PBR流程動畫場景設計及鏡頭制作

童琳

基于PBR流程的場景概念設定

動畫的場景制作是一部三維動畫影片成形的基石。它包括模型、材質、燈光以及渲染四大塊，每一個環節互相影響互相依存。下文將詳細闡述使用三維軟件建模，三維軟件渲染出圖，后期軟件合成的方式制作全流程。通過傳統三維動畫流程次序，依次闡述筆者的創作實現方法，記錄了的基本創作思路與詳細技術問題的解決以及實現。

故事時代背景和相關建筑史參考

無論是故事原著還是以此為基礎的改編動畫短篇，筆者認為呈現出明顯的故事時代感都是略顯多余的。民國時期建筑擁有東方和西洋的風格結合，給人以動蕩多變，風云激蕩的奇異印象。正是這種新舊交匯，傳統與變革相對而立影響之下的世界，是使我們選擇它的原因。

在對以上海外灘萬國建筑群的歷史建筑稍加研究之后，不難得出一個結論：其建筑群很難對應相關石砌建筑史的任意一個單獨的建筑風格。但是這種難以歸類的建筑風格也可以稱作折衷主義。

在石砌建筑史中，希臘時期、羅馬時期、拜占庭時期、中世紀時期、文藝復興時期等等都有著其時代本身較為系統或是有特色的代表性建筑。但是在經過近代信息發展之后，建筑師們很容易吸取各類歷史時期建筑特色做一個雜糅性建筑，在那個時期之后建筑無須再以時代時期地域來鑒別類型，更多地呈現出一種折衷主義。折衷主義建筑在十九世紀中葉的法國為典型，以及十九世紀末和二十世紀初期的美國，也有大批建筑涌現。所以我們不難理解，在上海民國時期，為何為出現這種各有特色的石砌建筑。

有了以上初步認識，我們就可以篩選一批具有代表性的建筑出來。以下是選中的一批形式優美有各具特色、具有歷史感的建筑代表。名單如下。

東風飯店、外灘3號、華夏銀行大樓、盤古銀行、輪船招商局大樓、上海浦東發展銀行大樓、海關大樓、友邦大廈、外灘18號、和平飯店北樓、外貿大樓、外灘33號、浦江飯店、上海飯店、虹橋路 沙遜別墅、興國賓館1號樓。

建筑內的室內裝潢風格以及家具設計參考

本片根據卡爾維諾的微型小說《孤獨》改編，對于適用于室內建筑的主要設定參考是興國賓館1號樓，興國賓館是一個相當敦實的2層豪宅，內部空間很寬敞，沒有查到興國賓館的內部裝潢圖，但是這并沒有什么影響，對此參閱了大量豪華會所來物色合理的室內裝潢風格。見圖1。

很明顯，為了匹配折衷主義建筑，所以室內裝潢應該是歐式風格。歐式風格按照不同地域細分文化又需分為北歐、簡歐和傳統歐式。毫無疑問，傳統歐式結合民國時期特色，是理想的風格設定目標。

基于PBR流程的場景中期制作

有了以上初步認識，我們就可以篩選一批具有代表性的建筑出來。這些建筑在中期建模中我對他們中的大部分都進行了令人滿意的還原，成為了筆者室外場景中的主要參考。

場景的街景設計

在動畫前期場景設定中，出現的14個主要場景建筑有真實參考，根據真實歷史建筑的照片資料進行了完整的三維外觀復原。剩余17個次要街道沒有真實參考，按照主要場景中的重要建筑風格，以居民樓為主要設計用途搭建。

在全場景的搭建中，著重于表現主要建筑的細節量和型準以及真實性，并且盡可能地降低了次要建筑模型的細節量。但是這兩者的關系也并非絕對，具體模型在對應的具體鏡頭景別均有針對下考量其細節信息表現。

在整個場景的構建中，最為重點表現的建筑特性顯而易見——磚石結構。而這磚石結構建筑群中最突出的特點即是——石拱門。這種由羅馬時期開始大規模應用的建筑特征幾乎是西洋建筑揮之不去的經典元素，所以在本片的場景構建中，這一特征隨處可見。筆者認為這種設計可以使觀眾從中感受到時代氛圍，是一種時代感的表現。

