PBR流程动画场景设计及镜头制作

童琳

基于PBR流程的场景概念设定

动画的场景制作是一部三维动画影片成形的基石。它包括模型、材质、灯光以及渲染四大块，每一个环节互相影响互相依存。下文将详细阐述使用三维软件建模，三维软件渲染出图，后期软件合成的方式制作全流程。通过传统三维动画流程次序，依次阐述笔者的创作实现方法，记录了的基本创作思路与详细技术问题的解决以及实现。

故事时代背景和相关建筑史参考

无论是故事原著还是以此为基础的改编动画短篇，笔者认为呈现出明显的故事时代感都是略显多余的。民国时期建筑拥有东方和西洋的风格结合，给人以动荡多变，风云激荡的奇异印象。正是这种新旧交汇，传统与变革相对而立影响之下的世界，是使我们选择它的原因。

在对以上海外滩万国建筑群的历史建筑稍加研究之后，不难得出一个结论：其建筑群很难对应相关石砌建筑史的任意一个单独的建筑风格。但是这种难以归类的建筑风格也可以称作折衷主义。

在石砌建筑史中，希腊时期、罗马时期、拜占庭时期、中世纪时期、文艺复兴时期等等都有着其时代本身较为系统或是有特色的代表性建筑。但是在经过近代信息发展之后，建筑师们很容易吸取各类历史时期建筑特色做一个杂糅性建筑，在那个时期之后建筑无须再以时代时期地域来鉴别类型，更多地呈现出一种折衷主义。折衷主义建筑在十九世纪中叶的法国为典型，以及十九世纪末和二十世纪初期的美国，也有大批建筑涌现。所以我们不难理解，在上海民国时期，为何为出现这种各有特色的石砌建筑。

有了以上初步认识，我们就可以筛选一批具有代表性的建筑出来。以下是选中的一批形式优美有各具特色、具有历史感的建筑代表。名单如下。

东风饭店、外滩3号、华夏银行大楼、盘古银行、轮船招商局大楼、上海浦东发展银行大楼、海关大楼、友邦大厦、外滩18号、和平饭店北楼、外贸大楼、外滩33号、浦江饭店、上海饭店、虹桥路 沙逊别墅、兴国宾馆1号楼。

建筑内的室内装潢风格以及家具设计参考

本片根据卡尔维诺的微型小说《孤独》改编，对于适用于室内建筑的主要设定参考是兴国宾馆1号楼，兴国宾馆是一个相当敦实的2层豪宅，内部空间很宽敞，没有查到兴国宾馆的内部装潢图，但是这并没有什么影响，对此参阅了大量豪华会所来物色合理的室内装潢风格。见图1。

很明显，为了匹配折衷主义建筑，所以室内装潢应该是欧式风格。欧式风格按照不同地域细分文化又需分为北欧、简欧和传统欧式。毫无疑问，传统欧式结合民国时期特色，是理想的风格设定目标。

基于PBR流程的场景中期制作

有了以上初步认识，我们就可以筛选一批具有代表性的建筑出来。这些建筑在中期建模中我对他们中的大部分都进行了令人满意的还原，成为了笔者室外场景中的主要参考。

场景的街景设计

在动画前期场景设定中，出现的14个主要场景建筑有真实参考，根据真实历史建筑的照片资料进行了完整的三维外观复原。剩余17个次要街道没有真实参考，按照主要场景中的重要建筑风格，以居民楼为主要设计用途搭建。

在全场景的搭建中，着重于表现主要建筑的细节量和型准以及真实性，并且尽可能地降低了次要建筑模型的细节量。但是这两者的关系也并非绝对，具体模型在对应的具体镜头景别均有针对下考量其细节信息表现。

在整个场景的构建中，最为重点表现的建筑特性显而易见——砖石结构。而这砖石结构建筑群中最突出的特点即是——石拱门。这种由罗马时期开始大规模应用的建筑特征几乎是西洋建筑挥之不去的经典元素，所以在本片的场景构建中，这一特征随处可见。笔者认为这种设计可以使观众从中感受到时代氛围，是一种时代感的表现。

