[译] 用3D扫描创造出《星球大战:前线》的世界

写在前面:最近因为工作原因开始接触到自动化三维重建技术,发现photoscan在游戏产业内应用不少但鲜有针对具体游戏项目案例的科普文,于是翻译了本文并放出。原作者为NICK LIEVENDAG,3D Scan Expert社区创始人, 阅读原文点击这里。(原文中有不少视频与网页链接此处不便放出,希望读者们去原站点浏览支持。)

 

文/NICK LIEVENDAG,译/Milton Wong

几个月前,我写了一篇帖子,是关于“3D 扫描是如何被用来为《哥谭市》(电视剧)制作视觉特效”的——因为我喜欢3D 扫描,同时又是蝙蝠侠系列的忠实粉丝。然而,还有另外一个故事甚至更加吸引我:星球大战。所以我在等有机会的时候,可以写一个关于3D 扫描技术和遥远的星系相结合的文章。

然后,就在上周,我发现了一个由瑞典游戏开发商DICE(代表游戏:《战地》系列、《镜之边缘》,和最新一代的《星球大战:前线》)撰写的文档。

将这款 “次世代”游戏(对应平台为PS4和XBOX ONE)与其前代作品形成鲜明对比的一点,是《前线》中惊人的视觉效果——尤其是对于星球大战粉丝们而言充满辨识度的那片广阔开放的世界。通过对行星霍斯、塔图因、恩多和萨卢斯非常真实的画面表现,这个游戏是让你自己互动、沉浸于星战宇宙中的最好方式。就像《连线》杂志(Wired)评价的那样:“玩《星球大战:前线》,就像是在看电影一样。”

在我继续介绍之前,让我们通过一张游戏内的截图来看看这意味着什么:(即本文题图)

可以说,上图看起来更像是恩多丛林,而非绝地武士归来。(原文这句话我也不是很理解。。)但开发者是如何让它看起来如此真实的?来自DICE的Keneth Brown 和 Andrew Hamilton 在今年游戏开发者大会(GDC)上带来的一小时长的报告“《星球大战: 前线》和摄影测量艺术”给出了这个问题的答案。

因为报告文档是为开发者准备的,所以它看起来技术性很强,并且涉及到各种编程细节。因此我决定着重介绍一些单纯的摄影测量内容,这样你就可以从中学到一些,并能应用到你那些富有创造性的3D扫描项目。

首先给那些不了解这门技术的读者简单介绍一下:摄影测量(或照片扫描,photogrammetry)是一个现实可行的图像信息捕捉技术,使用常规(2D) 照片和机器算法来生成带有贴图的3D模型。这与使用专用的3D扫描仪(详见《哥谭市》的帖子)相反,在入门级,你可以免费试用移动端的摄影测量APP。在专业层面上,有一些解决方案如Autodesk
ReCap(Reality Capture,我之前评测过) 和 Agisoft PhotoScan(我很快就会评测)。DICE的艺术家们主要使用后者,但也尝试过新的软件方案,如RealtyCapture。

报告中提出的第一个重要的问题是,基于摄影测量技术的3D扫描被用来结合 “传统的” 3D建模技术,以创造所有的资源素材和(游戏)世界。下面你可以看到一些角色道具的3D扫描(来自卢卡斯影业的档案):

这些道具被添加到传统3D角色模型:

但其实摄影测量主要是被用于创造环境素材资源。为此,开发小组去了之前提到的四个星球(萨卢斯星是一个特例,因为它不存在于原版电影中。在这个与《星球大战:前线》艺术总监Dough Chiang的采访中,你可以阅读这个星球的地点位置是如何被选中)的原型拍摄地点。(他们还拍摄了那段旅途的记录短片)

开发小组的工具组件非常简单: 只是佳能6D相机与24毫米镜头,一个三脚架和彩色图表而已。他们主要使用自然光以尽可能地避免投影。在某些情况下,比如冰冻洞穴内,他们也使用了照明设备。

