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何时才能逃出「恐怖谷」？盘点近年超写实CG角色的诞生

动画学术趴 · 公众号 · · 2021-04-28 00:30

正文

作者/CC

从一个遥不可及的想法变成了现实。

最近，外网大神Blitter在油管上发布的一支视频~

这是Blitter在Blender里用Eevee渲染器实时操作的画面，为我们展现了一个非常写实的数字角色，简直可以以假乱真！不得不说，现在制作数字人像的技术真的越来越强大了。我们在上周发布过一篇关于通过UE4中的MetaHuman Creator制作的CG人物角色的文章，不难看出制作人像这一难题在这几年已经开始慢慢的解决了，就像MetaHuman一样，有越来越多逼真的数字角色开始出现在大家眼前。

真的很难想象，视觉特效和3D游戏在这几十年里已经从一个遥不可及的想法变成了现实，我们在这些年里见证了许多令人难以置信的进步，接近这些看似完全不可能的目标，建造出了许多完全令人信服的数字人像，今天就为大家来介绍几个超级逼真的3D角色。

Project Spotlight

首先是Project Spotlight，这是一个十分尖端的项目，通过记录现实中人的动作，加上实时渲染，在技术层面上毫无疑问达到了令人印象深刻的水平。但是在某种程度上，还是很难有说服力，由于恐怖谷效应，以及我们天生就具有的对人类表情和动作上的细节的一些辨别能力，还是会让大家感到害怕。

可以先看一下下面这个视频：

这是2018年Epic Games与3D Lateral 、Cubic Motion、腾讯和Vicon共同合作，使用虚幻引擎通过真人捕捉做出来的数字人类“Siren”，几个团队的共同同目标表是为了挑战大家对合成人类的印象，这个角色的眼睛、皮肤、和头发的细节水平也都达到了一定的高度。这个高保真且实时的数字角色的原型是一名叫做姜冰洁的中国女演员，团队通过虚幻引擎对她进行了动态动作捕捉。

嘴巴和眼睛的动作细节确实很让人印象深刻。这个技术对游戏领域甚至整个娱乐领域都可以有很多的应用，通过实时的反馈可以消除更多的不确定性。

Project Vincent

《阿凡达》和《战斗天使：阿丽塔》这两部电影相信大家一定都看过了，他们都采用了非常耗时的离线渲染技术，并且后期处理也是一个非常漫长的过程。不过在过去的几年中，随着硬件和软件的进步以及这一领域的创新团队的辛勤工作，创建实时渲染的数字人类的目标得以实现。

除了刚刚说过的“Siren”，韩国的一个工作室同样利用虚幻引擎制作出来一个叫做Vincent的数字人类，这个项目叫做Project Vincent，我们先一起来看一下。

Vincent不仅穿着一双十分精致的鞋子，而且他从睫毛到瞳孔的制作上也都是细节满满。在制作这个人像的过程中，团队面临的第一个技术问题是要确保能够获得重要的着色技术，这也是他们选择虚幻引擎的原因之一，虚幻引擎的材料编辑器有着十分强大的皮肤阴影功能，在将Vincent的皮肤质量提升到脱机渲染级别的过程中起了重要作用。

团队面临的第二个技术问题是如何选择和实施有效的面部表情技术。为此，他们选择了一款名叫Vicon Cara的头戴式摄像头设备，通过四个前部装有全局快门的摄像头可以灵活的捕获标记位置，并且可以以极高的精度将标记位置转换为三维数据。同时，为了解决无法实时数据传输的问题，团队还创建了使用深度学习从2D图像推断3D标记位置的神经网络。

团队面临的最后一个主要技术障碍是要确保用于优化管线的技术。最重要的举措是减轻手动迭代的负担并尽可能地促进自动化。这是为什么虚幻引擎是最佳选择的另一个主要原因，虚幻引擎对Python的支持以及创建插件带来的便利性使团队能够轻松地为许多领域的设计人员解决迭代问题，并轻松开发相关工具。

通过最大限度地使用各种Maya插件和脚本实现自动化，并开发Unreal Engine插件，Vincent项目在很短的时间内就完成了。

Far Cry 5 Trailers

《孤岛惊魂》这个游戏大家都玩过吗？这是一款第一人称动作射击游戏，在《孤岛惊魂5》的预告片中，也同样展现了强大的数字人像技术，游戏为几个角色分别制作了不同的预告片，我们先一起来看一下其中的一个。

这个预告片是不是就已经很能说明问题了，通过使用Substance Painter，团队为大量3D模型创建了很多出色的纹理，尤其是细节上的处理，比如手臂上的汗毛在光线下几乎是察觉不到的，这可以帮助玩家更能沉浸到游戏里，让他们感觉不是那么的像一个NPC，而是更像一个真正的人。从音乐到灯光再到角色的表演，这几点结合到一起，也更给人一种电影的感觉。

相信有些人应该有见过下面这个数字人像，话不多说，先上个视频：

这个项目一开始主要是在LightWave中进行的，但是作者后期通过Blender重建了它，主要重点是使用原始的LW模型和Sculptris / Krita纹理以及使用目前低于标准的Blender技能让皮肤恢复到标准水平。

可以看出来这个项目有着非常好的皮肤纹理和材质，作者在次表面散射半径上使用的纹理是皮下层，在LW的版本中主要是鲜红色，但是为了能顺利进行工作，作者将其降低饱和度到了浅棕色。

