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Weta Digital实时毛发短片《Meerkat》幕后揭秘
Mike Seymour
2020年12月10日总部设在新西兰的创新视觉效果公司Weta Digital对于CG毛发与毛皮颇有心得。这家曾经屡获奥斯卡奖的公司参与制作的电影包括了《金刚》、《奇幻森林》和《猩球崛起》系列等大片。随着实时技术在从视效预览到最终像素的电影制作过程中发挥越来越重要的作用，Weta正在探索使用实时工具为线性叙事创作电影级品质毛发、毛皮和羽毛的前景。他们的探索成果就是一部完全使用虚幻引擎渲染的短片，名为《Meerkat》。
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现在你可以了解《Meerkat》的具体制作方法了；我们已将整个场景作为免费范例项目提供，你现在就可以下载。
你将获得具有全套骨架绑定和动画、经过精心润色的角色，以及相应的环境、摄像机、特效、音频、Maya文件、最终纹理和材质，等等。
自从虚幻引擎基于发束的毛发与皮毛系统在2019年初次发行以来，Weta一直与Epic Games密切合作，对其进行定义和优化。该团队的经验与知识，以及通过制作《Meerkat》获得的见解，已经帮助这套工具集在虚幻引擎4.26中达到了用于实时模拟和渲染的产品级标准。
对于那些熟悉Weta的工作体系以及为其赢得国际声誉的先进专用工具的人来说，该团队制作出如此技惊四座的作品并不是意外。不过这个项目真正值得注意的地方在于，它是由少数美术师使用商业工具完成的。《Meerkat》证明了，不管什么人，只要有足够的叙事才能和数码美术天分，就能制作出这样的作品。
在本文中，我们将带你了解《Meerkat》的幕后制作过程。
在过去四五年里，Weta Digital一直在探索交互式实时沉浸领域，研究使用虚幻引擎的内容创作。虽然Weta已经在其虚拟制片研究中使用了虚幻引擎，但是他们制作这部短片的目的是，检验团队使用最新的标准虚幻引擎工具制作线性内容时可以发挥出多高的水平。
“我们一开始就没打算把这个项目当成大制作。我们想强调的是幕后的工作流程与工艺，看看我们能做到什么地步。”Weta特别项目团队的创意总监兼视觉特效主管Keith Miller说。
Weta已经做过许多创新的毛发和润色工作，开发了一些在当今世界属于最先进水平的传统剧情片毛发和毛皮资源。除了探索标准虚幻引擎工具——而非使用该工作室的专有管线——这个项目主要特点就是着重于实时工作流程。团队很注重发掘使用带毛皮角色工作对于动画师的意义，并根据即时反馈对镜头进行迭代。
该团队在2019年先是使用《猩球崛起》电影中的两个角色凯撒和莫莉斯进行了试验。虽然这些角色代表着数字化毛皮的最高水准，但团队决定不使用现有的复杂资源，而是使用可从公共渠道获得的软件从头构建新的角色，以求真正检验制作管线。
“我们一开始就没打算把这个项目当成大制作。我们想强调的是幕后的工作流程与工艺，看看我们能做到什么地步。”Weta特别项目团队的创意总监兼视觉特效主管Keith Miller说。
Weta已经做过许多创新的毛发和润色工作，开发了一些在当今世界属于最先进水平的传统剧情片毛发和毛皮资源。除了探索标准虚幻引擎工具——而非使用该工作室的专有管线——这个项目主要特点就是着重于实时工作流程。团队很注重发掘使用带毛皮角色工作对于动画师的意义，并根据即时反馈对镜头进行迭代。
该团队在2019年先是使用《猩球崛起》电影中的两个角色凯撒和莫莉斯进行了试验。虽然这些角色代表着数字化毛皮的最高水准，但团队决定不使用现有的复杂资源，而是使用可从公共渠道获得的软件从头构建新的角色，以求真正检验制作管线。
图片由Weta Digital提供
这些角色是在Autodesk Maya中建模的，而它们的毛皮是通过Peregrine Labs开发的Maya插件Yeti创作的。然后团队将毛皮作为Alembic文件导出，再导入到虚幻引擎中。
