结合毕业设计《彩礼》

【摘 要】相对于传统的二维动画以及使用胶片摄影机进行拍摄等影响表现形式,三维动画作为一种新型的动画表现形式有着极具特色的独特魅力.三维动画的制作软件之一――Maya拥有强大的“点云”制作系统.而“点云”所带来的色溢效果完全颠覆了以往三维动画所能得到了效果,他可以让画面变得更加的美轮美奂.

本文结合一些成功的商业案例以及毕业设计短片《彩礼》中的“点云”运用实例,重点对三维动画中“点云”技术的高效率运用提出阐述.主要通过将“点云”技术与其他技术手法相较之优势得出论证.

【关 键 词】Pointcloud点云；colorBleeding；色溢；Point-BasedRendering；基于点的渲染技术

中图分类号：TP31文献标志码：A文章编号：1673-8500（2013）11-0128-02

一、三维动画中“点云”技术的概念

“点云技术”作为三维动画的一种独特技法,比传统的三维技术更为方便,更为节能,更为丰富.他是以一种基于点的次表面反射而进行的崭新的材质算法,具有划时代的意义.

1.“点云”系统的光线计算系统

图1中,这种传统的色溢效果是通过光线追踪（raytracing）和光能传递（radiosity）来模拟出来的,但是速度非常慢,因为场景需要则需要进行许多的因素细分,会占用大量的计算机资源.而且效果很微弱.且成本高昂,所以在以前的好莱坞电影中,例如《帝国》的许多场景还是通过搭建实际的模型来完成的,虽然麻烦但是相对于用CGI来制作成本低廉且效果好.而“点云”所模拟出的色溢效果（图2）非常好,他完全颠覆了原来的制作流程以及概念,他将原本的大量灯光信心提取出来烘焙成“点云”模型再进行制作,且“点云”的速度更快,成本也很低.

2.“点云”具有极高的效率

2004年,Nvidia的高级工程师MichaelBunnel设计了一种全新产生实时AO效果的方法.这种方式完全不使用传统的光线追踪技术,而是基于点云（PointCloud）系统来计算与AO极其近似的一种效果.这种强大的技术让很多电影公司的单帧渲染时间从10小时锐减到2.5小时左右,极大的削减了成本,而且提高了制作效率,缩短了后期制作周期.例如图表3所示,左边是基于传统渲染手法光线追踪渲染出来的图像,而右边则是基于“点云”技术渲染出来的图像,右边的图像明显在渲染时间上要优于左边的图像,而且在效果上丝毫不逊色于左边.

图表3

3.“点云”具有的画面表现力

在MAYA中灯光信息可以完美的烘焙到点云上,而在之前的三维技术中这是不可能实现的效果.在新的点云技术支持下,可以通过全新的方式来计算灯光和AO.例如右边的这幅图片出自皮克斯的知名三维短片《料理鼠王》.其中就运用到了大量的“点云”技术,我们发现图中人物的3S效果非常好,而且在人物皮肤和衣服的阴影部分有明显的色溢效果,非常的漂亮,画面拥有超强的画面表现力.

二、三维动画中“点云”系统的运用优势

1.“点云”技术的高效优势以及操纵优势

三维中特有的“点云“技术作为一种新型的制作手段,与传统的三维制作手法相比有着诸多的优势.“点云”技术可以模拟出真实的影像效果,而这一点是传统的三维技术所无法实现的,另外他还有很多的优势,例如：控制优势以及效果优势等等.右边的NUKE合成节点是毕业设计《彩礼》中运用到的后期合成用节点,这些节点可以方便的将“点云”信息提取出来进行调整,可见其控制性之强.

（1）较高的效率以及节省资源

“点云”技术具有极好的现实优势,他与以往的光线追踪等等技术相比,更易于实现目标,并且及其节省资源,节省了特效师们在无限的测试中所造成的巨额资源浪费,而这一点也是目前许多大型好莱坞电影公司所看重的.在我们的毕业设计中我们深刻地感受到了这一点,原本可能需要30分钟才能渲染完成的一张图片现在仅仅需要10分钟左右的时间就可以完成.

（2）中后期可调节型强

“点云“具有无可比拟的后期调整优势.想较于传统的三维手法,他有着强大的优势.比如你发现渲染完的图像过于昏暗则可能需要重新渲染,这样对画面的操纵性之低是显而易见的.而”点云“技术则不需要,是可以选择在后期软件NUKE中直接进行补光,可操控型极强.

