基于Low Poly風格的三維動畫研究

孫麗君 楊金芃

(無錫太湖學院,江蘇無錫 214063)

1 Low Poly風格概述

Low Poly (低多邊形,也稱低面建模),起源于計算機建模和電子游戲時期,屬于一種復古未來主義風格設計。作為數(shù)字媒體發(fā)展過程中誕生的一種藝術風格,Low Poly主要是通過模擬的抽象化表達來尋找美學的平衡。Low Poly 風格設計的興起,是當下多元化藝術審美情境之下產生的,其呈現(xiàn)離不開數(shù)字化的技術基礎,它的表現(xiàn)形式包括了立體主義、簡約主義、抽象主義等,是一種現(xiàn)代審美形式的探索。通過對早期藝術風格的借鑒,融合未來感的主題要素,形成一種全新的獨立設計風格。追溯其產生歷史,早期在電子游戲中應用,其模型場景都較為粗糙,究其原因是當時數(shù)字處理技術滯后。伴隨三維數(shù)據(jù)處理技術的提升以及對當今數(shù)字藝術風格視覺個性化表現(xiàn)的探索,Low Poly風格應運而生。高精度的裝飾性畫面展現(xiàn)、極具未來感的理念表達是其受歡迎的重要原因。雖然這種風格在影視動畫設計中并不多見,筆者依然嘗試將這類主題深化到影視動畫的實踐當中。

Low Poly風格的特點為模型面數(shù)少,表面利用三角形面或四邊形面進行造型,且常配以柔光渲染。在建模階段,使用較少的多邊形,達到簡潔、抽象的效果,通過精致的渲染技術、光照效果,實現(xiàn)如樂高積木般場景。Low Poly設計體現(xiàn)出一種復古未來風格,使古典美學與現(xiàn)代美學完美地融合、平衡。Low Poly風格的運用范圍非常廣泛,從游戲到UI設計,亦可應用于數(shù)字裝置藝術或平面插畫領域。在各個數(shù)字媒體藝術領域,Low Poly風格正逐步成為一種炙手可熱的藝術風格。

當下,三維數(shù)字化動畫電影充斥著市場,單一的視覺化場景角色易引起視覺疲勞,已逐漸不能滿足人們的精神和情感的需要。人們在對未來數(shù)字藝術表現(xiàn)手法不斷探索的過程中,逐漸呈現(xiàn)出一種運用現(xiàn)代技術模擬早期藝術風格的設計形式。如果未來主義試圖以“科學”為目標描繪未來,那么未來主義就是對早期文藝風格這種設想的“回憶”。Low Poly藝術風格的設計恰巧讓當下的人們更接近“過去”和“未來”,使之達到融合平衡。

伴隨計算機三維圖形運算能力的飛速增長,低多邊形的技術難題已經不再存在。隨著復古未來主義和移動平臺的興起,這種因受到時代技術限制產生的獨特視覺風格又重新回到大眾視野當中。復古未來主義的風格設計給人強烈的懷舊感,引起了人們對于過去感情的記憶,并逐漸開始影響現(xiàn)實、時尚、建筑、設計、音樂、文學、電影和電子游戲等流行文化的方方面面。

2 Low Poly風格呈現(xiàn)的特點

2.1 抽象的塊面造型

藝術家在設計創(chuàng)作中嘗試用最少的線條呈現(xiàn)出模型,使得對象模型精簡化,因此模型往往被簡化成基本形態(tài)。Low Poly風格多用簡單的幾何形態(tài)去模擬抽象的事物,通過復雜著色器渲染出高分辨率,設計出抽象簡約的外觀造型和清晰明快的色彩搭配。整個風格設計沒有繁瑣的裝飾或過多的細節(jié)雕刻,信息識別并不會受到抽象造型的影響,數(shù)字化光照技術渲染將低精度融合到高精度中,使得在二者之間達到了平衡的美學效果。

2.2 光影豐富

Low Poly風格在畫面的光源顏色方面相對于寫實類渲染會更加豐富,配以柔光效果的高度渲染,設計精致又充滿復古感。由于Low Poly風格需要豐富的光影效果支持,因此燈光渲染是其中最重要的部分。在渲染時僅使用平面化色彩,利用數(shù)字化燈光技術去影響材質顏色的變化傾向,通過光影作用使畫面的顏色得到升華。光色相容的色彩氣氛使得Low Poly風格的作品給人以柔和明亮的視覺觀感,并帶來簡潔而充滿趣味的藝術效果。有時使用一些紋理也可以給作品帶來微妙的變化,充分利用反射、折射、散射等元素會給畫面帶來優(yōu)雅且獨一無二的視覺效果。

2.3 抽象化的創(chuàng)意美境

Low Poly風格在概念化的設計基礎上逐漸生成,它借鑒了西方立體主義時期繪畫方面利用抽象幾何體表現(xiàn)事物的方式,實現(xiàn)一種美學的重構。該風格具備抽象性和晶格式的幾何風使畫面充滿抽象化藝術感。設計元素簡單明了,將點線面的概括方式夸大應用到畫面作品中。成品以現(xiàn)代藝術的風格為基礎,利用數(shù)字技術的創(chuàng)作技法,融合幻想式的抽象性藝術創(chuàng)作,從作品中可以看到明朗鋒利的線條、渾然天成的概括塊面、清晰明快的色彩。畫面通常極具色彩感和視覺沖擊力,充滿活力的動態(tài)線條使得物體本身更加有趣,整體畫面也更簡明。

