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【3D技術】 用CG做個女朋友有多難?看完之后我覺得還是找個真女友更容易些。

 

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樓主-元素創造者
發表于 2019-3-22 13:57:07

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CG做個女朋友有多難,看完之后我覺得還是找個真女友更容易些。從模型到動畫全真實實現-日本女高中生Saya 制作特輯

譯自 CGWORLD  2017- 01期  首發微元素
  • 翻譯   元素界王
  • 潤色   元素界王

譯者注:
  • 這篇文章前后翻譯共用了2個月之久,因為沒有日文翻譯經驗,被一些詞匯術語和機器翻譯后的奇怪句子卡住很久,很多地方完全憑借對CG流程的理解強行翻譯,會存在很多不準確的翻譯,但盡可能保證詞匯和技術點的準確,有不對之處,還請留言指正。

日本虛擬美少女saya 片選合集(共5個視頻和本文的Doc格式文檔下載)

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前言:
  • 這就是本文的女主角 SAYA , 你可能在很多年前就看到了她的作品,但這么多年來,作者從未停止對她的打磨與升級重構,從一個人發展出來一個30多人的CG團隊。日本的研究所,大學,展會,和硬件廠商紛紛不收錢來支援他們的CG創作,只為制作出1個極為真實的CG角色,他們對【真實的定義】是物理真實,不是我們通常以為的那種,看上去真實的CG。

  • 雖然目前看來只是一件普通的CG作品,但是接下來的制作花絮會讓你目瞪口呆,還能這樣子做?還有這種操作?還有這種設備??

  • 在對本文翻譯的過程中,我們看到這位藝術家對真實藝術的不斷追求;
  • 看到了團隊密切的分工合作;
  • 了解了當下最新的CG技術和CG硬件設備
  • 最為感人的就是這群人不為名利只為理想,吸引了越來越多優秀人的一起共創。
  • 其CG技術確實到達了一個新高度,這些技術沉底可能和卡梅隆的【阿麗塔】不是一個路子,但他們也是從0一步一步過來,最終以嚴謹的科學態度實現了自己的【小目標】
  • 希望能給國人帶來啟發,學習這種嚴謹的科學的,不斷論證,不斷挑戰的CG人精神。
  • 正如你經常聽到的,什么事物,做到了極致就是藝術!


--正文--
  • Saya 是一名日本女高中生,這是一個令人感到驚艷的CG角色,從首次展示到現在,其出色的完成度,引起了很大的反響,這個角色的表現極為細膩柔和,是大部分直男喜愛的溫柔女孩類型。
  • Saya締造者 -TLYUKA的創作歷程
  • 作者是自由CG藝術家TLYUKA,他一直追求照片級CG角色的創作
  • 下面先看一下他的作品,你肯定再各大網站見過這些大作!因為他們廣為流傳。



不斷的高難度挑戰
  • TLYUKA2011年開始制作超真實CG角色作品,至今已經有8個年頭,通過互聯網接觸到各種CG大師的作品,這深深的打動了TLYUKA, 于是他決定通過一個又一個的高難度作品來提高自己的技術。

  • 現實存在的外國模特“ David James


  • 這是TLYUKA在2011年制作的日本機甲女性Gany
  • 但是在2014他有把握制作更接近真實的效果,所以制作了重置版。

2015 年夏天開始構建 Saya
  • 首先有一點 ,TLYUKA非常確定,并希望Saya是一個日本妹子
  • 她是一個大人小孩都會很喜歡的日系【卡哇伊】少女
  • 是一個充滿夢想的青春期少女,同時也是一個乖乖女,不走叛逆路線。





  • 2016年Saya還在不斷改進中,此時,有小伙伴一起加入制作,所以定了一個更大的目標。
  • 這個新伙伴叫【科村】
  • 科村先生,一邊提供色彩管理技術,一邊提供真人的攝影素材,為 Saya提供了真實信息的基礎支持。

  • 起初,我們因為沒有足夠的預算請到專家級動畫技術大神來制作SAYA的動作,所以當時我覺得只能自己動手了,直到【FARP】 也加入進來,在2016年的夏天開始,我們一起做了多項研究 。

