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【GAD翻译馆】史克威尔艾尼克斯方式人体表现的秘诀

Traceyang 2017-05-25 454浏览

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岩田亮(右):第2商务部总监,担任的是精通美术也了解技术的技术者和美术师的混合职业,技术美术师的工作,同时也参与公司的游戏引擎Luminous Studio的开发工作

铃木友辅(左):第2商务部电影角色主管,参与了史克威尔艾尼克斯各种作品的角色制作,负责【最终幻想VII 降临之子】,【Agni's Philosophy】,【最终幻想XV】的角色3D模型制作

 

开发了【最终幻想】系列和【勇者斗恶龙】系列等国民级游戏的开发工作室,史克威尔艾尼克斯,在人体表现和角色表现上是如何实践的呢

这里对现在从事【FINAL FANTASY XV】开发,同时进行游戏引擎制作的第二商务部的核心职员询问了这个秘密。

 

作者:西川善司

 

角色制作是构筑视觉观的一部分

首先,是SE如何设计人类角色和制作的。作为参与了【AgnibPhilosophy】(2012),【WITCH CHAPTER 0 [cry]】(2015)两个技术Demo的第二商务部(第2BD)总监的岩田亮氏说到一提到角色制作,往往会着眼于如何设计角色的外观,因为我们制作游戏时,会注意对作品中的【生动】和【显眼】的角色制作。总之,并不是以【角色单体上是否真实】为视点,而是以【在游戏世界中是否看起来真实】为主轴的考虑来进行设计

 

游戏开发,是实质的游戏世界的构筑,这里有建筑物,室内的生活用品,以及所有需要设计的。这时多少会偏离现实世界的认识和法则来进行设计,在游戏世界是正确的,那么就是正确的。岩田氏认为,这种角色最初看起来会角色很难看,但看到被游戏世界的NPC们称赞为帅哥美女的反应,就可以作为那个世界的帅哥美女来看待。在游戏的前提下,因为故事和视觉关的存在,与要素调和的同时,故事和视觉观中突出的角色设计也变得重要起来。

 

那么,在【最终幻想【FF】】系列中,例如FF13中的主要角色的黑人角色,虽然是幻想世界,还是要适当加入类似我们所在的现实世界里的人种表现。如果直走游戏世界和故事必要的话,也会积极的加入人种的表现。最终幻想13可以说是一个实例。我们不光是人种表现,也着眼于这个游戏世界中角色们的职业来设计。肌肉的附加方法,手足的长度,皮肤的颜色等等,各种各样的要素”(岩田氏)

 

2BD的角色建模风格

实际业务上的角色制作,最初每个游戏的开发团队有微秒的不同(岩田氏)的同时,随着【Agni’s Philosophy(简称Agni)】的开发进行,在2011年前后迎来了重大的变革。

 

2011年前,是使用DCC工具在三角面上加入顶点,以称作【Hand Modeling(手工建模)】的风格为主流。2011年以后,雕像制作那样增减几何体来制作的使用【雕刻软件】的案例增加了。实际上,FF13中的人物角色还是以手动建模为主,一部分怪物是与雕刻建模两种方法并用。人类角色制作中进行雕刻建模的情况,基于3DCG模型的方法工作效率很高,使用基于真实人类的3D扫描数据,制作风格就逐渐深入了2BD电影角色的主管鈴木友輔氏说到。找到接近设计印象的演员的3D扫描,并把他作为雕刻建模的基本模型岩田氏补充到。

 

但是,通常找不不到和实际印象一样的演员。这样就把候补演员全部扫描做3D数据化,再从这些里借用与角色印象相近的面部和身体的部件合成,构筑出角色人类的3DCG模型。当然,因为这样的角色会有不少不自然的地方,需要以这个角色为基础模型来进行雕刻建模。实际上,这个制作手法在【Agni】项目里导入,主人公Agni也使用这种方法来制作。另外,Agni的设定画的是由岩田氏负责的。

 

而且,对于FFXV的角色,一部分采用了【基于3D扫描生成基础模型->雕刻建模】的工程。因为FFXV原本是从E3 2006上发表的【FINAL FANTASY Versus XIII】开始,所以项目时间相当的长(笑),主人公Noctis和当时发布时的状态相比,现在不仅是设计,体形也多次的改变。因为2006年时的主人公Noctis是与【最终幻想VII 降临之子】的Cloud同样的变形比例,体形与现实的人并不一样。改名为【FFXV】后经历过多次修改的Noctis,在保留当时的面容和变形的同时,更加接近现实世界人类的体形鈴木氏说到。

 

 