室外場景主要建筑的建模

在此前的街景線面渲染圖中，相信讀者對場景風格和模型質量有了一定的認識，為了更好的說明筆者如何構建場景，尤其是建模部分，所以單獨拿出部分主要建筑的燈光測試以供參考。

模型給人以真實感的最主要因素恰恰是在模型細節量的體現。所以為了塑造出令人信服的模型，必須加上足夠的模型細節，其中包括建筑基座以上的圍欄、裝飾性的石膏浮雕、窗臺的木制窗柵欄、以及一樓的建筑內部防盜門等細節。

下圖是針對武康大廈的內部及外部燈光測試，見圖2。

武康大廈是一座比較有代表性的建筑，是我早期塑造的主要場景之一。

小結一下，對于以上建筑建模的主要步驟就是：

（1） 使用平滑預覽等手段擬合初步建模大型，確定比例。

（2）使用平滑細分等手段進一步細化建筑細節，劃分次級塊體。

（3）使用布爾、擠出等手段劃分建筑的一二三級細化型，完善建筑外形。

（4）使用提取、擠出等手段塑造建筑的具體細節，營造真實感。

室內場景的裝潢以及家具的展現

本片的主要室內建筑即興國賓館，關于興國賓館的外部模型已經在上一章節中展示。由于興國賓館是一個知名建筑，所以其外觀資料并不難找到，但是似乎其內部裝潢并沒有展示。所以在參閱了室內設計的相關書籍之后對其進行了主觀性非寫實的室內裝潢。

可以看到建筑的承重梁不在室內中央區域，所以室內的視野比較開闊，這樣一個比較開闊的區域以現代審美看應該設計成開放式大堂比較主流，但是考慮到時代因素，在民國時期的設計理念應該是劃分成不同的規整的房間，以滿足會客、辦公。

完成了這幾步就已經完成了室內空間的基本劃分，因為不是真實裝修，所以不需要單獨鋪設木地板等真實設置。接下來我們繼續添置墻面飾板、天花板貼頂線、天花板飾面。

PBR動畫場景之材質制作

關于本片的中期材質制作主要依附于Maya的渲染插件Arnold和Red Shift渲染器實現，其中部分人物和道具的材質貼圖由Substance Painter制作。在這個章節中會詳細討論我是如何實現，通過何種技術命令操作完成了這些材質。

PBR動畫場景之藝術風格測試

對于本片的藝術風格作出了數次嘗試，經歷了諸多搖擺。

關于CG的次世代超寫實類風格嘗試，是最后確認使用的方案。它最具有一定寫實的美感，也有CG式的虛幻感。是最符合本片的藝術風格。

這個過程本身對我來說也是認知渲染板塊的必經之路。次世代的核心只有一個，就是細節。細節從哪里來？真實世界。明白了這個原則，就掌握了超寫實渲染的核心，見圖3。

基于Substance Painter的材質制作

而業界對這種技術最主流的應用就在游戲引擎板塊，其中首當其沖的軟件就是剛剛被Adobe公司收購的Substance Painter，這款強大的次世代制作軟件方便實用，極大了滿足了對人物材質的全流程制作。

請看圖4在Substance Painter的制作界面：

Substance Painter提供了數量眾多，并且各自獨當一面的智能材質球，供用戶自行選擇，這種直接提供半成品的做法變相降低了材質制作的難度。

另一方面，Substance Painter有著極其成熟的材質層，類似于PS的圖層管理，革新了材質球制作理念。

對于Substance Painter的使用系統而復雜，有以下幾個基礎性技術步驟：

（1） 模型需拆解完所有UV，并且布置妥當。

（2） 模型需要拆分好不同的材質球導入軟件。

（3） 模型導入軟件后需要烘培法線、曲率、厚度、ID等貼圖。

（4）針對每個模型的不同材質球建立圖層，在圖層中建立不同的蒙版以控制粗糙度、法線、高度等不同渲染屬性。

關于Substance Painter與Maya的對接

受到Substance Painter的軟件性質約束，導出方式是以不同屬性的貼圖來導出材質的。所以如何連接Maya與Substance Painter也至關重要。受到篇幅限制，我僅展示Substance Painter與Arnold渲染器的對接方式。

