干货分享：去年日本最大手游爆款，是怎么做3D模型的？
细节与效率的平衡。 |
译/依光流
今天继续分享《赛马娘》的干货技术。
对绝大多数玩家而言，这款游戏最让人眼前一亮的，莫过于角色散发出来的魅力。而市面上，角色3D建模水平越攀越高，光是达到技术水准，很难直接给人以如此强烈的印象。《赛马娘》角色3D建模要达成的核心目的是什么，具体又用到什么样的手法？
这次Cygames 3DCG部门角色美术组，以《赛马娘3DCG角色制作案例~从基本设计到赛马娘特色表现~》为题，分享了他们的团队架构、制作规格、技巧思路和实际案例。
附往期分享：
以下为角色3D建模篇的分享内容：
众所周知，《赛马娘》是一款「继承了有名赛马的名字和灵魂的」赛马娘，所演绎的跨媒体内容。游戏中，包含了「让玩家扮演训练师、亲自安排训练项目」的硬核养成要素，以及「从比赛中胜出以后，赛马娘与粉丝分享喜悦的胜利演出」这样的偶像系要素。
通过糅合实际赛马的经历与围绕游戏角色的故事内容，《赛马娘》实现了不仅限于游戏，还延伸至TV动画、漫画作品，乃至现实Live演出的多种活动，不断扩展其世界观和影响力。
那么《赛马娘》根基之一的角色是如何塑造的？今天就从3D建模方面分享下我们的经验。主要涉及几块内容：1，赛马娘角色建模组的介绍；2，建模规格的说明；赛马娘独特表现的制作；以及最后的总结。
01
角色建模组
《赛马娘》的3DCG部门下设角色建模、背景、动作、特效、剧情画面多个小组，角色建模组主要负责的工作，分为角色模型制作、贴图制作、蒙皮、服装（摇动物件）制作、迷你角色制作、演出道具（小道具）制作。
由于要制作多种物件，所以我们首先需要确定「赛马娘角色最核心的要素」是什么。其一，角色本身的可爱。其二，互相认可又互相竞争的「体育精神」。其三，足以在赛场和舞台上活跃的「临场感」。
为了表现这些要素，我们重点打磨了四个关键点。即能承载情感表现的表情、能表现跃动感的头发与服装的动作、更加真实有质感的造型、呈现临场感的润湿和污渍效果。
概括来说，角色建模组的任务，就是制作又帅又可爱的高质量角色建模。可爱自不必说，呈现在赛场和舞台上的帅气身姿，以及制作最前沿的高质量3D角色模型，都是我们的使命。
接下来我们具体聊一聊，《赛马娘》的建模规格。
02
建模规格
首先说一下建模的基本规格。虽说基本规格听起来很简单，但由于《赛马娘》是一款在智能机和PC端不断更新运营的产品，所以必须考虑到能跟上项目更新节奏的效率问题。所以结合建模组的使命来看，我们必须设定一个「终点」。
即在「利用有限资源高效制作」和「用丰富的表现呈现模型魅力」两者之间找到平衡点：如何找到一个能对高质量兜底的基本规格。接下来，我们将会介绍实际为了让角色能统一实装，以及在取舍之后，我们认为必要的部分基本规格。
确定基本规格并不是一件简单的事。开发周期拉长以后，按照早期规划制作的角色模型，看起来就显得过时。比如下图里的角色，就是我们开发早期的样品，跟现在游戏里的角色相比，很多部分的表现力都差了一截。
当时的服装摇动特效，也显得特别自然，之后我们虽然进行了一次优化，但这个水平仍然说不上自然。研发过程中，技术也在进步，为了追上业界的水准，在上架的时候充分满足玩家的期待，我们不得不边开发，边频繁更新基本规格。
追寻理想的结果是，我们确实实现了在外表层面达到下面这种效果的能力，下图可以对比开发早期和现在的效果，相信能看到类似眼角附近的，各种细节表现的差异。
当然不光是正脸有了变化，3D模型的打磨，最重要的是从各个角度看起来，都不会给人不自然的感受。此外，服装摇摆效果、服装形状、存在感等等，我们认为都比当初的效果好了两倍以上。
有了这些经过，才有了现在的基本规格，具体从模型和贴图构成、着色、描边三个方面来介绍。
1.模型和贴图的构成
模型构成上，基本情况是材质用到6种、三角面数不到2万、基本骨架约160个接点（不同角色有浮动）、贴图总计约20张、权重的影响数值（每个顶点分配的骨骼数量）调为2。此外，贴图决定了模型的颜色和质感，大致分为颜色图和控制图两类。
先介绍颜色图（Color Map）。为了表现出动画式的光影质感，《赛马娘》采用了两张颜色图，用漫反射贴图（Diffuse Texture）来指定基本颜色，又用阴影色贴图（Shadow Color Texture）来指定阴影的颜色。
对比下图，阴影色贴图整体采用偏暗的颜色，这个基础上，还呈现了反射、二次阴影的效果。要注意的是，这里并非单纯让颜色变暗，而是根据模型部位不同，呈现了饱和度、色相的效果。