室外场景主要建筑的建模

在此前的街景线面渲染图中，相信读者对场景风格和模型质量有了一定的认识，为了更好的说明笔者如何构建场景，尤其是建模部分，所以单独拿出部分主要建筑的灯光测试以供参考。

模型给人以真实感的最主要因素恰恰是在模型细节量的体现。所以为了塑造出令人信服的模型，必须加上足够的模型细节，其中包括建筑基座以上的围栏、装饰性的石膏浮雕、窗臺的木制窗栅栏、以及一楼的建筑内部防盗门等细节。

下图是针对武康大厦的内部及外部灯光测试，见图2。

武康大厦是一座比较有代表性的建筑，是我早期塑造的主要场景之一。

小结一下，对于以上建筑建模的主要步骤就是：

（1） 使用平滑预览等手段拟合初步建模大型，确定比例。

（2）使用平滑细分等手段进一步细化建筑细节，划分次级块体。

（3）使用布尔、挤出等手段划分建筑的一二三级细化型，完善建筑外形。

（4）使用提取、挤出等手段塑造建筑的具体细节，营造真实感。

室内场景的装潢以及家具的展现

本片的主要室内建筑即兴国宾馆，关于兴国宾馆的外部模型已经在上一章节中展示。由于兴国宾馆是一个知名建筑，所以其外观资料并不难找到，但是似乎其内部装潢并没有展示。所以在参阅了室内设计的相关书籍之后对其进行了主观性非写实的室内装潢。

可以看到建筑的承重梁不在室内中央区域，所以室内的视野比较开阔，这样一个比较开阔的区域以现代审美看应该设计成开放式大堂比较主流，但是考虑到时代因素，在民国时期的设计理念应该是划分成不同的规整的房间，以满足会客、办公。

完成了这几步就已经完成了室内空间的基本划分，因为不是真实装修，所以不需要单独铺设木地板等真实设置。接下来我们继续添置墙面饰板、天花板贴顶线、天花板饰面。

PBR动画场景之材质制作

关于本片的中期材质制作主要依附于Maya的渲染插件Arnold和Red Shift渲染器实现，其中部分人物和道具的材质贴图由Substance Painter制作。在这个章节中会详细讨论我是如何实现，通过何种技术命令操作完成了这些材质。

PBR动画场景之艺术风格测试

对于本片的艺术风格作出了数次尝试，经历了诸多摇摆。

关于CG的次世代超写实类风格尝试，是最后确认使用的方案。它最具有一定写实的美感，也有CG式的虚幻感。是最符合本片的艺术风格。

这个过程本身对我来说也是认知渲染板块的必经之路。次世代的核心只有一个，就是细节。细节从哪里来？真实世界。明白了这个原则，就掌握了超写实渲染的核心，见图3。

基于Substance Painter的材质制作

而业界对这种技术最主流的应用就在游戏引擎板块，其中首当其冲的软件就是刚刚被Adobe公司收购的Substance Painter，这款强大的次世代制作软件方便实用，极大了满足了对人物材质的全流程制作。

请看图4在Substance Painter的制作界面：

Substance Painter提供了数量众多，并且各自独当一面的智能材质球，供用户自行选择，这种直接提供半成品的做法变相降低了材质制作的难度。

另一方面，Substance Painter有着极其成熟的材质层，类似于PS的图层管理，革新了材质球制作理念。

对于Substance Painter的使用系统而复杂，有以下几个基础性技术步骤：

（1） 模型需拆解完所有UV，并且布置妥当。

（2） 模型需要拆分好不同的材质球导入软件。

（3） 模型导入软件后需要烘培法线、曲率、厚度、ID等贴图。

（4）针对每个模型的不同材质球建立图层，在图层中建立不同的蒙版以控制粗糙度、法线、高度等不同渲染属性。

关于Substance Painter与Maya的对接

受到Substance Painter的软件性质约束，导出方式是以不同属性的贴图来导出材质的。所以如何连接Maya与Substance Painter也至关重要。受到篇幅限制，我仅展示Substance Painter与Arnold渲染器的对接方式。

