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【3D技术】 用CG做个女朋友有多难?看完之后我觉得还是找个真女友更容易些。

 

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发表于 2019-3-22 13:57:07

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CG做个女朋友有多难,看完之后我觉得还是找个真女友更容易些。从模型到动画全真实实现-日本女高中生Saya 制作特辑
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译自 CGWORLD  2017- 01期  首发微元素
  • 翻译   元素界王
  • 润色   元素界王

译者注:
  • 这篇文章前后翻译共用了2个月之久,因为没有日文翻译经验,被一些词汇术语和机器翻译后的奇怪句子卡住很久,很多地方完全凭借对CG流程的理解强行翻译,会存在很多不准确的翻译,但尽可能保证词汇和技术点的准确,有不对之处,还请留言指正。

日本虚拟美少女saya 片选合集(共5个视频和本文的Doc格式文档下载)

价格:10元素币 销售总额:1050元素币 购买人数:105

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1.png
前言:
  • 这就是本文的女主角 SAYA , 你可能在很多年前就看到了她的作品,但这么多年来,作者从未停止对她的打磨与升级重构,从一个人发展出来一个30多人的CG团队。日本的研究所,大学,展会,和硬件厂商纷纷不收钱来支援他们的CG创作,只为制作出1个极为真实的CG角色,他们对【真实的定义】是物理真实,不是我们通常以为的那种,看上去真实的CG。

  • 虽然目前看来只是一件普通的CG作品,但是接下来的制作花絮会让你目瞪口呆,还能这样子做?还有这种操作?还有这种设备??

  • 在对本文翻译的过程中,我们看到这位艺术家对真实艺术的不断追求;
  • 看到了团队密切的分工合作;
  • 了解了当下最新的CG技术和CG硬件设备
  • 最为感人的就是这群人不为名利只为理想,吸引了越来越多优秀人的一起共创。
  • 其CG技术确实到达了一个新高度,这些技术沉底可能和卡梅隆的【阿丽塔】不是一个路子,但他们也是从0一步一步过来,最终以严谨的科学态度实现了自己的【小目标】
  • 希望能给国人带来启发,学习这种严谨的科学的,不断论证,不断挑战的CG人精神。
  • 正如你经常听到的,什么事物,做到了极致就是艺术!


--正文--
  • Saya 是一名日本女高中生,这是一个令人感到惊艳的CG角色,从首次展示到现在,其出色的完成度,引起了很大的反响,这个角色的表现极为细腻柔和,是大部分直男喜爱的温柔女孩类型。
  • Saya缔造者 -TLYUKA的创作历程
  • 作者是自由CG艺术家TLYUKA,他一直追求照片级CG角色的创作
  • 下面先看一下他的作品,你肯定再各大网站见过这些大作!因为他们广为流传。



不断的高难度挑战
  • TLYUKA2011年开始制作超真实CG角色作品,至今已经有8个年头,通过互联网接触到各种CG大师的作品,这深深的打动了TLYUKA, 于是他决定通过一个又一个的高难度作品来提高自己的技术。

  • 2.png
  • 现实存在的外国模特“ David James

  • 这是TLYUKA在2011年制作的日本机甲女性Gany
  • 但是在2014他有把握制作更接近真实的效果,所以制作了重置版。

2015 年夏天开始构建 Saya
  • 首先有一点 ,TLYUKA非常确定,并希望Saya是一个日本妹子
  • 她是一个大人小孩都会很喜欢的日系【卡哇伊】少女
  • 是一个充满梦想的青春期少女,同时也是一个乖乖女,不走叛逆路线。




  • 2016年Saya还在不断改进中,此时,有小伙伴一起加入制作,所以定了一个更大的目标。
  • 这个新伙伴叫【科村】
  • 科村先生,一边提供色彩管理技术,一边提供真人的摄影素材,为 Saya提供了真实信息的基础支持。

  • 起初,我们因为没有足够的预算请到专家级动画技术大神来制作SAYA的动作,所以当时我觉得只能自己动手了,直到【FARP】 也加入进来,在2016年的夏天开始,我们一起做了多项研究 。

