上，則是先制作一張眉毛形狀的遮罩，防止頭發(fā)覆蓋眉毛的處理手法。換句話說，單純?yōu)榱诉@個(gè)效果，就追加了一層渲染管線。

除此之外，輪廓線對Temporal AA的兼容性不好，容易被模糊處理，所以需要使用Responsive AA的抗鋸齒處理。Responsive AA會(huì)使用模板，盡可能保持現(xiàn)在的圖像輪廓，再實(shí)現(xiàn)一個(gè)類似Temporal AA的效果，盡管抗鋸齒效果會(huì)偏弱，但對于張力比較強(qiáng)的圖像來說，這種效果反而更好。

另外外部物件的陰影有時(shí)也會(huì)落到角色身上，但除了面部陰影以外的不會(huì)使用到角色的selfshadow，所以處理角色的shadow map（比如落到地面上的陰影）時(shí)，只使用角色自身的影子。

不過，游戲使用了一些類似selfshadow的表現(xiàn)來作為代替。即使用offsetshadow比較臨近物體的深度數(shù)據(jù)和通常畫像的深度數(shù)據(jù)，然后寫入一張用來區(qū)分基本色和陰影色的二值化buffer。這樣一來陰影部分就會(huì)擴(kuò)散開來。

最后用diffuse后處理，使明亮部分進(jìn)行擴(kuò)散，這個(gè)功能也可以用Bloom代替，但是會(huì)與特效部分的Bloom處理沖突，所以項(xiàng)目組最后選擇在另一邊使用這個(gè)功能。

進(jìn)行這一連串的處理之后，《藍(lán)色協(xié)議》的3D賽璐璐風(fēng)就實(shí)現(xiàn)了出來。當(dāng)然，這也是在原本的UE4的渲染管線之上，追加了多層處理工序，deferred rendering的6個(gè)G-buffer幾乎所有通道都被用上了。在大井隆義看來，要做好賽璐璐動(dòng)畫風(fēng)格的3D渲染，絕對不是一件處理起來比較簡單的事情。

萬代南夢宮Studio這次針對UE4引擎的改造，基本都是集中在渲染通道的追加上，除此之外的引擎升級問題算是勉強(qiáng)處理完了。而這些改造比起追求物理的真實(shí)性，更傾向于實(shí)現(xiàn)創(chuàng)作者的想法和追求。「如果這么改動(dòng)，會(huì)不會(huì)更有感覺？」這種不斷探求的欲望，是大井隆義認(rèn)為最重要的思考。

在葡萄君的上一篇文章中提到過這個(gè)產(chǎn)品的技術(shù)探索思路：用大量細(xì)節(jié)的打磨，去摸索制作組最希望達(dá)到的效果。

這決定了《藍(lán)色協(xié)議》不會(huì)簡單套用市面上某個(gè)模板，其實(shí)不難發(fā)現(xiàn)，自《藍(lán)色協(xié)議》曝光以來的兩年里，這款產(chǎn)品細(xì)微處的技術(shù)手法一直有不小的變化，我也很想看看最終這款產(chǎn)品會(huì)變成什么樣，拿出什么級別的技術(shù)呈現(xiàn)。

而每次看到類似的技術(shù)分享，葡萄君都會(huì)忍不住期待一下，3D卡渲已經(jīng)成為標(biāo)配和競爭入場券的國內(nèi)市場里，什么時(shí)候會(huì)迎來風(fēng)格與細(xì)節(jié)技術(shù)明顯分化的產(chǎn)品浪潮。也希望在這個(gè)浪潮到來之前，這類技術(shù)分享能為開發(fā)者提供一些不同的思路。

文章來源：

https://www.4gamer.net/games/467/G046741/20210826001/

游戲葡萄編譯整理

游戲葡萄招聘產(chǎn)業(yè)記者/內(nèi)容編輯，

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