3D扫描的方法上,在2011年前后的【Agni】开发时,依靠专业的3D扫描工作室的协助取得了3D数据,而现在是使用AgisoftPhotoScan软件在公司内部来进行3D扫描的体制,岩田和鈴木提到,史克威尔艾尼克斯有着各种角色制作的经验,可以说是【人体造型的专家】。但他们看到3D扫描的模型数据时,还是多次遇到了以往经验无法推测到的惊恐。从镜子里看到自己的脸是非左右对称的,我想注意到这点的人很多,特别是眼睛的上下位置左右不对称是广为人知的事实。但是,岩田和鈴木提在DDC工具上确认演员的3DCG模型的三角面时,对左右眼的深度和位置有非常大的区别,感到吃惊。因为现实的演员,有擅长和不擅长的相机角度,最初,在DCC工具中确认时有没问题吗这样的不安。但实际演员看起来很漂亮,相信这点,在Agni的面部模型采用了非对称的方式“(岩田氏)

 

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把候补者的扫描面部部件组合,构成了角色。再基于它进行雕刻建模完成了角色模型

 

结果,【Agni'sPhilosophy】的主人公Agni,也有相对不擅长的相机角度,这样替换的目的,是为了可以看起来特别真实和充满感情。再漂亮的人物,连续的表情中在一瞬间也会参入不太漂亮的表情。例如,人物拍照时可能有眨眼时的半睁眼的状态,笑颜的瞬间掺入了奇怪的皱纹,这些是拍摄和被拍摄者都有的经验。或许,在鲜活的表情变化的表现上,必须要对这种面部造型的左右非对称要素做很大的干预。

 

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像真人一样的Agni也有擅长的摄影角度

 

另外补充一下,在FFXV中,主角级的角色的面部基本上是左右对称的来制作的。但是,一部分老人角色,也加入了在【Agni】等项目制作中积累的左右非对称要素。按这种方式制作的理由,岩田氏提到是【判断到在FFXV里应该是这样做】。返回到开头的话题,这应该就是【不随意的加入真实,而是以融入游戏世界为导向】的实例吧。

 

发型制作的成本越来越高,是高难度的主题

Agni】项目中,岩田氏绘制的主人公Agni的设定画上的发型,实际是在专业的头发设计师用模特上进行头发制作的。参考这个制作头发的3DCG模型的方法,对业界也给予了冲击。那么,这种讲究的发型是如何制作的?对于游戏向的角色设计,很大的一个难题就是发型的设计,现在的游戏业界也是倾向进行短发或者光头等发型成本比较低的角色设计。这样作出很好的角色表现的作品也有很多,而我们逐渐发现,发型的表现对体现角色的特性很有必要。Agni项目中的方法,可以说是这种尝试的开始”(岩田氏)

 

虽说如此,用专业的头发设计师来实践发型制作有必要嘛,这样考虑的人也不少。但是岩田和鈴木都认为有必要。说起来,把复杂设计的发型,认真的进行建模的话,就成为了要解开立体拼图或九连环那样复杂的作业。因为毛发设计实质上是通过在代表毛发的算数曲线上加入控制点(顶点)来制作曲线,是很辛苦的工作。虽说可以复制这些代表毛发(Group化)来做增毛处理,但复杂的发型,这些毛发被复杂的旋转和折叠,如果不是相当擅长毛发处理的话是难度非常高的工作。”Agni的发型制作时,使用了专业的头发设计师,通过设计师来扎头发,旋转和折叠,这个工程对美术师也有很大的学习意义,这样,比起没有暗示的来挑战难题,工作难度有了很大数量级的下降,对发型的构成也更有所理解。尽管如此,最初的Agni的发型建模还是用了1个多月的时间岩田氏回顾到。

 

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A是岩田氏制作的Agni的设定画,图BC是基于设定,由专业的发型设计师再现这种发型的状况,图D是制作的Agni的发型模型,图E是渲染结果

 

还有,Agni的发型制作的经验,在FFXV的女主角Lunafreya的发型建模上也继续使用了。Lunafreya 的发型设计方面,也同样请了专业的发型设计师来制作,参考它建模了Lunafreya 预渲染向的3DCG模型的发型,把它转换为实时游戏向的3DCG模型,在游戏运行时使用。这种精致构造的,Lunafreya的头发的编织过程就这里不做介绍了。Lunafreya的制作上,为了发型平衡的参考,使用了3D扫描,关于发型的建模,用以往没有的技术实现了3D扫描的半自动建模。去年在SIGGRAPH等学术大会上,发表了用多张摄影照片抽取出头发的曲线的照片测量的方法。现在的游戏制作中发型制作还是麻烦之一(鈴木氏)。将来可以戴着VRHMDVR环境进行角色的头发制作,说不定将来也可能会实现,而现在发型建模要认真制作的话开销真的非常大。但是,最近雕刻曲线控制点的插件 Shave and a Haircut 推出了,和以前相比工作负荷正在减轻”(岩田氏)