  • 我们参加了多次展示,我们始终坚持SAYA是一个原创的角色,我们设想了很多SAYA未来的应用情景,对我们而言,SAYA最大的魅力在于【自由】,他可能作为一个虚拟角色被应用在各种现实活动中,比如会议主持人,广告演员,庆典活动中的献礼者。

加入了动画系统的SAYA
  • 我们不断打磨CG技术,特别是在肌肉模拟上,为了她能够真实的动起来,我们一遍又一遍的重新调整她


  • 2016年和2015年的对比

  • 想让Saya动起来,为了这样一个目的,我们反复调整了她的方方面面
  • 最初的单纯3D模型,在加入运动后,基本上每个细节都做了大幅修改,随时开发的进展,我们每天都有新的认识和发现,我们不断的尝试新技巧,排除错误的方法,这期间 我们的软件硬件都进行了升级,工作流也随之改变,我们希望记录这些变化,所有有了这篇文章,本文是在2016年11月中旬开始的。

动画控制器
  • SAYA的 面部 和身体 使用了不同的动画控制器,最终把两者合在一起
  • 眼睛和表情是比较特殊的动画系统
  • 衣服的布料使用了物理布料解算模拟

  • 我们有一套模型来调节角色的动作,这套模型比较简单,它用来驱动另外一套复杂的渲染模型,渲染模型是最终的全配版模型。

  • 因为可能会经常修改头部的模型和UV,所以我们在锁骨的末端制作了模型切口


  • 所有的UV在UV框 0~1内


  • 可循环使用的UV



表情细节是制作难题
  • 闭眼,抬眉,等基础动作如果使用skin蒙皮来制作,无法产出皱纹和肌肉凹陷等细节
  • 所以我们使用变形混合的方式来做,我写这篇文章时,一共用了104个基础变形模型
  • 并不是一开始就这么多,而是根据需求一点点追加的。
  • 我认为表情最难的部分在嘴巴周围,因为嘴巴的动作非常丰富,且联动周围的面积很大。
  • 这个部分,也是我们今后继续要解决的头号难题。

  • 另外 Saya的头部不是完全左右对称的,这给蒙皮调整也带来一些麻烦
  • 还有我们制作了嘴唇上下粘住的效果,在口渴的时候,张开嘴上唇和下唇会有粘粘(这个细节的模拟似乎是第一次见到)

整体效果由多种数据混合而成
整体效果 = 基础数据 + 褶皱样式 + 追加数据
控制点配置
开口“粘贴效果”。从完全关闭的状态开始开口下,从中间慢慢地差分开。

角色表情控制器
  • 我们用辅助控制器来控制角色表情,模型部分是不能手动移动的
  • 可以观察上面的图获得我们角色控制器的信息
  • 角色张开嘴的时候里面会有阴影使得看上去更真实
  • 我们给每个控制器做了限制,只允许在一定范围内移动

  • 上左图是正面看、向上看、向下看的眼睛动作。
  • 眼睛放在眼框里的时候,需要在控制器上设置限制范围,只保留必要的参数范围出来,用于控制眼球的动画。
  • 如上右图,这是眼睛控制器的界面布局,眼睛的控制相当复杂。


舌头
舌头模型的控制
  • 舌头和嘴都应该有非常灵活的动作,同时也都使用了类似皮肤的3S 材质
  • 我们专门为舌头做了一个展卷扭曲控制器
  • 舌头的动画形态一共有132种
  • 我们考虑使用线性骨骼来制作舌头的IK
  • 移动一个控制器,舌头会发生一系列的连锁反应,根据自己需要的比例进行运动
  • 每个控制器都将有用,比如舌头折叠的控制
  • 我们对舌头的各种行为进行了拍摄和分析
  • 通过分析它们,来确保我们做出柔软性极高,真实性极强的舌头


