基于角色和場(chǎng)景的細(xì)節(jié)刻畫

姚景益

摘 要：《淮南子·原道》中有云：“事之成敗，皆有小生?！蹦壳癈G動(dòng)畫中的角色和場(chǎng)景的細(xì)節(jié)，在視覺表現(xiàn)上越顯細(xì)膩真實(shí)，這樣的刻畫和表達(dá)不僅豐富了創(chuàng)造對(duì)象，也能更好地烘托出表現(xiàn)的內(nèi)容和畫面的氛圍。同時(shí)，細(xì)節(jié)表達(dá)過(guò)多顯得矯揉造作，過(guò)少則又空洞乏味、了無(wú)生趣。完美的細(xì)節(jié)制作，即使沒(méi)有氣勢(shì)恢宏的場(chǎng)景和個(gè)性特征鮮明的人物造型，卻也能十分耐人尋味。如今，計(jì)算機(jī)硬件設(shè)施頻繁得更新?lián)Q代，而在使用數(shù)字平臺(tái)創(chuàng)作角色和場(chǎng)景時(shí)，細(xì)節(jié)手法的運(yùn)用卻依然如故——是次時(shí)代游戲中主流的法線貼圖和影視CG制作中經(jīng)常使用的置換貼圖。

關(guān)鍵詞：法線貼圖；置換貼圖；細(xì)節(jié)表現(xiàn)

追溯CG制作的歷史，從初期的Bump Map灰度圖應(yīng)用開始，到之后Normal Map的使用，一方面由于硬件技術(shù)的不斷升級(jí)，另一方面則是畫面細(xì)節(jié)表現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)所趨。Bump Map灰度圖在使用的初期，我們將一張帶有顏色的圖片處理成灰色調(diào)或者去色，新生成的圖片只有黑白灰的層次顯示，視覺所能識(shí)別的只是畫面不同的灰階所表示出的凹凸的高低，而不能再確切地代表畫面的色彩所表達(dá)的原有高低層次的關(guān)系。即使這樣，我們現(xiàn)在仍有在沿用這樣的技術(shù)。

法線貼圖（Normal Map），作為凹凸貼圖技術(shù)的延伸代，也是本文探討技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)之一。然而，什么是法線貼圖呢？法線是垂直于物體表面軸向的線，當(dāng)我們?cè)诶L制出物體表面的凹凸細(xì)節(jié)時(shí)，如何才能將細(xì)節(jié)轉(zhuǎn)換到貼圖上面呢？大家都知道的是，一個(gè)三維的向量有X、Y、Z三個(gè)分量組成，我們所能模擬的是使用這三個(gè)分量當(dāng)作RGB三原色的儲(chǔ)存數(shù)值，這樣的話就可以將物體表面的凹凸數(shù)值借助于RGB三原色和UV布局生成法線貼圖。

從圖像分析層面看：首先，法線貼圖的細(xì)節(jié)展現(xiàn)比凹凸灰色貼圖紋理顯示更加精細(xì)。原因在于傳統(tǒng)的凹凸貼圖只能利用灰色調(diào)單通道來(lái)表現(xiàn)圖像，法線貼圖則利用RGB三種顏色多通道來(lái)表達(dá)圖像信息；其次，傳統(tǒng)的凹凸貼圖只能表達(dá)出法線向量的大小，而法線貼圖在表達(dá)法線向量大小的同時(shí)還能正確的表達(dá)出法線的方向。

從實(shí)際應(yīng)用效果層面來(lái)講：法線貼圖在燈光位置角度和模型查看角度改變的情況下，仍然可以得到正確的著色和陰影顯示。值得注意的是，在理論角度分析上法線的表達(dá)有世界坐標(biāo)和切線坐標(biāo)的兩種分類，而在實(shí)際使用中，切線坐標(biāo)的效果是最為常見的一類。

置換貼圖（Displacement`Map），同樣是基于計(jì)算機(jī)數(shù)字平臺(tái)對(duì)角色和場(chǎng)景的細(xì)節(jié)表達(dá)。置換貼圖是有別于凹凸貼圖和法線貼圖的細(xì)節(jié)表達(dá)形式的，因?yàn)橹脫Q貼圖的獲取是通過(guò)一個(gè)高精度的模型烘培出物體細(xì)節(jié)的具體坐標(biāo)位置，再將得到的細(xì)節(jié)轉(zhuǎn)換到低面數(shù)或是中等面數(shù)的模型上進(jìn)行表現(xiàn)。置換貼圖在獲取表達(dá)細(xì)節(jié)的時(shí)候，可以讓原有幾何體的點(diǎn)按照貼圖中定義的細(xì)節(jié)坐標(biāo)位置去表達(dá)。遵循這樣的圖像計(jì)算方式，渲染輸出的模型效果要與計(jì)算前的中低面數(shù)的模型效果有著很大的形體差異，在擁有這樣的數(shù)字刻畫方式之后，我們可以清晰的感覺到置換貼圖技術(shù)在表現(xiàn)細(xì)節(jié)的深度上有著不可替代的地位。然而，這樣的技術(shù)，在應(yīng)用中要花費(fèi)大量的時(shí)間，用以計(jì)算幾何體原有的細(xì)節(jié)位置。但值得慶幸的是，這樣的計(jì)算和應(yīng)用卻比我們直接使用高精度模型要帶來(lái)很多操控上的便利和時(shí)間資源等各方面的節(jié)省。

