三維動(dòng)畫制作中的高效染料技術(shù)

三維動(dòng)畫作為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與傳統(tǒng)視覺(jué)效果藝術(shù)相結(jié)合的藝術(shù)形式，其豐富的表現(xiàn)手法使生動(dòng)的圖像充滿活力。三維動(dòng)畫作為一種合適的工業(yè)生產(chǎn)的屬性，在原創(chuàng)動(dòng)畫中所占比例較大。逼真是三維動(dòng)畫美學(xué)的重大特征。視覺(jué)的感觀是人類接收信息的主要方法,因此視覺(jué)效果的刺激效果也最為顯著。在當(dāng)今的三維動(dòng)畫生產(chǎn)制作中,分層渲染是很熱門的一個(gè)課題,也是一個(gè)很傳統(tǒng)的問(wèn)題,相信很多參與過(guò)動(dòng)畫或影視項(xiàng)目的人都使用過(guò)分層渲染來(lái)解決最終的渲染問(wèn)題。因?yàn)楝F(xiàn)在許多動(dòng)畫創(chuàng)作者制作的動(dòng)畫越來(lái)越復(fù)雜,復(fù)雜的程度已經(jīng)大大超過(guò)了硬件渲染可以承受的程度。當(dāng)動(dòng)畫開(kāi)始渲染的時(shí)候,渲染器會(huì)先讀入場(chǎng)景的數(shù)據(jù)資料,然后將其放在內(nèi)存里。如果制作的場(chǎng)景十分復(fù)雜,需要的內(nèi)存就會(huì)成倍地增加,尤其是當(dāng)內(nèi)存不足的時(shí)候系統(tǒng)會(huì)使用虛擬內(nèi)存,但是使用虛擬內(nèi)存會(huì)大大減慢渲染速度,在渲染動(dòng)畫的時(shí)候這種減速是絕對(duì)致命的。分層渲染技術(shù)很早就被廣泛使用了,不光我們熟知的三維動(dòng)畫電影都使用了分層渲染技術(shù),在游戲、建筑動(dòng)畫以及靜幀真實(shí)感圖像也同樣用到了。那么分層渲染能為我們帶來(lái)什么呢?答案是效率與質(zhì)量的保證,可以在極高的工作效率情況下保證優(yōu)秀的畫面質(zhì)量。分層渲染的好處是在保證質(zhì)量的同時(shí)加快渲染速度。我們知道,在CG動(dòng)畫生產(chǎn)過(guò)程中,要渲染好一部完整的動(dòng)畫必須要有大量的時(shí)間。但在國(guó)內(nèi)做動(dòng)畫,一般制作周期短,客戶又要求極高的質(zhì)量,所以在沒(méi)有分層渲染技術(shù)之前,往往不能夠及時(shí)完成任務(wù)。直到分層渲染技術(shù)的出現(xiàn)和它的日益成熟和完善,時(shí)間和質(zhì)量也終于畫上了等號(hào)。“渲染”是三維動(dòng)畫中的重要角色。渲染,是指根據(jù)三維動(dòng)畫中場(chǎng)景的設(shè)置、賦予物體的材質(zhì)和貼圖、燈光等,由程序繪出一幅完整的畫面或一段動(dòng)畫。渲染是三維動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)逼真的視覺(jué)的重點(diǎn),也是三維動(dòng)畫的核心技術(shù)之一。三維動(dòng)畫一般分為前、中、后三個(gè)制作階段,前期制作包括劇本策劃與編寫、人設(shè)物設(shè)、分鏡頭表繪制等;中期制作包括建模、角色的骨胳綁定、動(dòng)畫設(shè)定、貼圖繪制與材質(zhì)設(shè)定、布光、渲染等;后期制作則包括鏡頭特效制作、鏡頭合成、鏡頭剪輯、輸出等步驟。在三維動(dòng)畫的制作過(guò)程中,渲染是最為關(guān)鍵的、最為費(fèi)時(shí)的步驟之一,它保證了影片最后的畫面視覺(jué)質(zhì)量,也是動(dòng)畫項(xiàng)目制作中承前啟后的重要步驟,是對(duì)前面流程的總結(jié),又是后期制作重要的開(kāi)始。