 

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FFXV】中登场的角色Lunafreya的发型用和Agni一样的方法制作。

 

基于物理的现在也要用Ad Hoc的方法制作无法避免的肌肤表现

游戏图形方法上,在PS3世代,加入了以不限制在8bit压缩等级和线性空间为前提,对应高亮度光源的光照的HDR渲染,现在的PS4世代里,把表现的材质反射率根据现实世界相同材质来进行设计的基于物理的渲染(PBR)成为了主流,在HDR x PBR的世代,角色的皮肤渲染的处理有着怎样的变化?

 

在【Agni】和【FFXV】的制作中,是按前面提到的【头发建模的制作】中那样,把现实世界中演员化妆的样子收录在影像里,让美术师来学习,作为TextureColor设计的参考来解决。美术师不能通过感性设计,而是要积极的参考实际的范本。在真实事物的理解上,重点是【避免不必要的物理正确】就好,什么都不考虑的只追求感性,在今世代并不是好事“”(岩田氏)

 

例如,皮肤上的血管看起来是青色的,实际血管的颜色是稍微有些灰色的茶色。这个颜色的突出不是青色成分增强,而是普通的肤色里红色成分是最多的颜色。如果不了解这个事实,把皮肤上浮出的血管绘制为青色,就会变成脱离现实的表现。能了解最好,否则的话,偏离物理的正确性,就无法取得和其他材质表现的亲和性。

 

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手上的血管看起来是青色,这种颜色实际是有些灰色的茶色,并不是青色成分突出,而是错觉的看起来是青色。

此外,人类皮肤的表现也有几个坑,鈴木和岩田提到这个的处理必须要注意。例如,日本人那样黄色人种摄影的照片,和欧美的白色人种摄影的照片,在进行皮肤颜色的修正时,会被反映上美术师的喜好。我们日本的美术师处理白色人种的肤色,有习惯性加强黄色的修正的倾向。有大量美术师参加的项目中,这种肤色的指导就是重点。鈴木氏说到。岩田氏也提到实际上,人类的皮肤,不论是预渲染还是实时的,都是某种FakeHDRx PBR成为主流的现在,皮肤还是导入模拟皮下散射的程度,并不是半透明的多层构造材质那样,物理正确的皮肤模拟。正因为如此,肤色的设计是很难的。在【Agni】的制作和【FFXV】的开发中,拍摄演员和模型时,会使用Macbeth chartColor Chart)和摄影环境的全景做HDR摄影(实际是HDR环境Map摄影),制作时对照这个信息进行肤色的设计(皮肤Texture的制作)。还有,在游戏引擎Luminous Studio上,实现了再现真实数码相机的虚拟相机功能,对制作的人类角色进行各种条件下的摄影,再与现实世界中的摄影结果做是否有矛盾的检查。

 

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演员拍摄时,通常附带着Color Chart一起拍摄

 

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现实中的摄影结果与在Luminous Studio中摄影结果的对比

 

现在,游戏角色表现的皮肤着色,是在屏幕空间坐标系,把扩散反射的光照结果以深度值为关键值在Kernel半径内做模糊,来实现的基于屏幕空间的次级表面散射,以通称为SSSS的实现方式为主流。预渲染的方法多少有些不同的地方,基本上是同一种思路的技术实现的。

 

今后估计也会以这个方法为主流,希望将来这个方式会以加入细节的方式来进化。现在,游戏中模糊的Kernel半径是一定的,预渲染是根据皮肤的位置(脸颊,额头,嘴角,鼻子等)来改变Kernel半径,今后,例如会对应皮肤的纹路和毛孔的位置,方向等改变模糊的形状,还有就是通过动画的结果生成周围,改变现在这种皮肤质感的一致性,考虑加入根据皱纹产生皮肤的伸缩那种厚度变化来改变肤色和模糊形状的适应性。

 

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Jorge Jimenez(动视暴雪技术总监)的论文【Next Generation Character Rendering】中的画面截图。上边是SSSS关闭,下面是打开,Jimenez可以说是SSSS方法的创始人。

 