在眼球的制作上，作者实现了平滑的巩膜/角膜过渡，并在捕获光线时照亮，并伴有尖锐的焦散。

最后再附上两张细节图片：

SAYA

Saya是东京计算机实验室开发的一个项目，她是一个不断发展的数字人像，也是日本明星中一个很特殊的存在，作者对她抱有很大的野心。在稍微有点歪的学校领带，浓密的头发，脸上的雀斑等细节下，很多人在第一次看到她的时候都会试图搞清楚她究竟是不是一个真正的人。

Saya的制作以Maya为主要平台，同时还使用了ZBrush进行建模，使用MARI / Photoshop / Quixel进行纹理处理。

作者并没有使用扫描或者摄影测量技术，她是一个有创造力的人物，作者以现有的照片为参考，将她打造成为了一个具有日本特色的十几岁的卡哇伊女孩。因为Saya是一个需要动起来的角色，作者在研究之后，创建了一个类似于FACS的面部表情编码系统。基本动作，例如闭眼和抬起眉毛等，都是通过使用SkinBind和Joints进行的设置来创建的，然后通过复制基础对象并赋予其他效果来生成诸如褶皱和皱纹之类的其他元素，最终添加混合形状目标给它们。作者使用了104个节点进行基础变形，并使用21个节点进行其他变形。

首先，作者在闭合眼睛的情况下开始对Saya进行研究，然后继续研究眉毛，脸颊和嘴巴。最困难的部分是在嘴周围。由于诸如拉伸，起皱，滚动等动作是变化的，因此如何以现实的方式完成这些表情仍然是最大的挑战。

由于头部的形状不是完全对称的，因此调整皮肤的重量就变得很繁琐。但是可以通过在SkinBind中对面部进行基本设置来进行这些调整，并在整个头部的形状上添加相应的更改。

除此之外，他们还为嘴唇周围的区域添加了LipSticky作为特殊效果。这是在上嘴唇和下嘴唇的后部在张开嘴巴的过程中缓慢弹出时，在嘴唇的柔软接触区域中表达的运动。主要通过使用WireDeformer触发此自动按距离设置。

在V-Ray中为Saya的皮肤使用的SSS一开始是“ VrayFastSSS2”和“ VraySkinMtl”，但目前使用的是“ AlSurface”。要使头部以高清分辨率渲染，大约需要4到5分钟。从前额到下颌，使用的是相当于8K分辨率的纹理。对于整个头部，使用的是等效于16K的纹理，但最后将其拆分为了4K。

最后为了使Saya能够动起来，作者找到了一位年轻的日本女性进行动作捕捉，从而展现了Saya的动作。

最后再来看几张图片：

ICT Graphics

下面我们来看看ICT的数字面孔技术。

大家都知道，皮肤的动态外观对于我们表达和情感的感知是至关重要的，因为当面部移动时，皮肤因为压缩而变得更粗糙，也会在拉伸时会变得更光滑，这些皮肤表面微观结构的变化对于人像的外观十分重要。但由于规模太小，通过扫描技术捕获的图像，一般会通过模糊或锐化表面细节来模拟动态皮肤微观结构的外观，在拉伸方向上模糊微观结构，在压缩方向上使微观结构锐化，这些不同的效果提供了不同的感觉。最后说明一下，这项技术是适用于离线和实时渲染的方式的。

Nvidia Demos

最后我们一起来看看英伟达的数字人像项目。英伟达很久之前在官网上发布了几个可下载的Demo，其中包括了一个人类头部以及一个人脸渲染，我们一起来看一下。

Human Head

Digital Ira

Human Head的演示被描述为在实时角色的现实主义方面实现了惊人的飞跃，Digital Ira的演示则被描述为它代表了在真实捕捉和渲染人脸表情方面的重大飞跃，让人们更能了解角色的真实感。

下面我们来说说Digital Ira这个项目，在演示中突出了性能捕获方面的最新技术。团队通过真实的捕获演员面部的几何形状、表面细节和照明信息，使用FaceWorks渲染技术，让我们见证了实时人脸渲染的真实感。FaceWorks阴影使Ira的皮肤，眼睛，嘴唇和牙齿栩栩如生，自适应曲面细分使他的脸部曲线更加完美平滑。而且，当他用各种逼真的表情凝视你时，可以更能看到他面部动作的真实感。

英伟达从头部开始进行了几何形状的各种扫描，其中包括一组纹理，漫反射反照率，镜面反照率，凹凸和位移。对于如何解决通过完整的4K纹理贴图使Ira实时运行的问题，本来是需要将纹理数据传输到可以实时运行的内容中的，但是英伟达团队决定尝试在可以实时运行的情况下使用完整的4K扫描。团队收到的最终数据使用了10次静态扫描中的纹理，每个都具有四个4K x 4K纹理，包括漫反射反照率，切线空间法线，位移和镜面反照率。

随着技术的进步，艺术家们开始不断创造出越来越逼真的数字人像，这些数字人像也在各个领域发挥着强大的作用，相信在未来也会成为一大主要趋势，不过肯定的是，在数字人像这个领域内发展的不同项目一定会面临着许多不同的挑战，一起期待更多的创新吧。

好了，以上就是关于数字人像技术的全部内容。

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