2.4 未來藝術感

Low Poly風格的作品更多是描繪一種充滿未來感的個性設計,是對現(xiàn)實數(shù)字化藝術的創(chuàng)新加工改造。從Low Poly風格的游戲、插畫等設計作品中可以看到,藝術家極力探索尋求突破現(xiàn)有視覺的表現(xiàn)方式,創(chuàng)造出一種極具未來風格的數(shù)字化作品。

Low Poly作品風格充滿未來感是基于人們對于數(shù)字藝術化設計的探索與向往,反映的是當下人們所尋求的一種元宇宙科技化世界,其呈現(xiàn)出的簡約感亦是當下繁雜社會中人們追求簡約數(shù)字生活的體現(xiàn)。

3 Low Poly風格化短片 《尋》 設計方法和處理流程研究

3.1 設計初期

Low Poly風格的作品題材多源于對客觀世界的改造或對未來世界的幻想,其中描繪城市風貌或自然景觀的作品尤為多見。短片 《尋》影視場景設計為峽谷、河流和城市:首先采集峽谷地形模塊數(shù)據(jù)、植被生長疏密分布數(shù)據(jù)；再由軟件系統(tǒng)搭建虛擬模塊,同時利用仿真燈光技術,增加場景氣氛感；最后通過立體攝像機的參數(shù)調整每幀畫面中的視差,確保產生較完美的視覺效果。渲染完成的動畫還需要進一步在實際顯示環(huán)境中進行評價,通過攝像機系統(tǒng)讀取鏡頭數(shù)據(jù),建立鏡頭引導數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)采集的基礎上構建畫面。

3.2 三維動畫場景數(shù)字化雛形

本短片Low Poly美術風格調試技術利用3D 軟件Blender制作。在Blender視窗,參考初期地形數(shù)據(jù)進行Low Poly風格的建模,采用多邊形建模方法,在立方體的基礎上不斷細化逐步增加多邊形面數(shù),再進入編輯模式——環(huán)切、面模式,進行大致形態(tài)的塑造(見圖1)。

圖1 進行頂點隨機化之后的模型

3.3 植被塑造

作為開源軟件的Blender,具有源代碼可以被公開使用的優(yōu)勢,在外接插件使用上也較為方便。本短片在進行Low Poly植被建模過程中,使用專業(yè)植被建模的插件Sapling Tree Gen,將樹木導入到三維場景中使用。

3.4 場景二次細化

Low Poly風格所展現(xiàn)出的形態(tài)具有抽象簡約美,它注重利用布線來展現(xiàn)風格獨特的結構特征,而非利用面進行結構的概括。利用Blender中的融球(Metaball)和粒子系統(tǒng)來制作樹冠、灌木、石頭等物體,此功能類似于ZBrush中的Z 球一樣可以做出簡單的骨架,在建立出形狀之后,再將其轉換為網格模型。與直接的模型制作比較,利用粒子特效系統(tǒng)去細化Low Poly風格場景更加快捷。

在Blender軟件中進行模型再次細化處理,將地面和山丘細分,將場景畫面填充并采用置換貼圖來快速實現(xiàn)明暗深度效果。置換貼圖通常是讓點的位置沿著面,法線移動一個貼圖中定義的距離,它使得貼圖后具備表現(xiàn)細節(jié)和深度的能力,且可以同時允許畫面遮蓋、畫面投影和呈現(xiàn)邊緣輪廓。利用位圖中明度0～255的數(shù)值來表示高度信息的效果,在Blender中創(chuàng)建平面,細化增加面數(shù)后,添加修改器并進行置換便可得出數(shù)據(jù)。

3.5 Low Poly材質節(jié)點制作與渲染

Blender軟件中自帶兩款渲染引擎:Eevee 和Cycles。對比兩種渲染引擎的算法:Eevee采用光柵化算法,渲染速度更快,可以實現(xiàn)實時渲染；Cycles采用光線追蹤渲染,精度更高。Low Poly風格場景對渲染器的光線追蹤精度要求不是很高,因此短片《尋》場景制作主要采用Eevee渲染器來完成。Eevee渲染器使用的光柵化渲染算法在提升效率的同時還具備實時渲染的優(yōu)點,在調整場景模型時可以實現(xiàn)實時監(jiān)測調整效果。

在模型制作材質之前需要先使用Cycles引擎進行白膜靜幀圖渲染(如圖2所示),讓模型不會被彼此的固有色漫反射影響,再對比場景燈光是否恰當、構圖是否美觀。

圖2 渲染白膜靜幀圖

Low Poly風格動畫的三維色彩材質效果測試(如圖3所示),既能夠滿足劇情變化,同時也不會讓畫面過于復雜而失去Low Poly風格的韻味。在場景上色中,為了營造出Low Poly風格凹凸的色彩塊面感,可以先用簡單模型進行材質測試,使用Hope材質添加四種色彩,作為物體的高光、亮面、灰面、暗面的顏色,并通過Eevee渲染器在操作界面進行實時渲染。