身体形态
     肌肉系统   和非肌肉系统对比

  • 在去年的展示中 我们使用了Maya muscale(肌肉系统)
  • 当时我们使用手动去制作动画,但是难以修改,于是我们做了大量的重新评估
  • 我们也尝试过不使用 Maya muscale,也能制作出同样的效果。
  • 当时,我们搭建了319个肌肉控制器,然后对所有的关节进行反复调整,
  • 对于一些能镜像的关键控制器,我们全部使用了镜像复制
  • 在这个过程中我们没有考虑脂肪弹性摇晃,和皱纹的制作,所以未来要做的话,控制器数量会继续增加。

补充说明
  • 特殊说明下,这个阶段感觉最难处理的是肩膀,肩膀的运动范围很广阔,而且在多个轴向上都能自由旋转,这样很容易让周围的一些蒙皮看起来出现错误
  • 所以我们先要定义出肩膀的一个基准点,然后测算人体在各种轴线的角度限制
  • 这种三个轴向都能旋转的部分,在高度,水平,垂直都有考虑
  • 而肘关节和膝关节不像肩膀这么难做,这些关节是单轴旋转的,很好做,简单测量后就能搞定

关节的运动的更多展示图

手的各关节都需要很细致

前臂转动的样子,前臂也设置了控制器。
桡骨,尺骨的旋转关系也要正确

通过storo Tool 来测算距离,确保比例的真实严谨


标题:Cloth布料运算模拟
  • 我们以高品质,高仿真的布料模拟为目标
  • 在皮肤的基础上使用布料模拟,身体会驱动布料产生运动
  • 角色穿的是针织衫,但是厚度和多余的细节我们没有在这个demo中去细化
  • 我们需要知道精度的极限,于是我们把服装拆成多个部件,使用Skin Clster,我们发现一些关节部位有破边
  • 这部分我们只能一个一个的点去设置修复,这里用到了Point On Poly管理器来调整顶点。
  • 模拟后我们清晰的看到胸部和屁股的形状出来了

  

头发,毛发模拟



  • 我们把头发分成好几块,前、后、耳朵上的头发,和眉毛,睫毛
  • 他们有各自不同的模拟设置。然后把模拟的结果变成可渲染的Spline locks

  • 眉毛睫毛从表皮长出来


注入生命的气息,动作捕捉
  • 参与动作捕捉的是两位来自【东映】的研究生,最近在各个场合他们的名字也会更多的出现




在现实运动的基础上,积极地采用新的技术
  • 在 【东映数码中心】有一个研究所,专门制作动作捕捉,致力于高端CG和VFX制作,我们与他们展开了合作
  • 他们的工作人员告诉我们,他们在使用 motion builder的来实时预览与制作动画
  • 他们还发表过 [全球Stage]  [动捕的那些事] 等文章
  • 2015年的春天开始,东映的东京摄影所内,动作捕捉室进行了改良
  • 摄像机的精度也大大提高了,墙面的颜色也做了调整,搭建了一个更合适的环境
  • 动捕专家【三鬼健也】先生说,在动作捕捉领域应该很快就能有新的产品出现吧,如果追求效率的话,光学式动作捕捉的优势是无可比拟的。
  • 研究所追求的是更高的质量,所以经常拿最新的技术进行翻拍比较,以追求更快,更好的技术。




日本动画
  • 近期我们在和一家动画系统公司共同研究,在和他们的动画技术开发者沟通过后,感觉非常棒,他们在用各种各样的动画软件制作动画
  • 我们做了一些比较后选择了一套方案,它的优势是可以记录任意选择的表情,来制作表情库,这个方法可以产生非常丰富的表情
  • 然后把身体和面部的动画分别制作,最终再整合在一起渲染, Tlyuka(最初作者)一直在负责渲染,这时的渲染压力和工作难度是巨大的,已经不是当时最初的Saya渲染难度了。
  • 此时的渲染,脸部的皱纹和脖子的肌肉非常真实,造型效果非常好。因为我们把她做成了非常有弹性的感觉,所以能感受到CG人也存在人性的一面。



