如何建造逼真的3D数字城市？

虽然布莱恩·辛格（Bryan Singer）2013年的电影《巨人杀手杰克》（Jack the Giant Slayer）的背景设定在一个奇幻世界中，但有一个关键序列发生在当代伦敦。在电影结尾出现的令人印象深刻的虚拟摄像机镜头中，摄像机从伦敦塔拉出，在塔桥下拉动，并在天空中结束。由于无法实际拍摄，Rodeo FX的团队不得不以数字方式重现伦敦。

 

本文将引导您完成使用位置摄影和摄影测量法重建逼真的数字城市的过程，将工作分为 10 个关键阶段。

 

假设你熟悉摄影测量等概念，以及VFX工作流程的关键阶段，所以如果你是CG的新手，你需要在处理技巧之前做一些背景阅读。

 

 

 

视效预览是任何VFX项目的重要组成部分，可帮助您规划需要在摄像机上捕获的内容以及需要在后期重新创建的内容。

 

 

1. 视效预览

 

视效预览对于像《巨人杀手杰克》这样的复杂项目至关重要：它不是简单地以数字方式重现整个伦敦，而是使我们能够准确地确定最终镜头中的内容。

 

创建视效预览动画或动画可以帮助您清楚地表达您的想法，但它对于个人或学校项目同样有价值。

 

通过明确定义您需要拍摄的内容以及如何在相机上捕捉，视效预览将节省您在现场拍摄中的时间，减少后期制作工作并确保更高质量的结果。

 

创建视效预览时，不要在建模或动画上花费太多时间。你只需要对空间和时间有一个很好的了解，所以使用简单的模型，只遮挡动画。库存模型在这里会很有帮助，使您能够专注于设计镜头而不是创建资产。

 

不要浪费时间设置复杂的着色器或生成高分辨率渲染。使用场景的屏幕截图或基本渲染来快速预览。

 

 

2. 规划

 

艺术家通常渴望开始为项目创建资产，但如果没有适当的规划，工作通常最终需要更长的时间。分析您的需求、如何组织工作负载以及如何加快工作流程非常重要。

 

像Shotgun或ftrack这样的生产管理软件在这里会有所帮助。但是，如果您无法使用此类工具，请在Excel或Google Docs中创建甘特图。您可以在线找到可下载的模板。

 

图表应包括工作流程的所有主要步骤，并附有名称和时间范围。这样就可以查看您的工作是否按计划进行，您需要优先考虑什么以及您可以在哪些方面偷工减料。例如，如果你的重点是城市环境，不要花太多时间在有机建模上。你必须更加重视你打算专攻的东西。

 

 

真实世界的照片是逼真的视觉效果项目的重要组成部分，用于摄影测量、相机投影、纹理工作，以及简单地作为艺术家的参考。

 

 

3.参考拍摄

 

对于像《巨人猎人杰克》这样的逼真项目，真实世界的图像是必不可少的：用于摄影测量、相机投影、纹理以及仅供参考。我们派出了一个摄制组到伦敦，从大约虚拟摄像机路径上捕捉静止图像和直升机镜头。

 

对于投影工作，请使用视效预览动画来识别所需的图像。如果您使用的照片拍摄的离理想相机位置太远，您的投影将拉伸并分解。

 

但是，从其他角度拍摄每个位置的图像也是一个好主意：它为您提供了更多后期制作选择。

 

您可以将透视图像用于相机投影，但对纹理图像使用正交视点，以便捕获所有细节。

 

如果可能的话，在阴天条件下（没有直射光）拍摄，以获得中性元素。

 

以您能承受的最高分辨率捕获图像：如果可能至少 4K。如果特定资产不需要高分辨率图像，则以后可以随时缩小它们的大小，但最好使用高分辨率源图像。

 

以RAW格式拍摄。RAW图像可以捕获最大范围的色彩信息，并让您更好地控制自己的工作，尤其是在您需要进行大量色彩校正的情况下。您还应该拍摄HDR图像以用于照明信息：这有助于将CG资产与实时板集成。

 

不言而喻，照片需要成为焦点。处理模糊的图像令人沮丧！

 

 

4. 摄影测量

 

