從《BLAME!》說開去——新一代生產級卡通真實感混合的渲染方案Maneki


《BLAME!》是Polygon Pictures Inc.(以下簡稱PPI)創業33周年以來制作的第一部CG劇場電影,故事來自於貳瓶勉的同名漫畫作品(中文譯名為《探索者》或者《還特工次世代》)。也算是我本人來到日本之后參與制作的第一部長片。由於從頭設計了流程,時間跨度約莫從2015年開始,以《Knight of Sidonia》為基本素材進行實驗和改進,雖然中途發生了一些波折,也有許多地方的進步,但是最后終於如期發布。詳情請訪問blame.jp。制作細節就此逐漸公開發布。

因為在這里有一些革命性的手段,這些是日本動畫業界,尤其是2D動漫業界沒有想到過的方案,直接引入電影級別離線渲染的技術制作。聽起來仿佛非常的廣告用語,宛如培訓機構的套話,其實如果展開來說,牽涉到了完全不同思路的問題。倘若你了解任何一家日本動畫工作室,比如Oxybot、白組、Ufotable、anima等,制作流程上,思路上大同小異,使用Pencil或者mental ray制作基礎的角色,使用特效軟件比如Houdini制作特效部分,最后后期疊加。流程上說起來大同小異,但是實際運作起來,尤其是Lighting,思路上有巨大的不同。傳統的方案,都是只用渲染器生成所有需要的Pass和Mask,然后進入后期軟件中進行Lighting。對比真實動畫的PBR流程,這種方案其實這個不能算是真正的Lighting,而且缺陷很明顯。

  • 嚴重依賴於后期軟件,分辨率受限,需要的時候無法立刻重置高清版版本。尤其是對於如今的VR來說,不好意思,如今的TV動畫,放大了之后在人的眼里都是鋸齒。如今的OVA,都是放大上去的高清,其實談不上高清,只是分辨率高了,模型鋸齒什么的,都完全的清晰可見。
  • 10年前開始推行電影3D技術,發明了Multi Camera Rendering,如今有了VR等等更多的渠道。那么答案顯然易見,你只有選擇合適的工具才能實現。這一點只有電影級工具才考慮了這么多未來需求,純粹的動漫技術都是非常低級的。
  • 后期占用大量的存儲空間、處理時間。因為在Nuke里進行復雜場景的合成與渲染,一定比直接從Maya里渲染Single Beauty還慢。這一點在本片的制作中得到了充分的證明。
  • Pencil、mental ray這些軟件在處理幾何體上遠遠不如影視級別渲染器,對比3Delight、PIXAR RenderMan、Arnold等等。這樣極大的限制了幾何體的細節豐富程度,所以一定無法在有效的成本之下制作高度復雜的場景。
  • 渲染上非常受限。歸納起來所有的工具鏈,無論是mental ray、Pencil、PIXAR RenderMan等等,要么只能做NPR,要么只有PBR,而且沒有提供完整的功能合集,可以橫跨兩個領域。對於未來作品藝術上的拓展性也就是個巨大的限制。

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上傳圖片的方法

這個項目完全使用了3Delight。由於和DNA Research的良好合作伙伴關系,在制作過程中由於NPR的一些特殊需求,我們直接得到了3Delight的內部支持,一起合作添加一些NPR渲染才需要的功能,比如革命性的可編程邊緣檢測(Programmable Outline Detection)。這一點在任何的渲染器中都不曾有過。在Look Development的過程中,我們引入了物理真實感渲染中的一些概念,比如

  • 卡通次表面散射(Tone Subsurface Scattering)
  • 物理級正確的透明勾邊(Physical-Corrected Transparency Outline)
  • 完全程序化生成的眼睛(Procedural Toon Eye)
  • 完全程序化生成的卡通頭發(Procedural Toon Hair)
  • 前期生產配合統一的完全可視化的卡通調色方案(Unifield Visualization System for Color Palette/Script)

制作上可以說可以完全拋棄手繪的參與,一切都用機器生成的思路進行。這些是匠氣濃郁而輕視技術的傳統日本動畫流程中所絕對不敢想的功能,極大的豐富了畫面的感覺,也提高了流程的的效率。特別需要提到的是完全程序化的眼睛和頭發,完全更改了以往的制作方式,使得更加的可控,可以快速的生成任何角色的效果,徹底的程序化控制,擺脫人力多層繪制,再來生成貼圖這種低效率的方案。最后一項配色方案,可以說徹底的顛覆了日本動畫30年來對“調色盤”的概念,可以保證在后期軟件中進行設計的結果,克服了經典的調色盤系統,可能存在返工,修改周期長成本高的缺點,可以做到直接和Beauty渲染的顏色上完全一樣,讓前期與后期完美的統一。