從產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的角度來(lái)看,渲染是三維動(dòng)畫制作過(guò)程中最花費(fèi)時(shí)間的步驟之一,越是逼真精致的畫面,渲染時(shí)間在整個(gè)制作時(shí)間中所占的比例越高,對(duì)制作的技術(shù)要求也越高。隨著人們視覺(jué)欣賞要求不斷提高,數(shù)字電影和HDTV標(biāo)準(zhǔn)的普及,特別是畫幅和分辨率的增大,對(duì)三維動(dòng)畫渲染提出了更高的要求,在三維動(dòng)畫制作過(guò)程中渲染所需要的時(shí)間越來(lái)越多。在三維動(dòng)畫制作過(guò)程中,渲染是整個(gè)工作流程中占用時(shí)間最多、工作量最大的一道工序。因此,一般使用專業(yè)的圖形工作站來(lái)進(jìn)行最后的渲染工作。但將一個(gè)高精度的復(fù)雜場(chǎng)景渲染成圖片序列或視頻的時(shí)候,在硬件條件沒(méi)有提高的前提下,耗費(fèi)的時(shí)間驚人,往往需要數(shù)周甚至數(shù)月的時(shí)間,不僅延長(zhǎng)了整個(gè)動(dòng)畫項(xiàng)目的時(shí)間,而且增加了動(dòng)畫制作的成本。一、以“層”的圖像表達(dá)一般接觸過(guò)Adobe公司軟件的人,對(duì)于“層”這個(gè)概念應(yīng)該都不會(huì)陌生。在電腦數(shù)字動(dòng)畫生產(chǎn)流程中,不論實(shí)拍或是三維軟件制作生成,在合成階段它們都會(huì)成為某一“層”的素材。通過(guò)對(duì)各層素材的處理、合成,才成為最終的影片效果。在CG制作過(guò)程中,“層”是一個(gè)比較重要的概念,如Photoshop的圖層,其強(qiáng)大的圖層功能,讓圖像的處理變得精彩迷人,如用Photoshop的層制作單幀真實(shí)感很強(qiáng)的靜幀圖像?，F(xiàn)今,很多三維軟件也都有了“層”的操作概念。其中MAX也不例外。渲染層,是在渲染動(dòng)畫的時(shí)候制定分層渲染,方便后期合成。在后期合成中,有了層的幫助,更容易調(diào)整圖像,有更多控制力,便于進(jìn)行顏色校正和添加效果。層最大的優(yōu)點(diǎn)就是所在層里的每個(gè)對(duì)象都相對(duì)獨(dú)立,彼此間工作不受干擾。使用戶的后期調(diào)節(jié)變的更加方便靈活,大大提高了工作效率。二、分層渲染的應(yīng)用分層渲染技術(shù),分層渲染是將場(chǎng)景中的物體的有關(guān)信息渲染成各自信息的圖層,如陰影,物體,光線,燈光等,分層渲染出來(lái),然后通過(guò)后期處理,完成整個(gè)效果。它的主要目的一是減輕機(jī)器的壓力和動(dòng)畫人的壓力;二是渲染出錯(cuò)的物體,進(jìn)行補(bǔ)渲;三是方便后期調(diào)整和達(dá)到客戶的高要求。正是這種化大為小的分層渲染可以減輕渲染對(duì)于機(jī)器的壓力,是解決三維動(dòng)畫項(xiàng)目高精度復(fù)雜場(chǎng)景、細(xì)致精美的圖面渲染快捷有效途徑。分層渲染的原理,就是將場(chǎng)景中的元素按照一定的方式,分別列于不同的層,然后將其分開(kāi)渲染。如果做單幀的話,Photoshop就可以處理比渲染整張更好的圖片,如果是做動(dòng)畫的,在一般情況下你可以用后期軟件更好地處理渲染出來(lái)的序列幀圖片,可以使用一系列的后期軟件,比如像AfterEffect,Shake,Combustion等后期軟件處理更好的特效。當(dāng)然這不是分層渲染最重要的作用,作為一種好的技術(shù)來(lái)說(shuō),為大家解決最棘手的問(wèn)題和提高工作效率才是最重要的。