游戏图形中人类角色的动画事实

游戏中的角色可以尽情的运动,而现在,脸部表情丰富的感情表现的表演也完成了这样的进化。在PS4世代,3DCG模型的几何体分辨率(顶点数量),和预渲染CG几乎相同,有着以后要在动画方面追赶的论调。在史克威尔艾尼克斯里,据说也进行了关于这类角色动画的解决。我们基本上关注的是满足用户的体验。作出顶点数量增大的角色模型不一定用户就会满意。重要的是与动画的品质相平衡的角色造型。浅显而言就是替换后看看有没有不协调感这样的感觉“(岩田氏)

 

例如,电影CG品质的高精细超真实系的角色模型,在挥舞手臂时,手腕袖口的位置没有变化,衣服的褶皱也没有改变。这样当然就会感到不自然。如果用这种多边形数的角色模型会怎样?或许作为玩家,也不想这种不自然感。有什么地方突出的话,不追加的话要素的粗缺点就很明显,这种【不平衡性】,很容易让观众导向【恐怖谷】。角色表现上,3DCG模型的品质,着色的品质,以及动画的品质全部都以良好的平衡来制作是非常重要的“(岩田氏)

 

岩田氏和鈴木氏参与的最新演示作品【WITCH CHAPTER 0 [cry],后面简称cry】,因为在3DCG模型上采用了预渲染品质,虽然是实时的图形,也要求动画有预渲染的品质。因此导入了称作【Geometry Cache】的技术。Geometry Cache,也可以说是把动画预做渲染的技术,作为数据的实体相当于是Stream带有动画信息的顶点数据。【CryDemo的主人公Angi的【泣颜的动画】,【落泪】,【侵蚀全身的环境魔法表现】,衣服和头发的晃动,大部分的动画都采用了Geometry Cache技术。相对的实时模拟的有饰品类的物体。【Cry】中面部特写的镜头很多,因为使用一般的游戏图形采用的骨骼蒙皮(Bone Skinning)制作出动画品质对应预渲染3DCG模型的造型感觉到了不平衡感,而实验性的使用了Geometry Cache。这种技术在现在的【FFXV】里没有使用,在今后的游戏图形方面,在合适的地方使用,得到了这样的感觉” (岩田 氏)。感觉什么都用Geometry Cache并不是好办法。在【FFXV】里基本上采用的是基于骨骼蒙皮的动画,我想今后的游戏图形也是和也是和骨骼蒙皮并用的方式”(鈴木氏)

 

Geometry Cache技术,因为是以每秒30格或是60格的绘制帧率的粒度,Streaming动画数据来驱动3DCG模型运动,数据的绝对量变得相当的大。总之,是内存使用量和内存带宽消耗很大的技术。因此,Geometry Cache技术,是在特写镜头,或者是使用实时处理基于骨骼动画或模拟很难表现时,在合适条件下使用的现实的使用方式。另外,技术上通过Geometry Cache来驱动,也可以无缝流畅的转移为基于骨骼的动画或者是模拟。

 

现在,在LuminousStudio的环境下,因为基于GeometryCache的技术的动画以及模拟数据可以转换为基于骨骼的动画,也可以在需要高品质运动的位置使用Gemotry Cache,在不需要的地方使用基于骨骼的方法这样用LOD来区分使用。例如在角色特写的时间场景使用Geometry Cache,游玩时使用基于骨骼动画,这样的区分使用也可以。用印记来说不太好听,但在特写时看到Geometry Cache的高品质动画,这种印象依旧保留在游玩时看到骨骼蒙皮动画,用户也会觉得使用特写的品质来运动的。我想在动画上也导入LOD的概念是有效的解决方案”(岩田氏)

 

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cryDemo中放声大哭的Agni的表现,饰品以外的动作全部是基于Geometry Cache的技术。【 WITCH CHAPTER 0 [cry]Demo,是作为实时演示使用了预渲染用的3DCG模型,主人公Agni的多边形数约1100

 

这次的采访中,动画相关的话题,还听到了有关【FFXV】的基于骨骼蒙皮动画的基于姿势变形(Pose Base Deformer)的使用技术,根据动画的扰动,减低顶点法线再计算的技术等话题。这些相关内容,因为杂志版面有限,在【FFXV】发售后再重新做介绍了。

 

 

 

 

本文作者

Traceyang

曾作为游戏引擎图形工程师就职于触控科技和畅游天下,有过多年的渲染引擎和编辑器研发,跨平台移植,美术资源制作,以及游戏逻辑经验,长期关注次世代主机游戏开发,在OpenGPU和GAD上翻译了大量日英文资料,现在任职腾讯互娱光子美术中心的高级技术美术师,参与了两款UE4游戏的制作开发

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