我們?cè)贑G制作過(guò)程中，進(jìn)行角色和場(chǎng)景的細(xì)節(jié)刻畫，通常可以在模型的創(chuàng)建過(guò)程中添加細(xì)節(jié)，通過(guò)點(diǎn)線面的拉伸擠壓，實(shí)現(xiàn)我們要?jiǎng)?chuàng)作的效果。這樣的制作對(duì)于一些道具部件細(xì)節(jié)，例如：鉚釘和塊面的修飾細(xì)節(jié)塑造上有很好的效果，類似這樣的制作方式一直以來(lái)都有在行業(yè)的制作中使用，并且經(jīng)久不衰。但是這樣的塑造，既需要有虛擬空間的角色塑造能力又需要有很扎實(shí)的美術(shù)基礎(chǔ)，且效率的空間卻很小。

數(shù)字雕刻軟件面市之后，對(duì)于細(xì)節(jié)的制作方式有了很大的改觀，尤其是在制作效率上，以Zbrush和Mudbox為例，這樣的雕刻軟件沒(méi)有直接的點(diǎn)線面的操控，而是通過(guò)在細(xì)分之后的高精模型下，使用筆刷來(lái)進(jìn)行雕刻處理，模型的細(xì)節(jié)可以自定義塑造。大大增強(qiáng)了細(xì)節(jié)塑造的創(chuàng)新性和便捷性。

我們?cè)趧?chuàng)作中，經(jīng)常會(huì)涉及人物角色和其他的一些生物角色，這樣的模型在制作中有很多隨機(jī)的變化細(xì)節(jié)特征，例如：面部的傷口，類似鱷魚蜥蜴的皮膚紋理等皺褶起伏較大且比較細(xì)膩的紋理。此時(shí)如果使用傳統(tǒng)的點(diǎn)線面的模型創(chuàng)建的話，那么在實(shí)際的創(chuàng)作中很多細(xì)膩的肌理效果是難以體現(xiàn)出來(lái)的。而數(shù)字雕刻例如Zbrush，Mudbox這樣的應(yīng)用軟件，操作形式如同傳統(tǒng)的泥塑的制作，則可以在表達(dá)上做到淋漓盡致。與此同時(shí)，此類軟件在繪制完角色之后，還可以輸出顏色貼圖（Color Map），閉塞環(huán)境貼圖（AO貼圖）等應(yīng)用，來(lái)滿足各方面制作的需要。無(wú)論是Zbrush，Mudbox 這樣的雕刻軟件還是像Maya，3dsMax，XSI為主創(chuàng)的三維綜合軟件，在繪制好細(xì)節(jié)后，均是在軟件內(nèi)用面片構(gòu)造數(shù)目較低的模型包裹細(xì)節(jié)較多的高面數(shù)模型，烘焙獲取紋理細(xì)節(jié)。相比較而言，在模型相對(duì)復(fù)雜的情況下，綜合制作軟件Maya，Max，XSI對(duì)法線貼圖和置換貼圖的輸出時(shí)間比較長(zhǎng)。當(dāng)然，像Xnormal這樣直接為游戲制作而設(shè)計(jì)的貼圖烘焙軟件也是擁有極大使用價(jià)值，因?yàn)檫@樣不僅可以相對(duì)高效的輸出各種紋理貼圖，還可以賦予低面數(shù)模型，進(jìn)行實(shí)時(shí)查看的功能，以便及時(shí)對(duì)貼圖的瑕疵作出修改。

當(dāng)下，在各類游戲引擎中，例如Unity3D，UDK，CryEngine，法線貼圖在其中使用時(shí)不僅擁有高品質(zhì)模擬的細(xì)節(jié)信息，同時(shí)還可以隨著環(huán)境的影響在光影效果上有著正確的實(shí)時(shí)表達(dá)，再配有上等的硬件設(shè)備，顯示效果很是逼真。如果要模擬原始高精度模型的凹凸細(xì)節(jié)，這樣的技法可以適用于現(xiàn)在眾多的次時(shí)代游戲制作，以及一些影視制作中。然而，在對(duì)于部分近距離特寫鏡頭的表現(xiàn)上，卻很容易造成穿幫，或是顯得細(xì)節(jié)表達(dá)很粗糙。這就好比一張高清像素的照片，當(dāng)你放大一定的倍數(shù)之后，最終還是會(huì)呈現(xiàn)出許多像素點(diǎn)。而我們介紹的置換貼圖卻是對(duì)原始圖像細(xì)節(jié)的真實(shí)還原，模型的面數(shù)不需要高精細(xì)膩，方便動(dòng)畫的制作和特效的設(shè)計(jì)，同時(shí)可以在渲染的時(shí)候擁有出色的真實(shí)細(xì)節(jié)的效果，所以在影視中尤其是寫實(shí)刻畫的鏡頭中會(huì)經(jīng)常使用這樣的技術(shù)。法線貼圖的效果模擬在影視制作中需要適當(dāng)?shù)漠嬅婕?xì)節(jié)效果，卻不需要過(guò)于細(xì)膩的表達(dá)的時(shí)候，也會(huì)經(jīng)常用到，例如近景、中景的內(nèi)容刻畫。

縱觀CG制作的表達(dá)需求，法線貼圖和置換貼圖在眾多的使用中，都有各自的計(jì)算優(yōu)勢(shì)和獨(dú)樹一幟的表達(dá)技巧。我們?cè)谠O(shè)計(jì)創(chuàng)作之前，一定要綜合所設(shè)計(jì)的畫面效果和硬件設(shè)施的使用情況，計(jì)劃安排好制作的貼圖應(yīng)用類型，使作品的創(chuàng)作省時(shí)、高效。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位 江蘇省南京三江學(xué)院）