當(dāng)我們進(jìn)行一個(gè)復(fù)雜而且多變化的工程文件時(shí),當(dāng)我們渲染一個(gè)場(chǎng)景要花上整天時(shí)間時(shí),重復(fù)的工作會(huì)讓你覺(jué)得枯燥乏味,讓你有再多的勁也使不出來(lái)。正好分層渲染可以把一張復(fù)雜的圖片更有細(xì)節(jié)的按照你的要求輸出,并且當(dāng)你改變主意后可以重新渲染而節(jié)約大量的時(shí)間。分層渲染可以分別對(duì)場(chǎng)景里的所有對(duì)象進(jìn)行相對(duì)獨(dú)立的渲染。甚至連物體的通道也可以進(jìn)行獨(dú)立的渲染。這也是我們常說(shuō)的分層分通道渲染。這樣不僅方便了后期的調(diào)節(jié),增大后期的調(diào)節(jié)空間,而且大量的節(jié)省了時(shí)間,提高了工作效率。三、維建模軟件的特點(diǎn)目前,國(guó)內(nèi)三維動(dòng)畫企業(yè)在進(jìn)行動(dòng)畫渲染時(shí)多是基于Vray渲染器進(jìn)行渲染,本文基于這種渲染器進(jìn)行分層渲染技術(shù)的探討。VRay是由ChaosGroup公司出品,是目前業(yè)內(nèi)最受歡迎的渲染器,尤其在建筑、動(dòng)漫、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,是目前專業(yè)公司常用的渲染軟件之一?；赩-Ray內(nèi)核開(kāi)發(fā)的有VRa、for3dsmax、Maya、Rhino等諸多版本,為不同領(lǐng)域的優(yōu)秀3D建模軟件提供了高質(zhì)量的圖片和動(dòng)畫渲染。VRay最大的特點(diǎn)是參數(shù)簡(jiǎn)潔,調(diào)試快;全局光功能強(qiáng)大,可以真實(shí)模擬漫反射效果。通過(guò)圖像采樣器,可以對(duì)畫面的鋸齒進(jìn)行消除,間接照明渲染算法精確,效果細(xì)膩,同時(shí)完美支持HDRI圖像照明技術(shù)。VRay方便的操作性、功能齊全、效果逼真,大大地提高了制作效率,讓數(shù)字藝術(shù)家們從繁瑣的技術(shù)問(wèn)題中擺脫出來(lái),專心藝術(shù)創(chuàng)作。在三維軟件中,所創(chuàng)建的三維對(duì)象稱為建模,本身不具備任何表面特性,要讓它產(chǎn)生和現(xiàn)實(shí)生活材料完全相同的視覺(jué)效果,必須通過(guò)賦予材質(zhì)的方式才可以使制作的物體看上去像真實(shí)世界中的物體。只有對(duì)場(chǎng)景中的物體都賦予合適的材質(zhì),才能使場(chǎng)景中的對(duì)象呈現(xiàn)出具有真實(shí)質(zhì)感的視覺(jué)特性,將這些虛擬的物體變成一種活生生的物品。每一種物體具有各自不同的特性,物體的基本色彩、對(duì)光的反射率和吸收率、光的穿透能力、物體內(nèi)部對(duì)光的阻礙能力和表面光滑的程度等都會(huì)影響物體本身所呈現(xiàn)出的質(zhì)感。要將自然界中的各種物體的特性表現(xiàn)出來(lái),必須通過(guò)軟件中的材質(zhì)設(shè)置參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置,以達(dá)到真實(shí)再現(xiàn)或者虛擬的目的。四、燈光模式調(diào)整首先,創(chuàng)建或者打開(kāi)一個(gè)場(chǎng)景,場(chǎng)景模型賦貼圖及材質(zhì)并布好燈光。然后,指定VRay渲染器為當(dāng)前渲染器,把渲染器選項(xiàng)卡設(shè)置成測(cè)試階段的參數(shù),關(guān)閉默認(rèn)燈光。開(kāi)啟GI,調(diào)整最小采樣和最大采樣為-3,-3,同時(shí)“二次反射”調(diào)整為燈光緩存模式,降低細(xì)分。