毛发渲染如何才能做到以假乱真

发布日期: 2017-08-01 14:32:42 阅读量:

毛发 渲染

      毛发渲染应该算的上是所有渲染中最难的一项了,因为渲染师的功力决定渲染对象能否骗过观众的眼睛,达到以假乱真的效果,很遗憾的是,放眼看去,不论是国内还是国外,毛发渲染都是大问题,尤其是国内的毛发渲染,实在是让人诟病之处太多。


      2015年3D动画电影《大圣归来》上映,很多人看过电影之后,都生出了一种国漫崛起有望的欣慰之心。相比于以往国产动画简单粗暴的画风来讲,《大圣归来》采用了实景拍摄和CG制作相结合的方式,所以动画不论是人物还是场景看上去都很逼真,画面也是唯美梦幻十足。
 
      和其他国产动画相比,《大圣归来》的确可以称得上是好莱坞级别的视觉效果,但是和迪士尼、梦工厂等经典动画人物相比,《大圣归来》里的孙悟空这个形象就显得有点小儿科了,尤其是动画里孙悟空像被抹了发胶一样的毛发,纹丝不动,导致孙悟空在人物形象方面看起来略有点僵硬。

      毛发渲染一直是国内CG制作方面的短板,不仅仅是因为技术限制,还有每帧价格高昂的渲染费用,如果这一切没有“金主”加持是很难实现的。

      想要让CG制作中的毛发看起来逼真自然,真的是一个既复杂又简单的问题。简单的是在动画角色建模时对角色的每根毛发单独建模渲染,这样就可以做出自然随意的毛发造型。复杂的是由于毛发串的数目巨大且排列错综繁复,导致计算次数过多不适合实时应用。
 
      为了节省渲染时间和制作成本,很多人就选择了对邻近区域的毛发建立单一的模型,让这些毛发具有相似的造型和机械行为,以降低模型的复杂度和减少计算量。但是这种做法的缺点就是形象失真,角色皮毛没有蓬松感。

      毛发渲染这方面的技术问题不妨以迪士尼作为参考。在动画电影方面迪士尼是行家,他们又是如何解决动画人物负责的头发和皮毛的呢?

      光线的处理对毛发渲染很重要,不同的光打在不同角度所呈现出来的效果决定了动画形象看上去是否自然,迪士尼的全局光照渲染器Hyperion可以让动画片的场景和人物的真实感大大提升。

      渲染器Hyperion的研发初衷是为了《超能陆战队》里胖乎乎又温暖的大白,这个半透明的胖子在渲染过程中遇到了光线问题,而Hyperion的主要作用就是追踪光线轨迹,它可以处理所有的光线,对它们进行分类,然后计算投射在某一点上的所有光线,Hyperion每帧可以计算上百亿条光线,这款凝聚了迪士尼两年心血的渲染器用在毛发渲染方面效果也是意外的好。
 
     《疯狂动物城》去年可算是在朋友圈刷了屏,朱迪和尼克这对兔子和狐狸的奇特组合征服了很多观众,在电影中有总共有64个不同的物种,相当于约80个不同的人物模型。其中主角兔子和狐狸每个都要求250万的毛发,长颈鹿角色有900万的毛发,甚至沙鼠也要48万。 这部动画片里,各种各样的动物,各式各样的毛发该如何渲染对迪士尼来说是一个大挑战。

      迪士尼通过iGroom软件制作了一个「虚拟皮毛层」,动画制作者可以通过调整「虚拟层」的厚度来表现出毛发的「浓密感」,看这个胖乎乎的豹警官毛茸茸的脸就是通过这个技术制作出来的,是不是很想摸一把?
 
      另外迪士尼在渲染器Hyperion独有的光线轨迹追踪功能上添加了“皮毛模式”,在不同动物的皮毛身上,Hyperion完美还原了出了光照的效果。

      所以,想要让毛发渲染达到以假乱真的效果,有两点很重要。

      首先是要认真观察所渲染对象的真实毛发状况是怎样的。《金刚骷髅岛》里巨型金刚毛发布满全身,有1900万根之多,制作团队专门辟出两位组员负责金刚的毛发部分,两个人花了将近一年时间,仅仅为让金刚的卷毛能够变化方向。他们研究了金刚不同部位毛发长短和生长方向,以及自然状态下和有风时毛发的变动方向,甚至还专门开发出了一项新技术,可以在金刚的毛发上添加树叶、棍子和结块的泥土,以及围绕金刚转的小飞虫,只为达到逼真的效果。
 
      然后是尽量扩大采样率,毛发是一种非常高频的几何,采样率偏低的话捕捉信息就会变得很困难,所以增加超采样数量是解决问题的方法。如果为了节省成本在建模时采用的模型过于单一,渲染后就会出现呆板僵硬的问题。

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