摄影测量可以更快地重建大型真实世界环境。在《巨人杀手杰克》中，我使用 3D 均衡器生成了一个包含大约 500 个参考点的点云，这些参考点与 20 台摄像机对齐，然后设置了一个主 3D 场景，包括与摄影测量解决方案对齐的摄像机，艺术家可以在建模时将其用作参考。

 

但是，如果您无法使用3D均衡器，则可以使用许多其他工具：例如，PhotoScan，PhotoModeler，Enwaii或商业相机跟踪软件。

 

您将使用未失真的图像进行摄影测量工作。了解用于捕获照片的相机类型对于正确不失真并为您提供高质量的结果至关重要。

 

拍摄图像时，请使用不同的相机角度以覆盖尽可能多的主体或位置。收集更多角度视图将帮助您获得更准确的世界空间位置。

 

即使您的相机看起来正确对齐，也最好将您的摄影测量解决方案定位于世界空间。在影像中查找可用作参考轴的要素，例如建筑物的边缘、屋顶或与地面的交点线。

 

使用来自不同建筑物的参考点来帮助您优化摄影测量解决方案。让您的 3D 场景定位良好将使建模阶段更加轻松和清晰。

 

 

从摄影测量数据重新创建几何图形需要一种不同的思维方式，从头开始创建模型。只关注主要形式，从视角和相机视角工作。

 

 

5. 构建精确的几何图形

 

从摄影测量开始工作需要一种不同的思维方式，从头开始创建模型。我看到艺术家最常犯的错误是过于关注从2D摄像机视角进行建模：评估物体之间的距离也很重要，以便在最终镜头中获得良好的视差和良好的比例感。这意味着还要从透视图创建几何图形。

 

不要疯狂地对所有细节进行建模。过于详细的几何图形将导致投影重复和其他需要稍后修复的问题。从简单开始，只有在确定需要添加的内容以使结果看起来不那么平坦之后，才添加更多细节。也不要花太多时间对几何体中不可见或在最终镜头中不太明显的部分进行建模。

 

即使您的模型不需要高分辨率，最好在使用前对其进行细分，尤其是在投影真实位置摄影时。这可以防止图像投影在渲染中闪烁，尤其是在大型表面上。

 

创建所有单个模型后，请确保它们都不是浮动的，并且几何图形与地平面正确相交，以避免集成问题。您还应该检查资产的法线是否朝向正确的方向，以防止出现投影问题。

 

 

6. 相机动画

 

在开始优化模型之前，创建几何图形的粗略第一遍。这允许布局部门更早地开始工作，设计摄像机动画并调整立体分离。

 

遮挡几何体没有典型的多边形计数：这取决于资产以及它与摄像机的距离。但是，几何体需要尽可能轻巧：设计摄像机运动可能需要大量迭代，因此渲染速度越快越好。

 

在重建城市时，首先关注建筑物的整体形状。为了获得正确的城市布局，您的 3D 模型需要具有正确的高度和正确的距离。

 

完成此操作后，您可以通过添加屋顶元素、阳台、用于特写资源的窗户以及用于图像投影目的的细分来开始优化几何体。

 

此外，作为一般规则，将您的资源导出为干净的模型（检查法线、冻结变换并删除建模历史记录），以便其他美术师更容易使用它们。

 

 

如果您正在与其他环境美术师或遮罩画家团队合作，请选择最适合纹理投影的主照片，并确定每个图像中应使用的区域。

 

 

7. 准备投影纹理

 

除了创建几何体外，您还需要准备将投影到其上的纹理元素。如果您与其他遮罩画家合作，请选择效果最佳的主照片，并清楚地定义要用于投影的每个图像的区域。

 

完成所有投影纹理后，您可以基于纹理图层创建窗口遮罩。这些将纹理的各个部分表示为黑色背景上的白色形状。要创建一个，请在 Photoshop 中绘制一个参考窗口并用白色填充形状，然后复制它并将副本放置在每个类似的窗口上。您也可以对较小的窗口使用方形画笔。

 

然后，可以通过与纹理本身相同的投影设置投影窗口遮罩，用作反射遮罩和用于分级目的。

 

在创建投影设置时测试资源有助于确定仍需要改进的地方。创建自定义工具可以加快此过程。对于巨人杀手杰克，我创建了三个这样的工具：一个基于投影着色器预设和所选图像文件创建新材质;一种根据命名约定自动将材料分配给几何体;一个用于遍历每个材质并将投影纹理替换为导出的最新版本。

