當今市場中，3D卡渲無疑是最熱門的一個技術競爭領域，此前也有不少廠商分享了各自基于不同引擎的3D卡渲實現技術。

前幾個月葡萄君分享了萬代南宮旗下一款基于UE4制作的賽璐璐3D卡渲產品《藍色協議》的技術經驗，提及它的風格選擇、實現思路，以及相關的基本手法。

就在前不久日本舉辦的CEDEC 2021開發者大會上，萬代南夢宮Studio的執行技術總監大井隆義又以《實裝篇》為題，進一步分享了《藍色協議》在實現賽璐璐3D卡渲時，針對UE4引擎進行的技術改造。
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在大井隆義看來，一般的賽璐璐shading手法，要么不使用游戲引擎自帶的光照系統，自行處理光照，要么是對引擎渲染出來的畫像進行后處理讓它看起來有動畫的風格。這類手法的參考資料已經非常多了，但不改造引擎的做法有好有壞。

比如在UE4當中，不使用光照系統，相當于拋棄了UE4自身畫面表現極其豐富的一大特色，轉用后處理的做法，又相當于在已經渲染好的東西上再加一層多余的表演處理。于是萬代南夢宮Studio嘗試的是：如何在不遏制UE4功能的前提下，針對想要實現的渲染效果進行最小限度的引擎改造。


01：光照的處理

首先是為了生成陰影的光照處理。在《藍色協議》中，比較獨特的地方是，1個角色模型對應著兩種法線數據。其中一種是模型數據自身的法線，另一種則是畫師繪制的法線。下圖右上是模型法線，右下是手繪法線。
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直觀地對比一下就能看出，模型法線呈現出了3D角色豐富的立體感，而另一套法線看起來就比較糊，尤其是角色面部的細節層次感不強。

原因在于，在通常的動畫作品中，大多數的角度來看，在光源相反的臉頰邊緣，都會以簡潔的線條來區分出面部的陰影。而鼻子這類突出的位置，大多數情況都不會重點繪制陰影（具體情況根據畫風也有差別）。所以使用相對模糊的法線數據，反而能呈現出更貼近動畫風格的陰影表現。
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此外，角色面部還搭在了捏臉功能，總共可以分割為6個部件。如果將這些部件單獨計算為一個物件進行輸入，每個部件都會呈現出自己的邊緣，所以需要將他們囊括為一個整體進行輸入，邊緣部分的法線才能銜接順暢。
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通過手繪法線的數據以及主光源數據，就可以計算出角色的陰影。在《藍色協議》中用到的皮膚陰影，屬于動畫術語中的一級陰影。要實現這個效果，首先需要準備一張二值化處理（將圖像上的像素點的灰度值設置為0或255，即黑白化）后的遮罩。再保證即便存在再多光源，作用到角色陰影的只有主光源。
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然后用主光源，以及通過手繪法線得到的二值化陰影數據進行對比，在明亮處使用角色基本色，在暗處則使用陰影色來進行著色。這樣一來，一個角色的動畫式著色就算完成了一大半。其中關鍵在于角色陰影只受主光源的影響這一點。
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當存在主光源以外的點光源時，為了保證不出現干擾的陰影效果，光照效果需要無視法線只呈現與光源的距離關系。這種情況下，亮度過高的情況會比較常見，所以需要再做調整。下面這張幻燈片也是亮度過高的例子。
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天空光、間接光也是如此，在渲染的時候都會基本無視發法線，這樣就可以將外部光的色彩影響控制在最小的范疇內。盡管不是完全沒有影響，但這種做法首要考慮的是優先呈現角色自身的顏色。畢竟藍天背景下，背景求的顏色是藍色，如果影響到角色也泛藍，就會顯得很奇怪。
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此外，高光（鏡面反射光）要素也進行了一系列的特殊處理，其中最明顯的就是頭發。高光處理時，首先生成一張將Blinn-Phong模型二值化以后的高光遮罩，緊貼在高光出現的部位。頭發中間部分的高光偏圓偏小，周邊部分的則是偏細長。這些形狀差異，是根據相對物件重心的距離，來擴大或縮小高光遮罩而實現的。
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需要注意的是，即便角色的輪廓沒有逆光，也需要加上邊緣光的處理，來強化與背景分開的立體感。邊緣光的處理，是基于深度buffer的內容用Sobel filter提取出邊緣數據，然后加強其亮度。不過這種做法需要追加一條渲染管線。