PBR動畫場景之燈光制作

受限于本片的故事以及設定限制，本作的燈光設計由射燈為主照明，天光為自然照明，面光為輔助照明。而場景中的材質基本以石質、磚砌、水泥為主。圖5。

關于Arnold燈光的使用

Arnold渲染器提供了相對應Maya的Arnold照明燈，但是與此同時，對Maya自帶的照明燈光優化極佳，所以不需要糾結是不是Arnold的燈光更好。在本片中我以使用Maya自帶的Spot Light為主。

關于Red Shift燈光的使用

Red Shift渲染器提供了相對應Maya的Red Shift照明燈，與Arnold渲染器不同，Red Shift對于Maya的自帶燈光優化支持并不全面，所以我更傾向于直接使用Red Shift燈光。

PBR動畫場景之渲染制作

本片的動畫制作相對復雜，使用了2個渲染器，分別針對室內室外兩種情況分類渲染，其中Arnold渲染器具有扎實的GI效果，但是需要渲染的時間實在過長。為了在后期加速渲染，引入了Red Shift渲染器來加速。在后期不斷地熟悉這個渲染器，可以拉近兩者的差別，在經過后期后幾乎不會有畫質差異。

關于使用兩個渲染器的理由以及實現思路

寄托于阿諾德渲染器本身的優秀畫質，與紅移渲染器優秀的渲染速度，本作使用了兩個渲染器作為渲染主力工具。

基于Arnold渲染器材質球

關于Arnold渲染器，我全程使用Arnold自帶的PBR性質的萬能材質球ai Standard Surface。它具有固有色、反射、折射等基礎材質，還具有次表面反射、二次反射、薄膜反射等進階特性。

Arnold渲染器提供了相當豐富強大的渲染節點，使用這些節點合成紋理或者轉變紋理通道或校色都極為便利。

Arnold渲染器是一個物理引擎渲染器，其渲染參數極為奢侈，稍稍的采樣增加就會造成渲染時長的翻倍，而得到一個平滑的效果往往極為困難，對此必須降噪，并且使用自適應采樣。

對此筆者對渲染參數進行了優化，向渲染時長妥協，在降低精度的同時抑制噪點。

妥協渲染時長后的渲染設置。

基于Red Shift渲染器材質球

Red Shift渲染器的萬能材質球有2個，一個是最新的rs Material，一個是比較成熟的rs Architectural。他們都具有比較成熟的基礎特性：固有色、反射、折射、半透明等屬性，但是不具有PBR性質的次表面反射、二次反射、金屬等進階特性。

Red Shift渲染器提供了豐富的渲染節點，但是個人認為較Arnold的渲染節點來說，Red Shift這些節點合成紋理的思路更為統一，不像Arnold節點靈活多變。

Red Shift渲染器是一個有偏差渲染器，它類似VRAY 渲染器提供了多種渲染模式，可以由使用者自行調整。

在使用初期，我使用了燈光緩存和燈光點云的GI物理引擎，這種組合高效并且使用簡便。使用低質量并不會使圖片畫質過于糟糕，使用高畫質也不會太多的拖慢渲染質量。

在使用該渲染器的初期，我大規模地使用了這種渲染組合模式。但是幾經嘗試對比，在后期筆者放棄了這個渲染模式。

關于場景的分層渲染以及AOV實現

為了充分給后期留出余地，分層渲染需要極為詳細的劃分，在Maya渲染層和渲染器AOV中都設置了分層。在Maya渲染層中，使用燈光覆蓋的手段劃分出固有色層和陰影層。

以Red Shift渲染器的該場景AOV渲染層為例，單獨添加了自發光層、反射層、高光層。單獨控制這些層可以在后期合成中留有更多余地，具有更強的控制力。