建筑动画制作中的分层渲染技术
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摘要:建筑动画由于自身的特点,也就有了在一般三维动画片当中很少碰到的一些技术难题,所以在制作建筑动画的过程当中,我们也就会采取一些独特的技术手段来达到最终的要求,本文探讨了在建筑动画制作中运用分层技术解决不同插件的冲突问题的方法。
关键词:建筑表现;建筑动画;分层渲染;三维动画
中图分类号:TU 文献标识码:B文章编号:1009-9166(2010)014(C)-0156-02
一、建筑动画的定义及运用范围
建筑动画是指为表现建筑以及建筑相关活动所产生的动画影片。它通常利用计算机软件来表现设计师的意图,让观众体验建筑的空间感受。建筑动画一般根据建筑设计图纸在专业的计算机上制作出虚拟的建筑环境,可以表现地理位置、建筑物外观、建筑物内部装修、园林景观、配套设施,自然现象如风、雨、雷鸣等。建筑动画应用最广的是房地产开发商对房产项目的广告宣传、工程投标、建设项目审批、环境介绍、古建筑保护、古建筑复原等。
二、建筑动画的基本制作流程
建筑动画是三维动画的一个分支,所以建筑动画的制作方法和流程基本上也遵循了一般三维影视动画片的制作流程。
当然,作为建筑动画来说,表现的主体是静止的建筑,所以主要以摄像机运动为主,制作也就有所侧重,主要关注在不同天气情况,不同时间段当中的建筑或建筑群。
通常建筑动画的制作流程主要有以下几个步骤:
1、脚本规划和设计。
2、建立模型:先建立主体,次要的可以简单制作,模型要尽量精简数目。
3、动画设置:先设定好摄影机的动画,完后再设定其他物体动画。
4、贴图灯光:模型的动画完成后,为模型赋材质,再设灯光。
5、环境制作:加入环境树木,人物,汽车等环境。
6、渲染输出:依制作需要渲出不同尺寸和分辨率的动画。
7、后期处理:渲染完成后。用后期软件进行修改和调整。
8、非编输出:将分镜头的动画剪辑后输出所需格式。
三、建筑动画制作中的难点
建筑动画由于自身的特点,也就有了在一般三维动画片当中很少碰到的一些技术难题,所以在制作建筑动画的过程当中,我们也就会采取一些独特的技术手段来达到最终的要求。
建筑动画的制作通常采用的是3dmax作为主要制作软件,3dmax在建筑表现领域的领先地位使它成为建筑建模的首选,但在另一方面,3dmax在创建特殊元素的时候(比如树木、水体、云层等)需要外部插件才能实现,这就为动画项目的制作带来了难题。
其中一个问题是,不同插件由于来自不同的开发者,它们之间很难互相完美配合。比如在3dmax当中创建近处的树木可以用Speed Tree插件,创建远处的森林可以用Forest Pro等插件,而创建水面和云层可以用Dream Scape。但多个插件如果同时使用,就会出现冲突。由于它们各自带有自己的灯光和阴影系统,Speed Tree的树需要将场景中的灯光阴影设置成Speed Shadow才能正常显示阴影,而Forest Pro则需要灯光采用X shadow方式的阴影,Dream Scape的水面则需要他自己的Dream Scape sun阳光才能产生真实光影。因此,如果同一个场景既有Speed Tree插件创建的的树,又有Forest Pro插件创建的森林,还有Dream Scape插件创建的水和云层,用普通的渲染方式要将这个场景正确渲染出来简直是不可能的。如果其中还有用RPC创建的人物,那简直就是制作者的噩梦。
为了解决这个难题,我们需要采用动画分层渲染的技术手段。
分层渲染是三维动画软件必须具备的一个功能,其中以MAYA的分层技术最为强大。在MAYA中,具有显示层和渲染层的不同分层方法,可以用不同的渲染引擎渲染不同的层,还可以设置多个渲染方式同时渲染输出。而3dmax只有显示层和渲染元素(Render Elements)没有渲染层的概念,但我们也可以手动地设置,达到分层渲染的效果。
主要的思路是将不同插件的元素用不同的灯光照射,设置不同的阴影,以便让每种元素的阴影都正确。然后将不同元素及其阴影分别单独渲染为一层。最后在用后期软件合成。
在这里,三维场景的层和平面软件的层的概念不同,它们之间不是简单的前后的关系,所以我们在合成的时候不能简单的前后叠加,而是需要输出为带有Z深度通道信息的格式,并用Z深度通道方式合成。
Z深度通道、或称视图内深度,是将场景内对象用灰度表示的通道。最近的对象呈现为白色,而场景的深度呈现为黑色。中级对象以灰色显示。灰色越黑,视图内的对象的深度越深。深度通道除了合成的功能外,还可以在后期软件创建方便快捷的雾气效果。
以下是具体的操作步骤:
(一)首先,我们需要把属于不同插件的元素,分别放置在不同层里比如树木作为一层,水面作为一层。而不属于插件的元素,如建筑和地面,也放置在单独一个层里。
(二)然后,为不同元素创建不同灯光组,设置不同的阴影方式。为统一光影方向,不同组的灯光可以在同一个位置。
(三)测试
单独显示树木层和地面建筑层,开启树的灯光,测试渲染。确保灯光阴影正确。
单独显示水层和地面建筑层,开启水的灯光,测试渲染。确保灯光阴影正确。
(四)分层渲染
1、将地面建筑层先单独渲染输出为RPF格式,开启深度通道及其他需要的通道。
RPF(Rich Pixel格式)是一种支持包含任意图像通道能力的格式,它可以包含Z深度通道、材质ID通道、法线、速度等通道,我们可以按照后期需要来选择相应的通道。在这个例子里,我们需要用深度通道来合成不同层,所以深度通道是必须选择的。
2、将地面建筑层所有物体设置为无光/投影材质。这是为了接受树木的阴影而不显示。
赋予了无光/投影材质的物体在渲染时不可见,但可以接受其他物体投射的阴影。
3、单独显示树木层和地面建筑层,开启树的灯光,渲染输出为RPF格式,开启深度通道及其他需要的通道。
4、单独显示水面层和地面建筑层,开启水的灯光,渲染输出为RPF格式,开启深度通道及其他需要的通道。
(五)后期合成
这里我们选用Combustion作为合成软件。因为Combustion和3dmax同属AUTODESK公司产品,互相的支持比较好。在Combustion中可以正确地读取RPF格式中的深度信息,而在另一个合成软件After Effects对3dmax输出的RPF则不太支持。
将上面三个RPF格式的序列帧用Combustion软件输入,采用深度通道的合成方法将其合成为一个统一的镜头。
这就是运用分层技术解决不同插件的冲突问题的方法,虽然设置比较烦琐,但还是让我们能够顺利地得到一个完整的最终效果。
结束语:3dmax软件是建筑动画的首选工具,不论在建筑建模、建筑材质及场景渲染方面都能够发挥它特有的优势,但它也存在一些先天不足,我们在制作过程当中需要充分利用和挖掘它已有的功能,并结合其他辅助工具的运用,来弥补软件本身的不足之处。
作者单位:爱因森软件职业学院继续教育学院环境艺术系
参考文献:
[1]姚勇,鄢竣红色风暴III:3DSMAX建筑表现实例教程――建筑动画篇.北京:中国青年出版社2006.