  • 我们邀请【小孔】来做我们表情动作捕捉演员
  • 在Motion builder进行复杂的表情录制与制作

  
动画控制解析工具和界面  
  • 我们大约制作了600个表情捕捉,【小孔】的细微表情都能被体现出来
  • 噘嘴或者抿嘴,各种笑容对脸的影响能都体现出来
  • 我们尝试反复做一些动作来到达更理想的效果


这是能反映日本年轻女性的CG作品,对人体结构的研究和了解有深刻的价值。

【本君研究所】自豪的捕捉硬件

【本君研究所】表情捕捉设备的研究中心

  • 表情捕捉设备是非常精密的仪器,演员需要带上它来表演。因为需要特别注重它的重量,每一根螺丝的重量都要特别仔细检查校对,比如4个0.25g的螺丝总重量是1g,还需要保证设备安全且重量轻.
  • 设备不仅仅要考虑它的重量,还要考虑到它的架构,在以前的HMCD结构中,框架是笔直的,所以在外侧录制表情时,有嘴角对不上的可能性 。
  • 我们需要把角度调整,使脸轮廓清晰可见。
  • 随着硬件在不断升级,慢慢的我们减少了数据的波动,录制时更流畅了
  • 通过采访,我们了解了本君研究所每天的研究情况和积累下来的成果,并且这充分的展现出了他们不断追求更高质量CG作品的工作态度
  • 【本君研究所】的研究员表示用HMON【设备名称】来开发作品,是一件令人激动的工作,演员带上它表演,是一件令我们开心的事情
  • 目前的最新型号是Ver 22,总量大约239克 ,很多地方都有继续改造改良的余地
  • 目前采用把录像机放在支架主体上,随着不同的运动和场合,捕捉相机也可进行调整。
  • 捕捉到数据可以用无线信号快速传送

HMON 的参数
  • 1920X1080分辨率 60帧每秒的动画数据精度,重量仅为230g ,算是非常轻的
  • 移动性能也很好,在摄影棚,体育馆内都可以很好的使用


  • Tlyuka 在另外一个角度上进一步提升角色真实性:
  • 用MAYA 不断调整动画模型,继续升级眼睛细节
  • 用Motion builder 对接动捕动画

开始更高水准的公映展示
  • 青蓝色上衣的少女,参观美术馆,这个以8K精度呈现的画面是我们的新目标
  • 这个场景是在CEATEC会展上首次和大家见面
  • 有一些很好的评价,也听到了一些负面评价,比如觉得脖子和身体不够协调
  • 也有一些专业人士给出了积极的评价
  • 在以前,Saya只是一个日本女高中生CG图片作品
  • 但是目前她已经是一个接近真实存在的CG角色了
  • 但是她没有使用任何真人做模型数据扫描
  • 再次强调,她是一个完全原创的CG角色

Saya,使用了基于物理真实的CG角色系统
  • 通过动作捕捉技术来进行数字渲染
  • 使用了RGB HDR,高色彩显示
  • 再加上反复修改的角色创作,她包含了当代高中女生最有代表性的特征
  • 虽然像一个一流艺术品,但是她也极具真实性
  • 成为一个极具吸引力的CG角色,这就是我们对Saya的目标定位
  • 一个完全原创的CG角色想具备真实感其实是很难的,我们需要完成3个最先进的技术来做到【极为真实】

【1】第一人称的临场感

  • 带来高真实度的临场感
  • 在PS VR设备中,我们大约有100度的视野
  • 为了做到真实感受,我们必须支持100度视野内的事物全部真实
  • 人类的视力范例和可见距离也是我们考虑的因素
  • PPD (每单位内的像素数)的要求也是极高的
  • 16:9非常符合人类的视野宽高比



相机距离角色大概1.5米开始摄影最为清晰真实


【2】VR和HDR显示器
  • 我们用夏普公司的8K显示器来制作映像, 支持 HDR 高动态范围光照的标准显示器
  • VR显示器 则是在伽马 1/1.95进行转化后输出
  • 增强的对比度,可以更好的还原人类感知的现实世界
  • 值得一提的是,在VR中,一旦进行了色彩调整,就大幅的压低了亮度最亮的部分
  • 在部分HDR规格的显示器,如ST2084 ,则可以保持最亮的色彩,颜色的总量也会增加
  • 另外,在ST2084中,全部经过了颜色调整,所以和CR显示器相比是更简单的工作流程
  • 如下图所示