初步测试证明这些做法是成功的，于是团队开始为新的短篇创作剧情并决定制作一只被他们命名为Molly的猫鼬，以及她的死对头老鹰。为了获得准确的参考材质，特别项目团队走访了与Weta有密切工作关系的惠灵顿公园，研究了真实的猫鼬。
以传统故事板形式设计出剧情后，团队在一个被称为“棋子视效预览动作舞台”的简单品质关卡中构建分镜。这一步为动画工作以及环境工作都提供了重要信息。虽然地洞本身是一个自定义模型，但背景和周围的岩石都是使用Quixel Megascans构建的（配合虚幻引擎使用是完全免费的）；考虑到环境可能需要调整，或者针对特定摄像机角度而“修饰”，这些资源在虚幻引擎中都是活动的。
在制作角色及其动画的早期阶段，迭代是最重要的因素。Weta的动画师们能够同时在Maya和虚幻引擎中打开一个场景，一边在Maya中为Molly制作动画，一边在虚幻引擎中看到实时渲染结果。这是依靠虚幻引擎的Live Link功能实现的，它提供了一个将动画数据从外部源流送到引擎中进行使用的通用接口。
初步测试证明这些做法是成功的，于是团队开始为新的短篇创作剧情并决定制作一只被他们命名为Molly的猫鼬，以及她的死对头老鹰。为了获得准确的参考材质，特别项目团队走访了与Weta有密切工作关系的惠灵顿公园，研究了真实的猫鼬。
以传统故事板形式设计出剧情后，团队在一个被称为“棋子视效预览动作舞台”的简单品质关卡中构建分镜。这一步为动画工作以及环境工作都提供了重要信息。虽然地洞本身是一个自定义模型，但背景和周围的岩石都是使用Quixel Megascans构建的（配合虚幻引擎使用是完全免费的）；考虑到环境可能需要调整，或者针对特定摄像机角度而“修饰”，这些资源在虚幻引擎中都是活动的。
在制作角色及其动画的早期阶段，迭代是最重要的因素。Weta的动画师们能够同时在Maya和虚幻引擎中打开一个场景，一边在Maya中为Molly制作动画，一边在虚幻引擎中看到实时渲染结果。这是依靠虚幻引擎的Live Link功能实现的，它提供了一个将动画数据从外部源流送到引擎中进行使用的通用接口。
图像由维塔数码提供
团队可以在带有光照、材质和动画的情境中，从各种角度查看场景。“你可以真正看到哪些地方出了问题，或者哪些地方需要改进，然后以非常快的速度进行迭代，而不必付出通常电影管线的开销。”负责为片中生物建模和润色的高级数码美术师Nathan Farquhar说。
“Live Link是使这个项目成为可能的原因之一。”CG主管Thelvin Cabezas补充说，“我们在Maya中调节我们的动画控制，然后就能在虚幻引擎中看到效果，这使我们的工作能够在非常可控的方式下进行。”
除了特定于镜头的工作外，动画师们还开发了让两个生物作出正确表演所需要的动画骨架绑定。老鹰的翅膀尤其复杂，因为它们必须能够正确地收起来贴到身体上，也能在飞行时完全展开。Farquhar制作了基于几何体的羽轴的复杂设置，作为老鹰的骨架网格体的一部分，使得团队能够将羽支以发束的形式绑定，制作出老鹰身上漂亮的羽毛。
“Live Link是使这个项目成为可能的原因之一。”CG主管Thelvin Cabezas补充说，“我们在Maya中调节我们的动画控制，然后就能在虚幻引擎中看到效果，这使我们的工作能够在非常可控的方式下进行。”
除了特定于镜头的工作外，动画师们还开发了让两个生物作出正确表演所需要的动画骨架绑定。老鹰的翅膀尤其复杂，因为它们必须能够正确地收起来贴到身体上，也能在飞行时完全展开。Farquhar制作了基于几何体的羽轴的复杂设置，作为老鹰的骨架网格体的一部分，使得团队能够将羽支以发束的形式绑定，制作出老鹰身上漂亮的羽毛。
图片由Weta Digital提供
对于动画师来说，制作一只没有羽毛碰撞问题而且能够实时运行的老鹰，是极其复杂的。经过润色的Molly有40万个发束，而老鹰最终有超过370万个发束。在过去，美术师可能不得不靠使用发片的办法在游戏引擎中表现鸟的翅膀，但有了虚幻引擎4.26版中新的毛发渲染与模拟系统，他们已经能制作出电影级别的、完全准确的羽毛翅膀。