效果可以后,調(diào)整發(fā)光貼圖模式,最小和最大采樣為-5,-1或-5,-2或更高,同時(shí)把燈光緩存的細(xì)分值調(diào)高,渲染光子文件。最后,調(diào)動(dòng)光子文件正式渲染,調(diào)高抗鋸齒級(jí)別。設(shè)置出圖的尺寸,渲染出大圖。五、層析成像技術(shù)的解決方案(一)精神面質(zhì)內(nèi)標(biāo),容易分質(zhì)量分物體渲染,最簡(jiǎn)單的分法就是以前景、中景、遠(yuǎn)景為參考依據(jù)進(jìn)行分層。二是針對(duì)物體的遮擋關(guān)系來(lái)分層。另外,最常用的分物體渲染是根據(jù)鏡頭中,精細(xì)模型與簡(jiǎn)化模型來(lái)分,一般精細(xì)模型單獨(dú)一組,如果某一個(gè)精細(xì)模型面數(shù)太大,則此一個(gè)物體單獨(dú)一組;簡(jiǎn)化的模型一組;遠(yuǎn)山或是地平面一組;天空一組。VRay渲染分為沒(méi)有反射物體的場(chǎng)景和有反射物體的場(chǎng)景兩種情況。1.空材質(zhì)示例球(1)先把“中景”刪除,渲染出第一層圖片序列文件。(2)還原“中景”。在材質(zhì)編輯窗口中,選擇一個(gè)空材質(zhì)示例球,選擇VRayMet/wrapper材質(zhì)。Mattesurface、Shadow、Affectalpha三個(gè)參數(shù)打上勾,Alphacontribution的值改為-1.0。然后把材質(zhì)賦予“前景”、“地面”,刪除“遠(yuǎn)景”,渲染出第二層圖片序列文件。2.將采集適當(dāng)?shù)姆椒ㄕ{(diào)整為“前景”、“地面”(1)第一層渲染的方法和第一種沒(méi)有反射物體的場(chǎng)景相同。(2)選擇“前景”、“地面”,右鍵打開(kāi)“VRayProperties”,把Matteobject勾上,然后把Alphacontribution的值改為-1.0。Shadows與Affectalpha打上勾。(二)微織構(gòu)模擬的元素合成分元素渲染多用于高端廣告及電影中,可以很好地控制影片的質(zhì)感和光影。基于VRay渲染器分元素渲染十分豐富,但從VRay官方說(shuō)明中可以看得出,VR渲染器對(duì)于部分標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)的些元素是不支持的,如圖2所示。因此,最好把材質(zhì)設(shè)置為VRay材質(zhì)。常用的元素有VRayZDepth(Z通道)、AmbientOCC、VRayVelocity(向量,用于后期運(yùn)動(dòng)模糊處理)、VRay-Reflection(直接反射結(jié)果)、VRayRawReflection(RAW反射的全部強(qiáng)度)、VRayShadows(陰影)、VRay-Specular(高光)、VRay-Reflection(反射)、VRay-Lighting(燈光)、VRay-Globalillumation(全局燈光)等。在AfterEffects后期合成中,圖層合成模式中的“正片疊底”相當(dāng)于相乘,“線性減淡”相當(dāng)于相加。元素合成的順序如下。圖層五:VRay-Shadows(陰影),圖層混合模式為:線性減淡。陰影層效為特殊,改完圖層混合方式后,還需要用“曲線”命今進(jìn)行調(diào)整,直到得到你想要的影子。圖層四:VRay-Specular(高光),圖層混合模式為:線性減淡。圖層三:VRay-Reflection(反射),圖層混合模式為:線性減淡。圖層二:VRay-Lighting(燈光),圖層混合模式為:線性減淡。圖層一:VRay-Globalillumation(全局燈光),圖層混合模式為:正片疊底。(三)單獨(dú)對(duì)自然元素進(jìn)行整理分燈光渲染適合對(duì)渲染有進(jìn)一步的提高要求,適合要求精細(xì)的大場(chǎng)景類型,同時(shí),再配合單獨(dú)