再来看控制用图。为了确保实现光照、阴影和光泽、形状和反射等效果，我们采用两张Map共计5个通道来控制贴图效果。如下图，左侧从上到下分别为阴影遮罩（ShadowMask）、高光遮罩（SpecularMask）、截断遮罩（Cutoff Mask）；右侧下两张分别为环境遮罩和逆光遮罩（Limlight Mask）。
模型头部和身体在细节上稍有不同，身体如上用到的是两张贴图的5个通道。具体来看每个通道的作用。
阴影遮罩如字面意思可以控制阴影效果。与模型形状相符的阴影很难表现出动画里张力十足的视觉效果，此外，受骨骼数兼容度的问题，导致细节阴影的表现力也有上限，所以会用这个遮罩进行辅助表现。
在这5个控制用Map里，最影响质量的一大半的调整操作都在阴影遮罩里实现。下图是调整前后的效果，右边给人的层次感、阴影表现、临场感都高出许多，动画质感也更强了。
高光遮罩主要用来表现高光效果，比如头发的光泽、金属的光泽等。对于动画风格来说，基于物理的高光表现并不一定能实现最想要的效果，所以直接用高光遮罩，来绘制高光的形状。下图中，主要用在金属物件的高光上。
截断遮罩主要用来表现细节处的形状。可以在一定区间内区分颜色绘制与否的范围，能用在比如蕾丝的镂空效果等，需要细节表现的地方。如下图，在金属装饰上，原先版块状的边缘被镂空，装饰的形状和立体感一下就呈现了出来。这也是在有限的骨骼数里，要追求效率的一大宝贵手段。
环境图是用来呈现能反射光的素材对环境的作用效果，由于和高光遮罩的效果存在类似的地方，这两个功能常常结合起来一起调整建模的观感。下图中，金属材质的反射效果就用了环境图来追加高光效果，进一步体现出了金属的质感。
最后是逆光遮罩，它用来控制逆光的适用范围。逆光可以突出呈现立体感，在《赛马娘》游戏中，基本上一直会加入逆光效果来强调角色的立体感，但如果在所有地方都用上这个效果，就会造成信息量过大，看起来让人不适，所以在效果较差、结构复杂的地方，会进行调整。
下图角色脖子附近、腋下附近就属于需要调整的地方。调整前角色整体观感偏繁琐，通过限定作用整体协调感好了很多。
这样一来，通过上述几类贴图调整手法，每一位赛马娘在舞台光照变化时、在赛场环境变化时，都会呈现出更自然的效果。以上就是贴图规格的概述。
2.着色处理
接下来是着色。我们以控制起来最为复杂的角色头部为例说明。基本的调控如前文所说，是用阴影遮罩来实现的，但是为了提高着色效果，我们也下了很多功夫。这里先来说明一下细节控制图。
为了实现角色头部的动画式着色效果，我们采用了细节遮罩（Detail Mask），主要用来控制脸颊、鼻子的着色效果。
如下图，这种方式可以独立于常规着色处理来进行控制，与光照效果相结合，并辅助生成多种表现效果。此外，脸颊和鼻子的阴影还可以单独控制。
我们可以看一下光源运动下的面部阴影表现。采用这个方法调整之前，阴影会显得歪曲和不自然，但调整后，阴影更干净，也更有动画的风味。诸如此类，在调整阴影呈现动画风格表现的时候，主要都是用上述方式来实现的。
3.描边处理
最后是描边的介绍。描边在动画风格的美术表现上，有着十分重要的作用，相当于绘画里的白描。具体上，我们依次说明，与阴影的共存关系、描边的调整、颜色变化三个部分。
基本来说，描边是将平面顺着法线的方向隆起，从而生成对应的模型。
下图可以看到更清晰的效果。
用实际的角色模型来看。让头发的模型隆起，改变描边的粗细，描边越粗，角色给人的感觉越粗犷，试试这类效果或许也会很有趣。
要让描边呈现得干净利落，就需要调整法线，而法线会影响到各种各样的地方，所以如果为了描边效果而调整法线，可能会造成着色结果与预期不符。下图是分别调整了描边法线和着色法线时的情况。能看到调整着色法线后，描边会出现断断续续的现象，而调整描边法线后，描边是很清晰了，但逆光、阴影变得混乱了起来。
所以光使用一种法线，很难同时完美呈现描边和着色的高品质效果。因此，为了解决这个问题，我们在着色信息的基础上，又将另一份描边法线信息添加到了角色模型当中。具体来说，是在初始模型上搭载着色用的法线信息，然后将用来描边的角色模型里的描边法线信息，转换到初始模型的UVset里，从而实现两种法线信息同时成立的效果。
明白了描边如何与阴影共存的原理以后，我们来说明一下具体的调整方法。
描边的调整可以直接依靠法线角度的变化来实现，虽然公司内有一部分提高效率的工具，但基本上大部分都需要手动调整。尤其是在发束和平面急剧变化的地方，更需要细致的调整。比如下图里刘海的部分，调整前描边断断续续，调整后刘海的描边清晰地呈现了出来。