由於3Delight對原生RenderMan的良好兼容(諷刺的是PIXAR倒是完全放棄了RenderMan的老標准),這里完全是使用的RenderMan Shading Language,即RSL進行的制作。可能一些CG從業人員會認為RSL已經老去已經過時,其實此言完全詫異。就有的RSL,由於比較的底層,可以訪問照明循環(復習一下illuminance()和RenderMan的Message Passing,都是多么強大實用的生產級別功能),可以隨意的發起任意的渲染操作(trace、gather),提供最豐富的函數支持,所以對於混合渲染(Hybrid)來說,是最具靈活性的方案,可以任意的切換GI與NPR的組合,可以隨意的對物體的渲染結果進行控制。這一點,其他渲染器的Open Shading Language完全無法做到,因為一切都變成了渲染器的內部邏輯,用戶不再可控。非專業用戶會認為OSL比起RSL具備多少革命性的優勢,那么我可以很坦然的說,從JIT代碼生成的角度來看,無非就是OSL使得用戶把一部分邏輯代碼內植入了渲染器本身,而不是讓用戶自己控制。其他的SIMD代碼生成,可以說並無任何區別。當然對於Shader開發來說是極大的簡化,其實也是極大的限制,這一點不是所有人都能夠意識到。3Delight可以做到,因為是完全自己制作的OSL后端,並且拓展了OSL語言本身的功能,這一點SIGGRAPH 2016之后大家都會看到。

開始說本片的缺陷部分。提前聲明,這個片子的制作,我們只提供渲染和制作方案,具體的生產還是日本人定奪,具體的效果在我們控制之外,不是我(們)的責任。

而且這里要是以為核心競爭力在於用什么軟件,比如這里我反復提及的3Delight,那么你就錯了。因為傳統動畫從業人員,包括數以億計的動畫愛好者,本身並不是專業出生,倘若深刻的理解了計算機編程圖形學等等,這才是萬里長征第一步,還得深刻的理解生產,和知道為了實現效果所牽涉的所有技術和可能出現的問題,這個時候就完全脫離了軟件本身的范疇。多年來國內動畫行業貫徹的那一套思路和教育方法,學軟件,買軟件,用軟件,做出來的東西,無論是《熊出沒》還是《爵跡》,更不提各種國產港產特效電影,技術上藝術上都是雙重垃圾,絕對達不到國際競爭力的可能。當然這個話題很遠了,就此打住。

日式動畫=主角+簡單的特效+背景,這種模式已經走到了窮盡,一定無法適應未來的需求。看一下手繪的背景,多么的粗糙,毫無動態性可言。如果是電影級別的方案,聯系到這樣的一個機械城市題材,那么一定存在大量的Procedural,一定是在鏡頭中,觀眾可以感知場景的動態變化,而不是黑乎乎的背景,然后利用景深來掩蓋低分辨率的事實。所以這個動畫的角色部分過於精細,而其他元素顯得粗糙,是一個非常顯然的缺陷。當然這個是日式所有動畫產品的缺陷,過度依賴角色和故事以及劇情,場景元素上非常的單一,其實並不是日式的特色,而是對缺陷和能力的掩飾。

那么很顯然的,當場景元素特別多,比如需要渲染一個城市的時候,這個時候固守殘缺的工具鏈都無法使用,技術級別一定向着電影級靠攏。這個其實日本人整體電影工業都做不到,所以對於動畫也就不能指望達到。所以這個限制也來自於工具——比如mental ray渲染Subdivision多么的耗費內存,速度多么的慢,想必任意一個當年用過RenderMan和mental ray的人,都知道哪一個才是真正的可行方案。記得去年SIGGRAPH Asian 2015 Kobe,有一個特殊的會議,日本的動畫公司聚在一起討論,如果未來沒有了mental ray怎么辦,還希望Autodesk做一些事情。那么答案是顯然易見的,Autodesk絕對不會理睬這群低端客戶,當然也不會繼續維護mental ray的插件。

再來,沒有表現好材質,尤其是這種金屬高科技材質,高反射率金屬。當然在傳統的動畫中,這個是被忽視的,或者說是沒有這種印象的,一切都是高度的Diffuse,一切都是Clamp/Step。這個其實主要是藝術導演的守舊所致,因為存在Step+Realistic的最佳組合,而在這部片子中除了主角Killy的皮衣,其實就是3D Diffuse加上的Rim Light,其他的都是Clamp。當然如果是為了照顧2D Anime的風格,這個主角的臉、眼睛、頭發這些元素可以遵守風格,但是其他的材質顯然可以大幅度的提升。

非常歡迎國內圖形學屆和動畫游戲行業的朋友一起探討,我也在積極的尋找合作的機會,共謀本土大業。

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