 

 

8. 整理文件

 

井井有条是成功的关键，尤其是在像《巨人猎人杰克》这样的项目中，大多数建筑都使用多个投影纹理，分层构建。为文件定义目录结构和命名约定有助于避免错误，还可以使你能够自动执行重复性任务。

 

与其将数百个纹理文件放在同一个目录中，不如将它们组织在子文件夹中，按投影帧或图像进行分类。

 

在文件命名方面，每个工作室都使用不同的约定。大型工作室还经常使用自动保存具有正确名称的文件的工具。但是，如果您必须手动执行此操作，则有一些基本规则。

 

首先，命名约定应反映您可能创建的所有工作元素类别，从最重要到最不重要。从您正在处理的主要实体开始：镜头或资产。然后列出您正在执行的任务类型：建模、纹理、遮罩绘画等。

 

使用缩写来缩短文件名：“mod”表示建模，“tex”表示纹理，“mp”表示哑光绘画，“bldg”表示建筑，等等。

 

在准备投影纹理时，我还建议将投影帧或源照片的名称添加到文件名中，并将您的绘画元素标识为投影图层。否则，您最终可能会得到共享相同名称的不同元素，这非常令人困惑。

 

最后，必须为每个文件包含一个版本号，以便您可以识别资产的最新版本，并跟踪进行更改的位置。

 

使用此类命名约定将导致文件的名称为 city_mod_v001、bridge_tex_v002 或 shot01_mp_image02_bldg03_v004。

 

 

9. 添加CG元素

 

除了建筑物，您还需要创建许多其他类型的资产，例如树木、街道设施、车辆和人物。请务必确保以正确的比例建模，并以适当的速度进行动画处理，并且它们不会与场景中的其他元素相交。

 

作为一般规则，最好为每个资产创建低分辨率、中分辨率和高分辨率版本。当物体离相机很远时，请使用低分辨率版本，当物体距离相机较近时，请使用高分辨率版本。您还可以使用低分辨率模型进行布局，使用高分辨率版本进行渲染。这使得场景更易于操作，并有助于最大限度地减少渲染时间。

 

不要花太多时间在你几乎看不到的物体上。重要的是观看者对完成镜头的看法，而不是资产本身，因此在工作时不断测试镜头中的资产非常重要。

 

您还可以将库存模型用于小型或远距离的物体，或者如果您只是时间不多了。但是，请确保它们具有满足您需求的足够分辨率，它们与您正在重新创建的位置和时间段相匹配，并且它们适合周围的体系结构。

 

街道上的行人通常使用内部人群系统或商业人群软件（如 Massive 或 Golaem）创建，但您也可以使用库存操纵和动画角色。

 

在《巨人杀手杰克》中，我们只用街道家具的基本材料创建了低分辨率模型。对于树木，我们使用了SpeedTree：一个伟大的，用户友好的，灵活的植被设计应用程序。

 

 

巨人杀手杰克的最后一枪。为了帮助您的合成师，请提供单独的CG资源作为单独的渲染，包括您正在生成的所有AOV，以及AO和阴影等额外的渲染通道。

 

 

10. 最终复合材料

 

在交付最终渲染时，将城市和天空作为单独的元素提供。您还应该为建筑物的关键部分（如屋顶和窗户）提供遮罩。

 

为了让合成师更好地控制最终镜头的外观，它有助于提供额外的渲染通道，如 Z 深度、高度、反射和对象 ID。您还可以提供普通通道，以便在调色过程中进行更多控制;入射，用于基于渲染相机入射角的更逼真的反射;和镜面反射，以获取反射和高光中的更多详细信息。

 

单个CG元素应作为美颜通道单独交付，其中包含您生成的所有AOV，以及环境光遮蔽和阴影等其他通道。

 

作为需要拆分的元素类型的一个例子，在《巨人杀手杰克》中，CG团队分别提供了塔桥、树木、街道设施、汽车、船只、人物和旗帜的模型，而FX团队则创建了泰晤士河中的地表水、船尾流和体积云。

 

最后一个提示：在开始最终渲染之前，预先合成每个元素的几帧，以确保一切正常，特别是对于具有大量渲染层的长镜头，或者在立体声中工作时，所有内容都必须渲染两次。

 

 

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