他们细致规划了行程,并预先进行了素材细分,以便弄清楚哪些素材需要一次性完成捕获。由于(野外)摄影测量的工作可能会让你很容易迷路,以及拍摄过量或是不足的照片,因此大量的前期努力使得拍摄工作卓有成效。为了使这项技术能够有效地发挥作用,最最重要的事情是交叠(指记录一个对象的数据需要通过多个不同角度的拍摄相组合——译者注)。这意味着有很多张照片会存在着相同的视觉特征(看起来很像)。在这个项目中开发小组发现,拍摄照片时,从更远的距离来同时覆盖到拍摄对象更多的部分,会更加容易成功。他们还强调了“从所有可能的角度进行拍摄,以避免后期制作过程中过于耗时的润饰”的重要性。

下面的照片是一个例子——恩多星球所需捕获素材的细分:

为了将那些在不同地点拍摄的大量照片转换成可用的游戏素材,团队将经历与以传统方式制作游戏素材相似的阶段,但他们却花费了少得多的时间。在下面,你可以看到使用传统方法为过去的游戏(战地4) 相较于《星球大战:前线》制作素材耗时的管状对比图。

耗时主要的区别在于“高模” 阶段。我猜这一般包括在zbrush或类似软件中做数码精绘的时间。而使用了摄影测量的话,这一阶段主要工作是修饰——这个改变会让团队中的一些设计师因为感觉对创造性的缺失而抓狂。

创建可用的贴图纹理也会花费更少的时间,但仍然是工作流程中最耗时的阶段之一。其中一部分是去除阴影。这非常重要,因为游戏的环境是由游戏引擎即时演算的,所以游戏中的阴影可能在任何地方显示。

第一个去除阴影的技巧是用16位处理并简易地使用在Adobe Photoshop中的RAW相机通道内的特定功能,以去除尽可能多的阴影。然后他们使用了我个人认为非常聪明的技巧: 从3D 数据生成法线贴图,使用Photoshop 的黑白滤镜为法线朝向的不同方向创建遮罩。然后调整这些差异,以创建一个几乎没有阴影的结果。我决定做一个GIF小动画示意:

 

在我结束这个帖子以防止它花掉你们比看完整的技术文稿更多的时间之前,我想展示游戏内一个很cool的(双关语)摄影测量的应用。这可不是一个岩石或树桩,DICE团队利用从当地五金店淘来的东西做了一个AT-AT (你知道的,那些帝国步行机) 的脚,用以制作一个白色(雪地)粉末上的足迹。这是当时被3D捕获的,用来创建一个在游戏中生成足迹的置换贴图。

最后但同样重要的是,开发团队为游戏四大行星创造的摄影测量素材:

我原以为上面这些素材应该只是(游戏所用素材的)一部分,但是报告结尾的问答环节时,团队证实了这的确就是游戏所需的全部摄影测量素材。当然,它们被置入到一个更大的背景环境中去。开发团队的确也运用了激光探测仪扫描一些地方以用作基础地形的建模。此外,他们拍摄了非常非常多的照片用作传统的贴图。例如,树木只在可以转化为具有确定高度的平铺贴图的底部使用了摄影测量。并且一些植被是具有基础几何alpha通道的贴图——同样能够奏效。

为了合并所有的素材,DICE为每个行星创建了非常好看的“Level Construction套件”。显然,最初的想法是让用户易于使用,但最终它只用于内部开发。真可惜,因为就像你可以在下面这个视频(略)看到的一样,它合并摄影测量素材与其余的地形真的非常棒。

把最好的留到最后,这里有一个很好的《星球大战:前线》中各种场景的蒙太奇。伴随着John Williams的星球大战原声音乐,我建议把视频调至1080p 全高清,全屏,并将你的扬声器开到11——但希望是在你将本文分享给好友以及你SNS关注者之后。

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