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用图形学分析《三体》画面为什么观感奇怪(科普向)

2022-12-20 22:27 作者:应如是呀呀呀呀  | 我要投稿
  1. 布料材质与模拟

布料材质部分:


以这位角色的衣服材质为例,在褶皱处有明显的高光,看上去给人一种一种奇怪的感觉,那么很可能是在制作时使用了较为简单的着色模型,这里以Blinn-Phong模型为例:

Blinn-Phong着色模型是有上述三项组成的,分别是:Ambient环境光,Diffuse漫反射以及Specular高光,这样的着色模型虽然可以正确显示光照的效果,但会导致看起来有一种塑料感。

在Blinn-Phong模型基础上,衣服旁的AO(环境光遮蔽:即通过类似阴影的黑色贴图加强物体的纵深关系)就构成了《三体中》衣服材料的模拟

相对于更加高级的材质(以BRDF为例),缺少了对粗糙度的调节,即微表面法线分布的调节,法线分布越杂乱,越多的能量就在表面之间的相互弹射中消耗掉了,那么弹射出去的能量就更小,反射光就更少,看上去就更粗糙

更加高级的方法是把布料作为像云一样的散射介质,在布料体积中用BRDF进行光线的解算


除此之外,在衣服材质上并没有使用法线贴图或凹凸贴图来显示衣服上的褶皱,而是看上去十分平整

法线贴图对比图

除了布料材质包括动画中的木头,金属材质都或多或少存在调参不精细/BRDF不准确的问题

在布料的模拟部分:

在《三体》中大部分的衣服都比较贴身,因为所有的布料均与人物的骨骼绑定,并没有单独做布料的物理解算,要么是没有褶皱,要么就是美术资产提前做好的固定褶皱

布料解算运用的就是初中学习的胡可定律即,把两质点的布料当作弹簧并在两质点间加上一些方向运动的限制,而且如今的开源物理引擎很多,还是没想通为什么不用布料解算

2.皮肤材质模拟

并没有使用BSSRDF方程对皮肤的的SSS(次表面散射)效果进行解算,而只是最普通的着色模型,导致人物皮肤涂抹感严重,这也是塑料感的来源之一

BSSRDF解算效果

3.光照部分

三体的大部分场景都使用的是局部光照,而没有采用全局光照(光线追踪等)进行渲染,给人的观感是蒙上了一层BBC滤镜

高情商:大部分场景是末世主题风格

低情商:光照渲染缩水,用阴天代替光线的折射与散射

让我想起闫令琪老师的一句话:场景越黑代表技术越不行

路径追踪渲染图(光线追踪的一种)

可以看到箱子侧边反射的不同颜色的光,而在《三体》中的场景要么是自发光物体的直射,要么就是废土风格渲染

阴影:

阴影过于锐利,没有使用软阴影(例如PCF)过渡,导致画面切割感强烈

比较以下两图:


同一辆车对半透明材质的渲染效果不同

除此之外还有一些缺失阴影以及光滑地面不产生倒影就省略了

4.总结

《三体》在一些宏大场景的渲染还不错

但作为一部离线渲染的动画单论渲染质量对比几年前实时渲染的游戏甚至都有一些落后,在细节方面无论是人物的面部表情3D资产的细节程度(尤其是离镜头较近的美术资产)都与行业先进水平差距较大,宏观方面光照以及阴影较为敷衍,还是希望后几集的剧情可以给观众带来惊喜吧


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