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从《BLAME!》说开去——新一代生产级卡通真实感混合的渲染方案Maneki

《BLAME!》是Polygon Pictures Inc.(以下简称PPI)创业33周年以来制作的第一部CG剧场电影,故事来自于贰瓶勉的同名漫画作品(中文译名为《探索者》或者《还特工次世代》)。也算是我本人来到日本之后参与制作的第一部长片。由于从头设计了流程,时间跨度约莫从2015年开始,以《Knight of Sidonia》为基本素材进行实验和改进,虽然中途发生了一些波折,也有许多地方的进步,但是最后终于如期发布。详情请访问blame.jp。制作细节就此逐渐公开发布。

因为在这里有一些革命性的手段,这些是日本动画业界,尤其是2D动漫业界没有想到过的方案,直接引入电影级别离线渲染的技术制作。听起来仿佛非常的广告用语,宛如培训机构的套话,其实如果展开来说,牵涉到了完全不同思路的问题。倘若你了解任何一家日本动画工作室,比如Oxybot、白组、Ufotable、anima等,制作流程上,思路上大同小异,使用Pencil或者mental ray制作基础的角色,使用特效软件比如Houdini制作特效部分,最后后期叠加。流程上说起来大同小异,但是实际运作起来,尤其是Lighting,思路上有巨大的不同。传统的方案,都是只用渲染器生成所有需要的Pass和Mask,然后进入后期软件中进行Lighting。对比真实动画的PBR流程,这种方案其实这个不能算是真正的Lighting,而且缺陷很明显。

  • 严重依赖于后期软件,分辨率受限,需要的时候无法立刻重置高清版版本。尤其是对于如今的VR来说,不好意思,如今的TV动画,放大了之后在人的眼里都是锯齿。如今的OVA,都是放大上去的高清,其实谈不上高清,只是分辨率高了,模型锯齿什么的,都完全的清晰可见。
  • 10年前开始推行电影3D技术,发明了Multi Camera Rendering,如今有了VR等等更多的渠道。那么答案显然易见,你只有选择合适的工具才能实现。这一点只有电影级工具才考虑了这么多未来需求,纯粹的动漫技术都是非常低级的。
  • 后期占用大量的存储空间、处理时间。因为在Nuke里进行复杂场景的合成与渲染,一定比直接从Maya里渲染Single Beauty还慢。这一点在本片的制作中得到了充分的证明。
  • Pencil、mental ray这些软件在处理几何体上远远不如影视级别渲染器,对比3Delight、PIXAR RenderMan、Arnold等等。这样极大的限制了几何体的细节丰富程度,所以一定无法在有效的成本之下制作高度复杂的场景。
  • 渲染上非常受限。归纳起来所有的工具链,无论是mental ray、Pencil、PIXAR RenderMan等等,要么只能做NPR,要么只有PBR,而且没有提供完整的功能合集,可以横跨两个领域。对于未来作品艺术上的拓展性也就是个巨大的限制。

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这个项目完全使用了3Delight。由于和DNA Research的良好合作伙伴关系,在制作过程中由于NPR的一些特殊需求,我们直接得到了3Delight的内部支持,一起合作添加一些NPR渲染才需要的功能,比如革命性的可编程边缘检测(Programmable Outline Detection)。这一点在任何的渲染器中都不曾有过。在Look Development的过程中,我们引入了物理真实感渲染中的一些概念,比如

  • 卡通次表面散射(Tone Subsurface Scattering)
  • 物理级正确的透明勾边(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头发(Procedural Toon Hair)
  • 前期生产配合统一的完全可视化的卡通调色方案(Unifield Visualization System for Color Palette/Script)

制作上可以说可以完全抛弃手绘的参与,一切都用机器生成的思路进行。这些是匠气浓郁而轻视技术的传统日本动画流程中所绝对不敢想的功能,极大的丰富了画面的感觉,也提高了流程的的效率。特别需要提到的是完全程序化的眼睛和头发,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,彻底的程序化控制,摆脱人力多层绘制,再来生成贴图这种低效率的方案。最后一项配色方案,可以说彻底的颠覆了日本动画30年来对“调色盘”的概念,可以保证在后期软件中进行设计的结果,克服了经典的调色盘系统,可能存在返工,修改周期长成本高的缺点,可以做到直接和Beauty渲染的颜色上完全一样,让前期与后期完美的统一。