另外在filter的階段，通過offset可以調節輪廓線的粗細，也能順著輪廓添加邊緣光。而且在不希望出現邊緣光的地方（比如因為角色背部的光源生成陰影的地方等），還可以實施進一步的遮罩處理。
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02：輪廓線的處理

輪廓線在動畫風當中占據了相當重要的位置，它的處理也需要下功夫。

輪廓線的處理是依靠深度值進行判定，然后通過Sobel filter檢測邊緣部分，在深度值較大的一側繪制輪廓線。角色數據中，頂點色2是輪廓線使用的數據，其中通過ID編排，二手手游賬號購買平臺存放了不同部位、不同粗細的數據，在繪制輪廓線的時候會被使用。在面部這類不希望出現輪廓線的地方，可以調整深度值，讓它更不容易呈現出輪廓線。

通過反轉深度值就可以指定不希望出現輪廓線的位置了。
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值得注意的是，輪廓線可以想象成在角色的外側進行了繪制。這是因為當畫面太小時，如果在物件內部繪制輪廓線，會讓物件看起來更小。

此外，前面提到的部件ID也會在物件邊界部分的輪廓線上進行計算，即通過ID檢測出邊緣，然后在深度值較大一側繪制輪廓線。

而在手指等深度值相差較小的，很難分配ID的部位，就需要使用通過法線來判斷輪廓線的方法。同時，手繪法線也在事先準備好了，這里也會合成這方面的數據。
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《藍色協議》的角色還會表現出動畫、原畫中常見的，眉毛呈現在頭發上面的效果，這是模擬透過頭發看見眉毛的效果。技術上，則是先制作一張眉毛形狀的遮罩，防止頭發覆蓋眉毛的處理手法。換句話說，單純為了這個效果，就追加了一層渲染管線。
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除此之外，輪廓線對Temporal AA的兼容性不好，容易被模糊處理，所以需要使用Responsive AA的抗鋸齒處理。Responsive AA會使用模板，盡可能保持現在的圖像輪廓，再實現一個類似Temporal AA的效果，盡管抗鋸齒效果會偏弱，但對于張力比較強的圖像來說，這種效果反而更好。
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另外外部物件的陰影有時也會落到角色身上，但除了面部陰影以外的不會使用到角色的selfshadow，所以處理角色的shadow map（比如落到地面上的陰影）時，只使用角色自身的影子。

不過，游戲使用了一些類似selfshadow的表現來作為代替。即使用offsetshadow比較臨近物體的深度數據和通常畫像的深度數據，然后寫入一張用來區分基本色和陰影色的二值化buffer。這樣一來陰影部分就會擴散開來。
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最后用diffuse后處理，使明亮部分進行擴散，這個功能也可以用Bloom代替，但是會與特效部分的Bloom處理沖突，所以項目組最后選擇在另一邊使用這個功能。
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進行這一連串的處理之后，《藍色協議》的3D賽璐璐風就實現了出來。當然，這也是在原本的UE4的渲染管線之上，追加了多層處理工序，deferred rendering的6個G-buffer幾乎所有通道都被用上了。在大井隆義看來，要做好賽璐璐動畫風格的3D渲染，絕對不是一件處理起來比較簡單的事情。
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萬代南夢宮Studio這次針對UE4引擎的改造，基本都是集中在渲染通道的追加上，除此之外的引擎升級問題算是勉強處理完了。而這些改造比起追求物理的真實性，更傾向于實現創作者的想法和追求。「如果這么改動，會不會更有感覺？」這種不斷探求的欲望，是大井隆義認為最重要的思考。

03：結語

在葡萄君的上一篇文章中提到過這個產品的技術探索思路：用大量細節的打磨，去摸索制作組最希望達到的效果。

這決定了《藍色協議》不會簡單套用市面上某個模板，其實不難發現，自《藍色協議》曝光以來的兩年里，這款產品細微處的技術手法一直有不小的變化，我也很想看看最終這款產品會變成什么樣，拿出什么級別的技術呈現。

而每次看到類似的技術分享，葡萄君都會忍不住期待一下，3D卡渲已經成為標配和競爭入場券的國內市場里，什么時候會迎來風格與細節技術明顯分化的產品浪潮。也希望在這個浪潮到來之前，這類技術分享能為開發者提供一些不同的思路。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的如何改造UE4用于赛璐璐3D卡渲？这里有一份日本大厂的实操分享的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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