最后聊一聊描边的颜色变化。为了呈现动画风格的效果，描边的颜色可以根据场景的不同而变换。可以先看看下面这张动图，这是角色小栗帽的技能演出效果，在她周身爆气的瞬间，能看到，描边变成偏白发光的效果。
描边颜色是通过Diffuse Color和指定的颜色互相混合，从而控制颜色变化的效果，在技能Cut in等演出部分，可以控制合成的颜色、烘焙的程度、合成的方式等细节。如下图，描边颜色可以自由调控。在呈现动画风格的时候，描边颜色的调控也发挥了非常重要的作用。
总体来看，建模的基本规格里，通过构建「能够平衡执着追求和实用效率」的制作体制，我们才得以实现高品质的3D建模。其中，建模和贴图上，制定「制作赛马娘基本外观」的流程；着色方面，利用细节图来实现高精度的阴影效果；最后在描边环节，摸索与着色共存的手法，寻找能承载「角色更具跃动感、种类更丰富的演出效果」的制作体制。
03
提升品质的策略
在分享开篇，我们简单提到了提高品质的缘由，即在定好基本制作规格以后，我们在开发过程当中，经常遇到「看起来不自然」的情况。
于是每每针对这些不自然的情形制定对策之后，我们便不断更新基本规格的水准。下面就介绍一些实际上我们遇到的，以及后来成为新规格的案例和对策。具体分为穿模、光照、服装和头发的动作三块。
首先看穿模问题。如下图，右侧角色的手与裙子出现了明显穿模，与之类似，即便是相同的动作，根据服装的不同，穿模的情况常有发生。由于我们不希望刻意限制角色动作，或者限制服装的设计范畴，所以必须制定对策。
最终我们通过 IK Collision来解决这个问题。IK（Inverse Kinematics）是一种骨骼接点的计算方法，与FK（Forward Kinematics）依靠旋转来控制骨骼的方法不同，属于依靠骨骼终点的运动来控制骨架动作的方法。Collision则是用来判断物体之间碰撞关系的程序。
所以能看到实际效果里，绿色球（裙子）能将穿模的红色球（手部）推到模型外沿。
下图里，角色手部模型与衣服重叠，在使用了IK Collision以后，手部与衣服紧贴，并不再穿模。与此类似，通过这个手法，即便动作各不相同，但都能在维持赛马娘魅力的同时，节省调整的工序。
接下来是不自然光照的处理策略。先看一段早期的演唱会片段，能看到角色受光照的影响很弱。
要知道，赛马娘不仅会进行演出，还会出现在赛跑等各种各样的场景中，这些场景里，角色的演出方式、表现效果都截然不同，因此如果角色模型不能兼容丰富的场景，那么角色给人的说服力就不够强。
随着开发的推进，游戏融入了越来越多极富戏剧性的光照效果，所以角色模型也需要跟上这些功能。为了实现这类功能，我们采用了Flare Collision的技术。如下图右侧，绿色球便是Flare Collision。
比如下图用到的，是配置在舞台背景里的炫光光源。镜头炫光效果在舞台效果中很常见，即光源照到镜头的时候，呈现出的炫光效果。
而Flare Collision，是可以遮蔽炫光效果的碰撞体。当角色站在炫光光源前的时候，如果不设置Flare Collision，光线就会贯穿角色，然而，设置Flare Collision以后，就如下图右侧的效果，光线不会贯穿角色。
基于这种手法，角色、光源、镜头，都可以更加自由地设置，演唱会的演出效果也能得到极大的扩展。
最后是服装和头发表现不自然的对策。在开发初期，我们遇到了下图这些不自然的情况。一种是角色的服装没有表现出应有的柔软质感，另一种是角色的头发没有按照自然的方式下垂。
为了除去这种不自然的感觉，我们和程序进行了商量，一方面重新探讨角色建模的规格问题，另一方面重新构建了摇动物件的细节设定。下面是改善了以后的演出效果。能看到，每一位赛马娘的裙子、胸前的蝴蝶结、头发，都能呈现出更加自然、柔顺的质感。
相信各位已经能看出摇动物件更加自然的动作了。再比较一下开发早期和现在的效果，光看静态图也能发现，服装和头发，都比以前更加丝滑。与之类似，依据重力、阻力来调整素材本身的硬度和柔软度，再对每一位赛马娘进行细节的设定后，就得以重现摇动物件最自然的表现了。
总体来看，《赛马娘》的品质提升要点，就是让观众感受不到不自然的地方，再把这些技巧融入到基本制作规格里。因此，角色建模的品质才能更上一个台阶。这次聊到的穿模、光照、摇动物便是其中一部分细节。
受限于篇幅，本文仅介绍了《赛马娘》角色3D建模中，有关建模组概要、建模规格的相关内容，在下一篇文章中，将继续分享「赛马娘独特表现力」相关的3D建模手法。
文章来源：
https://www.youtube.com/user/CygamesChannel/videos