影視動畫中的毛發(fā)渲染

電影《精靈鼠小弟》和《精靈鼠小弟2》中毛發(fā)可控性與環(huán)境光遮罩的處理值得我們深入探討RenderMan渲染技術。

毛發(fā)可控性

如何解決恰當?shù)亟o毛發(fā)和皮膚著色問題，在某種程度上是很現(xiàn)實且容易控制的，實際中是一項極富挑戰(zhàn)性的項目。在《精靈鼠小弟》制作中，我們嘗試在創(chuàng)建新模型之前使用傳統(tǒng)的照明模型，這是很容易控制的。

當給毛皮使用更加傳統(tǒng)的照明模式時(實質上是給一個非常小的圓柱體使用Lambert著色模型)，我們遇到一些難題。首先，漫反射模型和光的貢獻合并，如果圓柱體周圍所有位置點都正常，光的方向會讓毛發(fā)產(chǎn)生暗影。這是精確的但未必會產(chǎn)生引人入勝的圖像效果。在我們的測試中，我們認為這種模型并不能滿足要求的原因是毛皮所接收的更多的光是源于其他性質的毛皮所反射的光，這可能是全球照明解決方案的一部分，但將會產(chǎn)生高額的計算成本。

我們?yōu)槊�皮選擇制作一個新的漫反射光模型的原因是用TD光不夠直觀。大多數(shù)的TD光更善于表現(xiàn)表面光和遵循表面行為規(guī)則的光線。因此，我們所設計的照明模式以類似表面光照的方式開始，同時在皮毛長度上保持變化——以此達到逼真的效果。

為了在毛發(fā)當前點上獲取精確的正常遮光，我們將基于毛發(fā)的正常表面向量和毛發(fā)當前點的正常向量混合。這些向量的混合是基于毛發(fā)當前點的切向量和毛發(fā)的正常表面向量之間的角度。角度越小，有助于正常遮光形成的正常表面越多。然后使用Lambertian模型計算該點的毛發(fā)強度，用于正常遮光。這樣做的好處是允許用戶照亮底層肌膚表面，當皮毛打開時可以獲得預測結果。這也說明了獨立毛發(fā)和每根毛發(fā)的沿長之間的遮光差異。

“環(huán)境光遮蔽”技術

在過去，大多數(shù)計算機圖像照明技術依賴于一個非常簡單的模型來接近環(huán)境光的貢獻;并非來自特定的光源，取而代之的是一組環(huán)繞光設置。通過設置所反射的所有的實際光的計算成本十分昂貴，許多著色器給環(huán)境值一個替代常數(shù)(通常稱之為Ka)。

這個常數(shù)一般由照明藝術家設置。它和附近的反射光近似。使用這樣一個簡易環(huán)境照明模型的弊端是顯而易見的。不管其方向和形狀如何，物體的所有不同面都將會得到相同的環(huán)境貢獻。如果Ka值太高，會導致物體看起來呆板沒有生氣。

在這一區(qū)域多年來使用的方法是，設置Ka值為0(或接近0)，從物體不同的方向使用更多的光來“填充”。這是常見的，當視覺效果光，有關鍵的主燈，邊緣和填充;然后使用從地面和其他附近的物體的反射燈裝置對那些光進行補充。這在專業(yè)的燈光藝術家手中可以產(chǎn)生令人折服的效果。

然而，在渲染大型平面物體的微小細節(jié)時(比如建筑物)，前面所提及的技術并不能達到理想的效果。我們常會注意到現(xiàn)實世界中的細微之處容易被忽視，這樣的視覺失誤也是很明顯的。

下面是結構、主光源和建筑物環(huán)境圖

《精靈鼠小弟2》中，“環(huán)境光遮蔽”技術給予環(huán)境貢獻準確、可控的模擬仿真計算機生成物質。這項技術，從概念上講，包括安放兩個大型區(qū)域燈—一個代表地面另一個代表天空——進入設置，然后精確地模擬所感興趣的物體的這些光貢獻。

　　http://www.silucg.com/cg/a/sanweidonghua/zhizuo/201507245692.html

　　http://www.silucg.com/cg/a/sanweidonghua/zhizuo/201507245693.html