PBR动画场景之灯光制作

受限于本片的故事以及设定限制，本作的灯光设计由射灯为主照明，天光为自然照明，面光为辅助照明。而场景中的材质基本以石质、砖砌、水泥为主。图5。

关于Arnold灯光的使用

Arnold渲染器提供了相对应Maya的Arnold照明灯，但是与此同时，对Maya自带的照明灯光优化极佳，所以不需要纠结是不是Arnold的灯光更好。在本片中我以使用Maya自带的Spot Light为主。

关于Red Shift灯光的使用

Red Shift渲染器提供了相对应Maya的Red Shift照明灯，与Arnold渲染器不同，Red Shift对于Maya的自带灯光优化支持并不全面，所以我更倾向于直接使用Red Shift灯光。

PBR动画场景之渲染制作

本片的动画制作相对复杂，使用了2个渲染器，分别针对室内室外两种情况分类渲染，其中Arnold渲染器具有扎实的GI效果，但是需要渲染的时间实在过长。为了在后期加速渲染，引入了Red Shift渲染器来加速。在后期不断地熟悉这个渲染器，可以拉近两者的差别，在经过后期后几乎不会有画质差异。

关于使用两个渲染器的理由以及实现思路

寄托于阿诺德渲染器本身的优秀画质，与红移渲染器优秀的渲染速度，本作使用了两个渲染器作为渲染主力工具。

基于Arnold渲染器材质球

关于Arnold渲染器，我全程使用Arnold自带的PBR性质的万能材质球ai Standard Surface。它具有固有色、反射、折射等基础材质，还具有次表面反射、二次反射、薄膜反射等进阶特性。

Arnold渲染器提供了相当丰富强大的渲染节点，使用这些节点合成纹理或者转变纹理通道或校色都极为便利。

Arnold渲染器是一个物理引擎渲染器，其渲染参数极为奢侈，稍稍的采樣增加就会造成渲染时长的翻倍，而得到一个平滑的效果往往极为困难，对此必须降噪，并且使用自适应采样。

对此笔者对渲染参数进行了优化，向渲染时长妥协，在降低精度的同时抑制噪点。

妥协渲染时长后的渲染设置。

基于Red Shift渲染器材质球

Red Shift渲染器的万能材质球有2个，一个是最新的rs Material，一个是比较成熟的rs Architectural。他们都具有比较成熟的基础特性：固有色、反射、折射、半透明等属性，但是不具有PBR性质的次表面反射、二次反射、金属等进阶特性。

Red Shift渲染器提供了丰富的渲染节点，但是个人认为较Arnold的渲染节点来说，Red Shift这些节点合成纹理的思路更为统一，不像Arnold节点灵活多变。

Red Shift渲染器是一个有偏差渲染器，它类似VRAY 渲染器提供了多种渲染模式，可以由使用者自行调整。

在使用初期，我使用了灯光缓存和灯光点云的GI物理引擎，这种组合高效并且使用简便。使用低质量并不会使图片画质过于糟糕，使用高画质也不会太多的拖慢渲染质量。

在使用该渲染器的初期，我大规模地使用了这种渲染组合模式。但是几经尝试对比，在后期笔者放弃了这个渲染模式。

关于场景的分层渲染以及AOV实现

为了充分给后期留出余地，分层渲染需要极为详细的划分，在Maya渲染层和渲染器AOV中都设置了分层。在Maya渲染层中，使用灯光覆盖的手段划分出固有色层和阴影层。

以Red Shift渲染器的该场景AOV渲染层为例，单独添加了自发光层、反射层、高光层。单独控制这些层可以在后期合成中留有更多余地，具有更强的控制力。