由于3Delight对原生RenderMan的良好兼容(讽刺的是PIXAR倒是完全放弃了RenderMan的老标准),这里完全是使用的RenderMan Shading Language,即RSL进行的制作。可能一些CG从业人员会认为RSL已经老去已经过时,其实此言完全诧异。就有的RSL,由于比较的底层,可以访问照明循环(复习一下illuminance()和RenderMan的Message Passing,都是多么强大实用的生产级别功能),可以随意的发起任意的渲染操作(trace、gather),提供最丰富的函数支持,所以对于混合渲染(Hybrid)来说,是最具灵活性的方案,可以任意的切换GI与NPR的组合,可以随意的对物体的渲染结果进行控制。这一点,其他渲染器的Open Shading Language完全无法做到,因为一切都变成了渲染器的内部逻辑,用户不再可控。非专业用户会认为OSL比起RSL具备多少革命性的优势,那么我可以很坦然的说,从JIT代码生成的角度来看,无非就是OSL使得用户把一部分逻辑代码内植入了渲染器本身,而不是让用户自己控制。其他的SIMD代码生成,可以说并无任何区别。当然对于Shader开发来说是极大的简化,其实也是极大的限制,这一点不是所有人都能够意识到。3Delight可以做到,因为是完全自己制作的OSL后端,并且拓展了OSL语言本身的功能,这一点SIGGRAPH 2016之后大家都会看到。

开始说本片的缺陷部分。提前声明,这个片子的制作,我们只提供渲染和制作方案,具体的生产还是日本人定夺,具体的效果在我们控制之外,不是我(们)的责任。

而且这里要是以为核心竞争力在于用什么软件,比如这里我反复提及的3Delight,那么你就错了。因为传统动画从业人员,包括数以亿计的动画爱好者,本身并不是专业出生,倘若深刻的理解了计算机编程图形学等等,这才是万里长征第一步,还得深刻的理解生产,和知道为了实现效果所牵涉的所有技术和可能出现的问题,这个时候就完全脱离了软件本身的范畴。多年来国内动画行业贯彻的那一套思路和教育方法,学软件,买软件,用软件,做出来的东西,无论是《熊出没》还是《爵迹》,更不提各种国产港产特效电影,技术上艺术上都是双重垃圾,绝对达不到国际竞争力的可能。当然这个话题很远了,就此打住。

日式动画=主角+简单的特效+背景,这种模式已经走到了穷尽,一定无法适应未来的需求。看一下手绘的背景,多么的粗糙,毫无动态性可言。如果是电影级别的方案,联系到这样的一个机械城市题材,那么一定存在大量的Procedural,一定是在镜头中,观众可以感知场景的动态变化,而不是黑乎乎的背景,然后利用景深来掩盖低分辨率的事实。所以这个动画的角色部分过于精细,而其他元素显得粗糙,是一个非常显然的缺陷。当然这个是日式所有动画产品的缺陷,过度依赖角色和故事以及剧情,场景元素上非常的单一,其实并不是日式的特色,而是对缺陷和能力的掩饰。

那么很显然的,当场景元素特别多,比如需要渲染一个城市的时候,这个时候固守残缺的工具链都无法使用,技术级别一定向着电影级靠拢。这个其实日本人整体电影工业都做不到,所以对于动画也就不能指望达到。所以这个限制也来自于工具——比如mental ray渲染Subdivision多么的耗费内存,速度多么的慢,想必任意一个当年用过RenderMan和mental ray的人,都知道哪一个才是真正的可行方案。记得去年SIGGRAPH Asian 2015 Kobe,有一个特殊的会议,日本的动画公司聚在一起讨论,如果未来没有了mental ray怎么办,还希望Autodesk做一些事情。那么答案是显然易见的,Autodesk绝对不会理睬这群低端客户,当然也不会继续维护mental ray的插件。

再来,没有表现好材质,尤其是这种金属高科技材质,高反射率金属。当然在传统的动画中,这个是被忽视的,或者说是没有这种印象的,一切都是高度的Diffuse,一切都是Clamp/Step。这个其实主要是艺术导演的守旧所致,因为存在Step+Realistic的最佳组合,而在这部片子中除了主角Killy的皮衣,其实就是3D Diffuse加上的Rim Light,其他的都是Clamp。当然如果是为了照顾2D Anime的风格,这个主角的脸、眼睛、头发这些元素可以遵守风格,但是其他的材质显然可以大幅度的提升。

非常欢迎国内图形学届和动画游戏行业的朋友一起探讨,我也在积极的寻找合作的机会,共谋本土大业。

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posted on 2016-07-24 08:28 Bo Schwarzstein 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