姚景益

摘 要：《淮南子·原道》中有云：“事之成敗，皆有小生?！蹦壳癈G動畫中的角色和場景的細(xì)節(jié)，在視覺表現(xiàn)上越顯細(xì)膩真實，這樣的刻畫和表達(dá)不僅豐富了創(chuàng)造對象，也能更好地烘托出表現(xiàn)的內(nèi)容和畫面的氛圍。同時，細(xì)節(jié)表達(dá)過多顯得矯揉造作，過少則又空洞乏味、了無生趣。完美的細(xì)節(jié)制作，即使沒有氣勢恢宏的場景和個性特征鮮明的人物造型，卻也能十分耐人尋味。如今，計算機(jī)硬件設(shè)施頻繁得更新?lián)Q代，而在使用數(shù)字平臺創(chuàng)作角色和場景時，細(xì)節(jié)手法的運用卻依然如故——是次時代游戲中主流的法線貼圖和影視CG制作中經(jīng)常使用的置換貼圖。

關(guān)鍵詞：法線貼圖；置換貼圖；細(xì)節(jié)表現(xiàn)

追溯CG制作的歷史，從初期的Bump Map灰度圖應(yīng)用開始，到之后Normal Map的使用，一方面由于硬件技術(shù)的不斷升級，另一方面則是畫面細(xì)節(jié)表現(xiàn)的優(yōu)勢所趨。Bump Map灰度圖在使用的初期，我們將一張帶有顏色的圖片處理成灰色調(diào)或者去色，新生成的圖片只有黑白灰的層次顯示，視覺所能識別的只是畫面不同的灰階所表示出的凹凸的高低，而不能再確切地代表畫面的色彩所表達(dá)的原有高低層次的關(guān)系。即使這樣，我們現(xiàn)在仍有在沿用這樣的技術(shù)。

法線貼圖（Normal Map），作為凹凸貼圖技術(shù)的延伸代，也是本文探討技術(shù)應(yīng)用的重點之一。然而，什么是法線貼圖呢？法線是垂直于物體表面軸向的線，當(dāng)我們在繪制出物體表面的凹凸細(xì)節(jié)時，如何才能將細(xì)節(jié)轉(zhuǎn)換到貼圖上面呢？大家都知道的是，一個三維的向量有X、Y、Z三個分量組成，我們所能模擬的是使用這三個分量當(dāng)作RGB三原色的儲存數(shù)值，這樣的話就可以將物體表面的凹凸數(shù)值借助于RGB三原色和UV布局生成法線貼圖。

從圖像分析層面看：首先，法線貼圖的細(xì)節(jié)展現(xiàn)比凹凸灰色貼圖紋理顯示更加精細(xì)。原因在于傳統(tǒng)的凹凸貼圖只能利用灰色調(diào)單通道來表現(xiàn)圖像，法線貼圖則利用RGB三種顏色多通道來表達(dá)圖像信息；其次，傳統(tǒng)的凹凸貼圖只能表達(dá)出法線向量的大小，而法線貼圖在表達(dá)法線向量大小的同時還能正確的表達(dá)出法線的方向。

從實際應(yīng)用效果層面來講：法線貼圖在燈光位置角度和模型查看角度改變的情況下，仍然可以得到正確的著色和陰影顯示。值得注意的是，在理論角度分析上法線的表達(dá)有世界坐標(biāo)和切線坐標(biāo)的兩種分類，而在實際使用中，切線坐標(biāo)的效果是最為常見的一類。

置換貼圖（Displacement`Map），同樣是基于計算機(jī)數(shù)字平臺對角色和場景的細(xì)節(jié)表達(dá)。置換貼圖是有別于凹凸貼圖和法線貼圖的細(xì)節(jié)表達(dá)形式的，因為置換貼圖的獲取是通過一個高精度的模型烘培出物體細(xì)節(jié)的具體坐標(biāo)位置，再將得到的細(xì)節(jié)轉(zhuǎn)換到低面數(shù)或是中等面數(shù)的模型上進(jìn)行表現(xiàn)。置換貼圖在獲取表達(dá)細(xì)節(jié)的時候，可以讓原有幾何體的點按照貼圖中定義的細(xì)節(jié)坐標(biāo)位置去表達(dá)。遵循這樣的圖像計算方式，渲染輸出的模型效果要與計算前的中低面數(shù)的模型效果有著很大的形體差異，在擁有這樣的數(shù)字刻畫方式之后，我們可以清晰的感覺到置換貼圖技術(shù)在表現(xiàn)細(xì)節(jié)的深度上有著不可替代的地位。然而，這樣的技術(shù)，在應(yīng)用中要花費大量的時間，用以計算幾何體原有的細(xì)節(jié)位置。但值得慶幸的是，這樣的計算和應(yīng)用卻比我們直接使用高精度模型要帶來很多操控上的便利和時間資源等各方面的節(jié)省。