  • 我們參加了多次展示,我們始終堅持SAYA是一個原創的角色,我們設想了很多SAYA未來的應用情景,對我們而言,SAYA最大的魅力在于【自由】,他可能作為一個虛擬角色被應用在各種現實活動中,比如會議主持人,廣告演員,慶典活動中的獻禮者。

加入了動畫系統的SAYA
  • 我們不斷打磨CG技術,特別是在肌肉模擬上,為了她能夠真實的動起來,我們一遍又一遍的重新調整她




  • 2016年和2015年的對比

  • 想讓Saya動起來,為了這樣一個目的,我們反復調整了她的方方面面
  • 最初的單純3D模型,在加入運動后,基本上每個細節都做了大幅修改,隨時開發的進展,我們每天都有新的認識和發現,我們不斷的嘗試新技巧,排除錯誤的方法,這期間 我們的軟件硬件都進行了升級,工作流也隨之改變,我們希望記錄這些變化,所有有了這篇文章,本文是在2016年11月中旬開始的。

動畫控制器
  • SAYA的 面部 和身體 使用了不同的動畫控制器,最終把兩者合在一起
  • 眼睛和表情是比較特殊的動畫系統
  • 衣服的布料使用了物理布料解算模擬

  • 我們有一套模型來調節角色的動作,這套模型比較簡單,它用來驅動另外一套復雜的渲染模型,渲染模型是最終的全配版模型。


  • 因為可能會經常修改頭部的模型和UV,所以我們在鎖骨的末端制作了模型切口



  • 所有的UV在UV框 0~1內



  • 可循環使用的UV



表情細節是制作難題
  • 閉眼,抬眉,等基礎動作如果使用skin蒙皮來制作,無法產出皺紋和肌肉凹陷等細節
  • 所以我們使用變形混合的方式來做,我寫這篇文章時,一共用了104個基礎變形模型
  • 并不是一開始就這么多,而是根據需求一點點追加的。
  • 我認為表情最難的部分在嘴巴周圍,因為嘴巴的動作非常豐富,且聯動周圍的面積很大。
  • 這個部分,也是我們今后繼續要解決的頭號難題。

  • 另外 Saya的頭部不是完全左右對稱的,這給蒙皮調整也帶來一些麻煩
  • 還有我們制作了嘴唇上下粘住的效果,在口渴的時候,張開嘴上唇和下唇會有粘粘(這個細節的模擬似乎是第一次見到)

整體效果由多種數據混合而成

整體效果 = 基礎數據 + 褶皺樣式 + 追加數據

控制點配置

開口“粘貼效果”。從完全關閉的狀態開始開口下,從中間慢慢地差分開。


角色表情控制器
  • 我們用輔助控制器來控制角色表情,模型部分是不能手動移動的
  • 可以觀察上面的圖獲得我們角色控制器的信息
  • 角色張開嘴的時候里面會有陰影使得看上去更真實
  • 我們給每個控制器做了限制,只允許在一定范圍內移動


  • 上左圖是正面看、向上看、向下看的眼睛動作。
  • 眼睛放在眼框里的時候,需要在控制器上設置限制范圍,只保留必要的參數范圍出來,用于控制眼球的動畫。
  • 如上右圖,這是眼睛控制器的界面布局,眼睛的控制相當復雜。


舌頭


舌頭模型的控制
  • 舌頭和嘴都應該有非常靈活的動作,同時也都使用了類似皮膚的3S 材質
  • 我們專門為舌頭做了一個展卷扭曲控制器
  • 舌頭的動畫形態一共有132種
  • 我們考慮使用線性骨骼來制作舌頭的IK
  • 移動一個控制器,舌頭會發生一系列的連鎖反應,根據自己需要的比例進行運動
  • 每個控制器都將有用,比如舌頭折疊的控制
  • 我們對舌頭的各種行為進行了拍攝和分析
  • 通過分析它們,來確保我們做出柔軟性極高,真實性極強的舌頭


