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    发布于 2019-3-22 13:57:07

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                         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              

    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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    更新视频资料


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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）

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    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。



    • 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。
    • 把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






    评价

    趴地
    666666666666  发表于 2020-7-29 01:48

    评分

    参与人数 12元素币 +46 活跃度 +121 展开 理由
    whot! + 10 厉害
    tq8023 + 3 + 6 为什么我们不能两个都要呢？
    小优小優... + 15 【点赞】这很有大网气质！
    云海ov + 11 【感谢】楼主分享的内容！很棒！
    雷喵加尔... + 1 【给力】阅贴无数，楼主最强！
    幺九 + 21 + 24 【点赞】这很有大网气质！
    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！！
    狠人BT + 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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    本帖被以下画板推荐:

    想要成大触，天天上元素
    使用道具 <
    qq_小学僧_gc1  发表于 2019-3-23 00:27:17  
    2#
    有点强

    回复

    小题莫
    66666666666666666  发表于 2020-12-29 09:37
    回复 收起回复
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    ~梦幻灬魅影~  发表于 2019-3-23 00:28:33  
    3#
    厉害啊~！看完，我觉得还是找个现实的吧~
    回复 收起回复
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    天下第一大气力  发表于 2019-3-23 00:43:02  
    4#
    ~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。。。
    回复 收起回复
    使用道具
    laopi123  发表于 2019-3-23 00:54:22  
    5#
    很厉害~
    回复 收起回复
    使用道具
    狐左茗  发表于 2019-3-23 01:18:35  
    6#
    感谢分享
    回复 收起回复
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    spleline  发表于 2019-3-23 01:30:15  
    7#
    看看
    回复 收起回复
    使用道具
    朝歌起兮  发表于 2019-3-23 01:37:47  
    8#
    谢谢分享
    回复 收起回复
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    シキ  发表于 2019-3-23 02:03:28  
    9#

    谢谢分享
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    李金霖  发表于 2019-3-23 03:56:52  
    10#
    这有点给力。学习了
    回复 收起回复
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    最帅的启哲  发表于 2019-3-23 07:39:52  
    11#
    感谢分享
    回复 收起回复
    使用道具
    document  发表于 2019-3-23 07:54:27  
    12#
           
    谢谢分享
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    上帝也寂寞123  发表于 2019-3-23 08:26:25  
    13#

    谢谢分享
    回复 收起回复
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    21号我有你  发表于 2019-3-23 08:26:51  
    14#
    NB楼主，顶你
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    luyouxiang  发表于 2019-3-23 08:34:54  
    15#
    谢谢分享啊！！！
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    逆风(_)  发表于 2019-3-23 08:35:58  
    16#


    想要成大触，天天上元素！
    回复 收起回复
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    jlygr330958453  发表于 2019-3-23 08:38:23  
    17#
    谢谢分享
    回复 收起回复
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    qq_cola_Zf2  发表于 2019-3-23 08:39:16  
    18#
    嘤嘤嘤
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    luyouxiang  发表于 2019-3-23 08:41:55  
    19#
    谢谢分享啊！！！
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    尘阳  发表于 2019-3-23 09:06:16  
    20#
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