圖3 Low Poly風格材質效果測試演示

場景的材質反射、折射、透明度的數(shù)字采樣是設置中的重難點。首先給模型賦予材質并對材質進行預渲染查看效果是否達到設計師的預期效果。若未達到預期效果,則需要再次進行嘗試,調整各參數(shù)細節(jié),以求做到畫面的精致。隨后,給場景材質進行預渲染查看效果并進行光效測試,通過燈光參數(shù)來控制不同光照強度下所顯示的顏色,對不同材質效果進行對比參照(如圖4所示)。

圖4 不同光照強度三維對比場景圖

3.6 攝像機動畫和特效設計

通過運動視覺進行三維重建一般是采用攝像機圍繞目標運動,以獲取一系列圖像,然后進行場景的三維重建。短片 《尋》的動畫設計階段,通過攝像機沿其光軸方向運動來獲取圖像,攝像機沿其光軸方向運動下完成虛擬攝像頭動畫。Low Poly風格城市,靠霓虹燈牌和燈光效果,在環(huán)境中加動畫節(jié)點,來模仿影視動畫中鏡頭效應。

最后進行攝像機調整,總結虛擬攝像機漫游控制有效方法。在場景中新建空對象,將攝像機設為空對象的子集,再通過建立曲線路徑 (Non-Uniform Rational Basis Spline,簡稱nurbs),利用曲線控制攝像機移動的路徑,將nurbs路徑設為空對象的跟隨路徑,制作出由近及遠的長鏡頭效果。

短片《尋》中的峽谷場景里需要增加一些特效來增強場景的氛圍表現(xiàn)。通過在場景中新建平面,將平面隱藏到地面之下,利用平面添加粒子系統(tǒng),通過Blender中的粒子效果將發(fā)光體進行粒子發(fā)射來模擬螢火蟲動畫,再添加粒子場蓄流效果來實現(xiàn)螢火蟲向周圍發(fā)散的效果(見圖5)。

圖5 Blender蓄流數(shù)據(jù)及螢火蟲粒子特效

為實現(xiàn)短片動畫環(huán)境中地球的特效,筆者利用Blender中的墻磚紋理和自發(fā)光材質添加混合器的節(jié)點,最終實現(xiàn)一個可以變換顏色的全息影像地球效果。在進一步制作海上日出特效渲染動畫整體氣氛時,把Blender里的洋面修改器附加到一個平面上,并把反光率調高,同時打開Eevee渲染器的屏幕空間反射,利用球體自發(fā)光材質制作太陽,最終完成渲染海上日落效果。

3.7 制作過程小結

為使Low Poly風格運用恰當,筆者結合自身的創(chuàng)作實踐總結出以下經驗:在場景設計方面,應重點關注作品場景組成要素的設計,多利用幾何形態(tài)的簡化方式；在結構方面則可以適當加入制作者的個性化創(chuàng)意設計；在場景的布線方式上,把握好畫面的節(jié)奏感,前后景造型比例也需要進行詳細的斟酌,讓一切貌似無序之中充滿了節(jié)奏和韻律。在建模的時候,追求簡化的同時還需注意畫面中單獨個體模型面與面之間凹凸轉折的關系,處理好模型的明暗交接面,這兩方面也是Low Poly風格中較為重要的兩點。在場景的色彩表現(xiàn)上,Low Poly風格講究物體固有色彩的干凈,較少追求復雜的紋理,因此在使用色彩飽和度時一定需要謹慎,飽和度層級越高,畫面的重點亦將變得無處可尋。在燈光技術上,恰當?shù)墓庥斑\用有助于畫面更加和諧,幫助產生較強的帶入感。燈光處理需謹慎,充分利用反射、折射、散射的效果,主光源、輔光源、環(huán)境光均需加以反復調節(jié)參數(shù),還要額外關注間接光照,即物體本身反彈的光帶給環(huán)境的影響。如果忽略這些因素,畫面將無法營造出夢幻般的視覺感,作品就顯得過于簡單,缺乏豐富的層次感,以上因素都需要創(chuàng)作者在制作過程加以考慮。

4 總結

動畫美術設計風格化是當下動畫發(fā)展的趨勢,數(shù)字藝術不斷追求寫實性、個性化美術風格的運用,使得動畫設計的趣味性和審美情趣有更多地提升,設計師可以從追求寫實的過程中解放出來,嘗試更多的可能性。文章研究Low Poly風格的設計制作過程,并總結Low Poly風格動畫特點和研究方法,通過對比分析該種設計風格的優(yōu)點,突出Low Poly風格帶給大眾不一樣的體驗。此設計風格的重現(xiàn)讓藝術家意識到三維作品也需要藝術設計、風格化的處理。在三維風格越來越多樣化的今天,相信未來會有更多優(yōu)秀的Low Poly影視風格作品不斷呈現(xiàn)。