身體形態

     肌肉系統   和非肌肉系統對比

  • 在去年的展示中 我們使用了Maya muscale(肌肉系統)
  • 當時我們使用手動去制作動畫,但是難以修改,于是我們做了大量的重新評估
  • 我們也嘗試過不使用 Maya muscale,也能制作出同樣的效果。
  • 當時,我們搭建了319個肌肉控制器,然后對所有的關節進行反復調整,
  • 對于一些能鏡像的關鍵控制器,我們全部使用了鏡像復制
  • 在這個過程中我們沒有考慮脂肪彈性搖晃,和皺紋的制作,所以未來要做的話,控制器數量會繼續增加。

補充說明
  • 特殊說明下,這個階段感覺最難處理的是肩膀,肩膀的運動范圍很廣闊,而且在多個軸向上都能自由旋轉,這樣很容易讓周圍的一些蒙皮看起來出現錯誤
  • 所以我們先要定義出肩膀的一個基準點,然后測算人體在各種軸線的角度限制
  • 這種三個軸向都能旋轉的部分,在高度,水平,垂直都有考慮
  • 而肘關節和膝關節不像肩膀這么難做,這些關節是單軸旋轉的,很好做,簡單測量后就能搞定


關節的運動的更多展示圖


手的各關節都需要很細致


前臂轉動的樣子,前臂也設置了控制器。
橈骨,尺骨的旋轉關系也要正確


通過storo Tool 來測算距離,確保比例的真實嚴謹


標題:Cloth布料運算模擬

  • 我們以高品質,高仿真的布料模擬為目標
  • 在皮膚的基礎上使用布料模擬,身體會驅動布料產生運動
  • 角色穿的是針織衫,但是厚度和多余的細節我們沒有在這個demo中去細化
  • 我們需要知道精度的極限,于是我們把服裝拆成多個部件,使用Skin Clster,我們發現一些關節部位有破邊
  • 這部分我們只能一個一個的點去設置修復,這里用到了Point On Poly管理器來調整頂點。
  • 模擬后我們清晰的看到胸部和屁股的形狀出來了

  




頭發,毛發模擬




  • 我們把頭發分成好幾塊,前、后、耳朵上的頭發,和眉毛,睫毛
  • 他們有各自不同的模擬設置。然后把模擬的結果變成可渲染的Spline locks


  • 眉毛睫毛從表皮長出來


注入生命的氣息,動作捕捉
  • 參與動作捕捉的是兩位來自【東映】的研究生,最近在各個場合他們的名字也會更多的出現





在現實運動的基礎上,積極地采用新的技術
  • 在 【東映數碼中心】有一個研究所,專門制作動作捕捉,致力于高端CG和VFX制作,我們與他們展開了合作
  • 他們的工作人員告訴我們,他們在使用 motion builder的來實時預覽與制作動畫
  • 他們還發表過 [全球Stage]  [動捕的那些事] 等文章
  • 2015年的春天開始,東映的東京攝影所內,動作捕捉室進行了改良
  • 攝像機的精度也大大提高了,墻面的顏色也做了調整,搭建了一個更合適的環境
  • 動捕專家【三鬼健也】先生說,在動作捕捉領域應該很快就能有新的產品出現吧,如果追求效率的話,光學式動作捕捉的優勢是無可比擬的。
  • 研究所追求的是更高的質量,所以經常拿最新的技術進行翻拍比較,以追求更快,更好的技術。






日本動畫
  • 近期我們在和一家動畫系統公司共同研究,在和他們的動畫技術開發者溝通過后,感覺非常棒,他們在用各種各樣的動畫軟件制作動畫
  • 我們做了一些比較后選擇了一套方案,它的優勢是可以記錄任意選擇的表情,來制作表情庫,這個方法可以產生非常豐富的表情
  • 然后把身體和面部的動畫分別制作,最終再整合在一起渲染, Tlyuka(最初作者)一直在負責渲染,這時的渲染壓力和工作難度是巨大的,已經不是當時最初的Saya渲染難度了。
  • 此時的渲染,臉部的皺紋和脖子的肌肉非常真實,造型效果非常好。因為我們把她做成了非常有彈性的感覺,所以能感受到CG人也存在人性的一面。