我們在CG制作過程中，進(jìn)行角色和場景的細(xì)節(jié)刻畫，通?？梢栽谀Ｐ偷膭?chuàng)建過程中添加細(xì)節(jié)，通過點線面的拉伸擠壓，實現(xiàn)我們要創(chuàng)作的效果。這樣的制作對于一些道具部件細(xì)節(jié)，例如：鉚釘和塊面的修飾細(xì)節(jié)塑造上有很好的效果，類似這樣的制作方式一直以來都有在行業(yè)的制作中使用，并且經(jīng)久不衰。但是這樣的塑造，既需要有虛擬空間的角色塑造能力又需要有很扎實的美術(shù)基礎(chǔ)，且效率的空間卻很小。

數(shù)字雕刻軟件面市之后，對于細(xì)節(jié)的制作方式有了很大的改觀，尤其是在制作效率上，以Zbrush和Mudbox為例，這樣的雕刻軟件沒有直接的點線面的操控，而是通過在細(xì)分之后的高精模型下，使用筆刷來進(jìn)行雕刻處理，模型的細(xì)節(jié)可以自定義塑造。大大增強(qiáng)了細(xì)節(jié)塑造的創(chuàng)新性和便捷性。

我們在創(chuàng)作中，經(jīng)常會涉及人物角色和其他的一些生物角色，這樣的模型在制作中有很多隨機(jī)的變化細(xì)節(jié)特征，例如：面部的傷口，類似鱷魚蜥蜴的皮膚紋理等皺褶起伏較大且比較細(xì)膩的紋理。此時如果使用傳統(tǒng)的點線面的模型創(chuàng)建的話，那么在實際的創(chuàng)作中很多細(xì)膩的肌理效果是難以體現(xiàn)出來的。而數(shù)字雕刻例如Zbrush，Mudbox這樣的應(yīng)用軟件，操作形式如同傳統(tǒng)的泥塑的制作，則可以在表達(dá)上做到淋漓盡致。與此同時，此類軟件在繪制完角色之后，還可以輸出顏色貼圖（Color Map），閉塞環(huán)境貼圖（AO貼圖）等應(yīng)用，來滿足各方面制作的需要。無論是Zbrush，Mudbox 這樣的雕刻軟件還是像Maya，3dsMax，XSI為主創(chuàng)的三維綜合軟件，在繪制好細(xì)節(jié)后，均是在軟件內(nèi)用面片構(gòu)造數(shù)目較低的模型包裹細(xì)節(jié)較多的高面數(shù)模型，烘焙獲取紋理細(xì)節(jié)。相比較而言，在模型相對復(fù)雜的情況下，綜合制作軟件Maya，Max，XSI對法線貼圖和置換貼圖的輸出時間比較長。當(dāng)然，像Xnormal這樣直接為游戲制作而設(shè)計的貼圖烘焙軟件也是擁有極大使用價值，因為這樣不僅可以相對高效的輸出各種紋理貼圖，還可以賦予低面數(shù)模型，進(jìn)行實時查看的功能，以便及時對貼圖的瑕疵作出修改。

當(dāng)下，在各類游戲引擎中，例如Unity3D，UDK，CryEngine，法線貼圖在其中使用時不僅擁有高品質(zhì)模擬的細(xì)節(jié)信息，同時還可以隨著環(huán)境的影響在光影效果上有著正確的實時表達(dá)，再配有上等的硬件設(shè)備，顯示效果很是逼真。如果要模擬原始高精度模型的凹凸細(xì)節(jié)，這樣的技法可以適用于現(xiàn)在眾多的次時代游戲制作，以及一些影視制作中。然而，在對于部分近距離特寫鏡頭的表現(xiàn)上，卻很容易造成穿幫，或是顯得細(xì)節(jié)表達(dá)很粗糙。這就好比一張高清像素的照片，當(dāng)你放大一定的倍數(shù)之后，最終還是會呈現(xiàn)出許多像素點。而我們介紹的置換貼圖卻是對原始圖像細(xì)節(jié)的真實還原，模型的面數(shù)不需要高精細(xì)膩，方便動畫的制作和特效的設(shè)計，同時可以在渲染的時候擁有出色的真實細(xì)節(jié)的效果，所以在影視中尤其是寫實刻畫的鏡頭中會經(jīng)常使用這樣的技術(shù)。法線貼圖的效果模擬在影視制作中需要適當(dāng)?shù)漠嬅婕?xì)節(jié)效果，卻不需要過于細(xì)膩的表達(dá)的時候，也會經(jīng)常用到，例如近景、中景的內(nèi)容刻畫。

縱觀CG制作的表達(dá)需求，法線貼圖和置換貼圖在眾多的使用中，都有各自的計算優(yōu)勢和獨樹一幟的表達(dá)技巧。我們在設(shè)計創(chuàng)作之前，一定要綜合所設(shè)計的畫面效果和硬件設(shè)施的使用情況，計劃安排好制作的貼圖應(yīng)用類型，使作品的創(chuàng)作省時、高效。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位 江蘇省南京三江學(xué)院）