2.“点云“技术的灵活性

点云的渲染还有一个重要优势在于他的灵活性,他不会像光线追踪这样的物理解算型渲染方式是需要受到大量的灯光物理数值影像的.他只需要少数的灯光对场景进行照明就可以达到非常好的效果,而之前传统的三维手法则需要大量的灯光才能达到这样的效果.

3.“点云“技术的精准性

“点云”的渲染是可以进行精准到点级别的.例如在有的镜头中,靠近镜头的物体需要做出“色溢”的效果.而远离镜头的物体则不需要做出效果时.则我们可以控制一下“点云”的作用范围,远处的景物可以排除出“点云”作用的范围.这样可以大大节省渲染的时间以及项目周期.

三、结合应用实例概述“点云”技术的高效率运用

1.成功动画案例中“点云”技术的高效运用

在PIXAR的众多作品中都是用到了“点云”技术,例如在皮克斯的三维动画短片《up》中.图表6示的是没有经过“点云”系统渲染的图片,而图6示的是经过了“点云”渲染的图片.很明显会发现,图7体画面偏亮而且在阴影部分有明显的色溢（colorBleeding）效果.这样的画面色彩丰富,色调亮丽.而且在PIXAR公布的技术文档中显示图7渲染速度远远小于图6可见“点云”技术的优势是多么的明显.

2.“点云”技术在大型电影中的运用

《海盗：亡灵的宝藏》的制作过程中,工业光魔公司使用了基于“点云”技术的渲染流程,并且取得了巨大的成功.不仅取得了良好的色溢效果,并且将色溢效果完美的合成到了实拍的镜头之中,而且单帧AO渲染时间从原来的10小时减少到了现在的两小时.下面的（图表6和图表7）两张图片是工业光魔公布出来的两张效果图,图表8使用传统的三维技术制作的章鱼船长,而图表9是基于“点云”技术进行制作的,其色溢效果和逼真程度之高令人唏嘘不已.

3.毕业设计《彩礼》中“点云”技术的应用

在毕业作品中,我们也使用到了一些“点云”技术.例如图表10这个

金属扳手道具就使用到了“点云”技术.我们将灯光信息烘焙到了这个小道具的上,进而形成“点云”模型.然后可以删除原来的模型,只保留“点云”信息,这样就得到了这个物体的“点云”模型.但是由于技术有限以及对“点云”技术理解的局限,暂时只能制作小型的物体,大型物体还不能制作.但是从小物体上已然发现“点云”技术的优势.例如此物体在中期打光过暗,则可以在后期软件nuke中进行补光.图十三是后期的补光节点,可以对中期制作时效果不佳的地方进行补光,例如图表十一和图表十二两张图,图表十一中的图片在中期渲染时由于灯光设置不佳导致画面偏暗,如果是传统渲染则无法在后期进行全面快速的调整,但是基于“点云”的渲染可以在后期中对点云模型进行方便快速的调整,图表十二就是调整后的结果,速度快而且效果好.

“点云”技术有别于传统的三维渲染技术,是一项完全崭新的技术,需要经过不断的实践摸索才能得到逼真而又绚丽的效果,为你的影片添砖加瓦.

四、总结

综上所述,在三维动画的制作过程中,MAYA提供了较完善的技术支持.“点云”技术作为一种全新的渲染技法,有着极高的效率以及完美的画面效果.他克服传统制作手法中的很多技术壁垒,具有划时代的意义.美国CG大师PerChristensen就说过：”基于点云的色溢渲染已经在超过30部电影中得到了应用.这意味这色溢终于成为了CGI电影工业生产流程中的一项常规应用.CGI技术生成的影像质量将达到一个全新的高度.”而现在很多的电影已经开始使用“点云”技术进行制作,例如风靡全球的特效大片《Avatar》中巨量的植物以及及其复杂的光照设计都使用了这一技术.所以现在的“点云”技术是个里程碑,同时也是一个开始,今后我们肯定还能看到更多的基于点云的技术带来的剧变!本文仅仅是我对“点云”技术在三维动画中高效率运用的一些浅薄的看法,有不足之处还望老师见谅.