  • 我們邀請【小孔】來做我們表情動作捕捉演員
  • 在Motion builder進行復雜的表情錄制與制作


  

動畫控制解析工具和界面  
  • 我們大約制作了600個表情捕捉,【小孔】的細微表情都能被體現出來
  • 噘嘴或者抿嘴,各種笑容對臉的影響能都體現出來
  • 我們嘗試反復做一些動作來到達更理想的效果




這是能反映日本年輕女性的CG作品,對人體結構的研究和了解有深刻的價值。

【本君研究所】自豪的捕捉硬件


【本君研究所】表情捕捉設備的研究中心

  • 表情捕捉設備是非常精密的儀器,演員需要帶上它來表演。因為需要特別注重它的重量,每一根螺絲的重量都要特別仔細檢查校對,比如4個0.25g的螺絲總重量是1g,還需要保證設備安全且重量輕.
  • 設備不僅僅要考慮它的重量,還要考慮到它的架構,在以前的HMCD結構中,框架是筆直的,所以在外側錄制表情時,有嘴角對不上的可能性 。
  • 我們需要把角度調整,使臉輪廓清晰可見。
  • 隨著硬件在不斷升級,慢慢的我們減少了數據的波動,錄制時更流暢了
  • 通過采訪,我們了解了本君研究所每天的研究情況和積累下來的成果,并且這充分的展現出了他們不斷追求更高質量CG作品的工作態度
  • 【本君研究所】的研究員表示用HMON【設備名稱】來開發作品,是一件令人激動的工作,演員帶上它表演,是一件令我們開心的事情
  • 目前的最新型號是Ver 22,總量大約239克 ,很多地方都有繼續改造改良的余地
  • 目前采用把錄像機放在支架主體上,隨著不同的運動和場合,捕捉相機也可進行調整。
  • 捕捉到數據可以用無線信號快速傳送

HMON 的參數
  • 1920X1080分辨率 60幀每秒的動畫數據精度,重量僅為230g ,算是非常輕的
  • 移動性能也很好,在攝影棚,體育館內都可以很好的使用




  • Tlyuka 在另外一個角度上進一步提升角色真實性:
  • 用MAYA 不斷調整動畫模型,繼續升級眼睛細節
  • 用Motion builder 對接動捕動畫

開始更高水準的公映展示
  • 青藍色上衣的少女,參觀美術館,這個以8K精度呈現的畫面是我們的新目標
  • 這個場景是在CEATEC會展上首次和大家見面
  • 有一些很好的評價,也聽到了一些負面評價,比如覺得脖子和身體不夠協調
  • 也有一些專業人士給出了積極的評價
  • 在以前,Saya只是一個日本女高中生CG圖片作品
  • 但是目前她已經是一個接近真實存在的CG角色了
  • 但是她沒有使用任何真人做模型數據掃描
  • 再次強調,她是一個完全原創的CG角色

Saya,使用了基于物理真實的CG角色系統
  • 通過動作捕捉技術來進行數字渲染
  • 使用了RGB HDR,高色彩顯示
  • 再加上反復修改的角色創作,她包含了當代高中女生最有代表性的特征
  • 雖然像一個一流藝術品,但是她也極具真實性
  • 成為一個極具吸引力的CG角色,這就是我們對Saya的目標定位
  • 一個完全原創的CG角色想具備真實感其實是很難的,我們需要完成3個最先進的技術來做到【極為真實】

【1】第一人稱的臨場感

  • 帶來高真實度的臨場感
  • 在PS VR設備中,我們大約有100度的視野
  • 為了做到真實感受,我們必須支持100度視野內的事物全部真實
  • 人類的視力范例和可見距離也是我們考慮的因素
  • PPD (每單位內的像素數)的要求也是極高的
  • 16:9非常符合人類的視野寬高比