【3】实际的HDR空间场景
  • 在我们的展示会上,Saya穿着蓝色的礼服,在海边的美术馆中观光
  • 我们为了做出更合理的美术馆,我们和石川夫妇一起去观光了很多美术馆
  • 其中一个有一面很大的窗户的美术馆,我们记忆深刻,所以我们选择参考了这个有自然采光的建筑来作为我们展示的场景,这里有一个防止紫外线的玻璃窗户,墙面是白色的,白色墙面的亮度在40cd/m到140cd之间,是可以很好展示HDR效果的亮度,这里可以根据时间的变化在窗户玻璃上形成不同的透射率。

  • 这是美术馆内的最终渲染图像。太阳出来的时候,可以看到室内的光,但是在云遮住光线的时候,直线光消失了,对比度下降,显示出非常真实的GI效果
  • IBL环境球用来做HDRI(上)和真实的背景图(下)
  • 这两个都差不多同一时间在同一地方拍摄



  • 在观看HDR显示器的时候,可以表现出令人满意的高范围动态光效果
  • 色彩空间( gamma色彩)。因为是RRT和ODT的工作流程,所以HDR和CR的数示被转换成为BT


最终总结
  • 基于物理真实的CG角色系统
  • 通过动作捕捉技术来进行数字渲染
  • 是目前RGB色彩转化的最新技术之一
  • 高精度的真实映像转换
  • 动捕信息用60帧每秒的精度制作
  • 还有就是我们提到的 HDR亮度与帧速率控制等技术

  • 看起来都是一些简单的参数控制,但是真的上手起来确是难度非常之高的课题
  • 如果没有高亮度的HDR显示器,实际上无法判断出具体参数,不能体会到最佳的CG角色真实感
  • 在造型和动画的技术上,我们会继续打磨,进一步提升真实感是我们接下来需要继续坚持的事情


谢谢阅读



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参与人数 6元素币 +21 活跃度 +55 收起 理由
逆水1341 + 12 给自己整一个
O水星O + 1 + 10 【点赞】这很有大网气质!
月影伊人 + 1 + 2 【喜欢】看到这么好的帖如同回到初恋的年代!
悦动的喵 + 10 + 10 这就很厉害了!!
珏铭 + 8 + 11 大触就是大触,未来可期
V贪婪 + 1 + 10 ==有些意思

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想要成大触,天天上元素!

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盘 TA

有点强

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盘 TA

厉害啊~!看完,我觉得还是找个现实的吧~

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盘 TA

~梦幻灬魅影~ 发表于 2019-3-23 00:28
厉害啊~!看完,我觉得还是找个现实的吧~

充气娃娃简单点。。。

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盘 TA

很厉害~

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盘 TA

感谢分享

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盘 TA

看看

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盘 TA

谢谢分享

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盘 TA


谢谢分享

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盘 TA

这有点给力。学习了

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盘 TA


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盘 TA

NB楼主,顶你

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盘 TA

谢谢分享啊!!!

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盘 TA



想要成大触,天天上元素!

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嘤嘤嘤

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谢谢分享啊!!!

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盘 TA

感谢楼主分享

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盘 TA

舌头都有模型

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盘 TA

多谢楼主分享!

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盘 TA

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盘 TA

牛逼啊

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盘 TA

66666666666666

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盘 TA

厉害了,想这么多东西

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盘 TA

厉害了

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盘 TA

看的脑壳疼

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盘 TA

6666666666666666666

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盘 TA

666666666

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盘 TA

用CG做个女朋友有多难?看完之后我觉得还是找个真女友更容易些。

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盘 TA

美艳啊

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厉害了,想这么多东西

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盘 TA

88888

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盘 TA

刚放寒假

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盘 TA

厉害厉害牛逼牛逼厉害厉害牛逼牛逼

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盘 TA

想要成大触,天天上元素!

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