相機距離角色大概1.5米開始攝影最為清晰真實


【2】VR和HDR顯示器
  • 我們用夏普公司的8K顯示器來制作映像, 支持 HDR 高動態范圍光照的標準顯示器
  • VR顯示器 則是在伽馬 1/1.95進行轉化后輸出
  • 增強的對比度,可以更好的還原人類感知的現實世界
  • 值得一提的是,在VR中,一旦進行了色彩調整,就大幅的壓低了亮度最亮的部分
  • 在部分HDR規格的顯示器,如ST2084 ,則可以保持最亮的色彩,顏色的總量也會增加
  • 另外,在ST2084中,全部經過了顏色調整,所以和CR顯示器相比是更簡單的工作流程
  • 如下圖所示



【3】實際的HDR空間場景
  • 在我們的展示會上,Saya穿著藍色的禮服,在海邊的美術館中觀光
  • 我們為了做出更合理的美術館,我們和石川夫婦一起去觀光了很多美術館
  • 其中一個有一面很大的窗戶的美術館,我們記憶深刻,所以我們選擇參考了這個有自然采光的建筑來作為我們展示的場景,這里有一個防止紫外線的玻璃窗戶,墻面是白色的,白色墻面的亮度在40cd/m到140cd之間,是可以很好展示HDR效果的亮度,這里可以根據時間的變化在窗戶玻璃上形成不同的透射率。

  • 這是美術館內的最終渲染圖像。太陽出來的時候,可以看到室內的光,但是在云遮住光線的時候,直線光消失了,對比度下降,顯示出非常真實的GI效果

  • IBL環境球用來做HDRI(上)和真實的背景圖(下)
  • 這兩個都差不多同一時間在同一地方拍攝



  • 在觀看HDR顯示器的時候,可以表現出令人滿意的高范圍動態光效果

  • 色彩空間( gamma色彩)。因為是RRT和ODT的工作流程,所以HDR和CR的數示被轉換成為BT


最終總結
  • 基于物理真實的CG角色系統
  • 通過動作捕捉技術來進行數字渲染
  • 是目前RGB色彩轉化的最新技術之一
  • 高精度的真實映像轉換
  • 動捕信息用60幀每秒的精度制作
  • 還有就是我們提到的 HDR亮度與幀速率控制等技術

  • 看起來都是一些簡單的參數控制,但是真的上手起來確是難度非常之高的課題
  • 如果沒有高亮度的HDR顯示器,實際上無法判斷出具體參數,不能體會到最佳的CG角色真實感
  • 在造型和動畫的技術上,我們會繼續打磨,進一步提升真實感是我們接下來需要繼續堅持的事情


謝謝閱讀



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逆水1341 + 12 給自己整一個
O水星O + 1 + 10 【點贊】這很有大網氣質!
月影伊人 + 1 + 2 【喜歡】看到這么好的帖如同回到初戀的年代!
悅動的喵 + 10 + 10 這就很厲害了!!
玨銘 + 8 + 11 大觸就是大觸,未來可期
V貪婪 + 1 + 10 ==有些意思

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本帖被以下畫板推薦:

想要成大觸,天天上元素!

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有點強

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厲害啊~!看完,我覺得還是找個現實的吧~

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盤 TA

~夢幻灬魅影~ 發表于 2019-3-23 00:28
厲害啊~!看完,我覺得還是找個現實的吧~

充氣娃娃簡單點。。。

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盤 TA

很厲害~

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看看

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謝謝分享

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這有點給力。學習了

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NB樓主,頂你

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謝謝分享啊!!!

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想要成大觸,天天上元素!

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謝謝分享

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嚶嚶嚶

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謝謝分享啊!!!

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感謝樓主分享

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舌頭都有模型

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多謝樓主分享!

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牛逼啊

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66666666666666

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厲害了,想這么多東西

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厲害了

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看的腦殼疼

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6666666666666666666

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666666666

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用CG做個女朋友有多難?看完之后我覺得還是找個真女友更容易些。

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美艷啊

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厲害了,想這么多東西

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88888

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剛放寒假

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厲害厲害牛逼牛逼厲害厲害牛逼牛逼

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想要成大觸,天天上元素!

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