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在团队中的许多人看来，这个项目的转折点是动画主管Ludovic Chailloleau为Molly创作的一个轮转行走循环。虽然他们在加入这个项目的时候都充满自信，不过他们一直认为这个项目的目标无非就是推动新的毛皮和毛发技术发展。然而Chailloleau精妙的动画配合Cabezas的着色器工作，让团队明白了最终成果将会是多么令人惊叹。
“Thelvin在着色方面做出了了不起的工作，而当我们看到Molly在场景中走动的时候，那真是令人佩服。”Farquhar回忆说，“就在那个时候，我相信这个项目一定能成。”
团队中用惯了虚幻引擎的成员对它的着色器非常熟悉，这也帮助了团队实现他们所追求的逼真感。Farquhar指出，理解整体概念对于实现这种逼真感是非常重要的。“比方说，Molly是在一片沙漠中，在干旱而贫瘠的地面上奔跑。她会跑进和跑出地洞，所以在角色的外观方面，你要研究动画，你要研究情境，在润色的时候要考虑这些因素。”
因此，他们给Molly的脚周围的毛发增加了聚丛和打结的效果。团队的理由是，如果她一直在地上摸爬滚打，那么考虑到这部短片的沙漠背景，她的毛皮就会比较干燥，少一点油脂。“在润色过程中要考虑到这个因素，保证她在那个环境中看起来可信，让她和那个特定环境产生联系。”Farquhar说。
“Thelvin在着色方面做出了了不起的工作，而当我们看到Molly在场景中走动的时候，那真是令人佩服。”Farquhar回忆说，“就在那个时候，我相信这个项目一定能成。”
团队中用惯了虚幻引擎的成员对它的着色器非常熟悉，这也帮助了团队实现他们所追求的逼真感。Farquhar指出，理解整体概念对于实现这种逼真感是非常重要的。“比方说，Molly是在一片沙漠中，在干旱而贫瘠的地面上奔跑。她会跑进和跑出地洞，所以在角色的外观方面，你要研究动画，你要研究情境，在润色的时候要考虑这些因素。”
因此，他们给Molly的脚周围的毛发增加了聚丛和打结的效果。团队的理由是，如果她一直在地上摸爬滚打，那么考虑到这部短片的沙漠背景，她的毛皮就会比较干燥，少一点油脂。“在润色过程中要考虑到这个因素，保证她在那个环境中看起来可信，让她和那个特定环境产生联系。”Farquhar说。
图像由维塔数码提供
动画固然很考验团队的技术水准，尤其是让猫鼬在蛋壳上平衡的动画，不过光照也带来了挑战。团队使用了Lightmass实现环境光遮蔽，并使用Lightmass重要体积烘焙间接光照。这些措施配合间接光源的动态光照，使团队得以精修光源的质量，制作出从地面到猫鼬身上的柔和反光，以及老鹰身上在背光照射下的漂亮羽毛。
“在虚幻引擎中，我们先从物理真实做起，这是我们Weta Digital习惯的做法——比方说，确保我们有正确光度的光照品质，太阳的照度是100000勒克斯左右，而我们以符合现实的方式正确对摄像机曝光。”Cabezas解释说。
在与现实一一对应之后，团队引入了被他们称作“电影光照”的技术。例如，在一个镜头里Molly躲进地洞，当老鹰发起攻击时，她又转过来面对摄像机。在Cabezas看来，这个镜头的光照设置是最难的。虽然虚幻引擎中的光照可以做到极其逼真而且符合物理原理，但在这个例子中，光照效果其实是作假的，因为在现实中光线将会太暗，观众无法看到Molly的面部表情。
“在虚幻引擎中，我们先从物理真实做起，这是我们Weta Digital习惯的做法——比方说，确保我们有正确光度的光照品质，太阳的照度是100000勒克斯左右，而我们以符合现实的方式正确对摄像机曝光。”Cabezas解释说。
在与现实一一对应之后，团队引入了被他们称作“电影光照”的技术。例如，在一个镜头里Molly躲进地洞，当老鹰发起攻击时，她又转过来面对摄像机。在Cabezas看来，这个镜头的光照设置是最难的。虽然虚幻引擎中的光照可以做到极其逼真而且符合物理原理，但在这个例子中，光照效果其实是作假的，因为在现实中光线将会太暗，观众无法看到Molly的面部表情。
图片由Weta Digital提供
这种完全能够以假乱真的电影式光照效果的制作是一门真正的艺术，也是让Weta这样的公司能够在市场上鹤立鸡群的资本。片中的猫鼬身上带有偏红色的间接反射光照，而微妙的眼部光照体现了她的思考与反应。“地洞中的镜头做起来极其困难；总是有这样看似简单的镜头，起初没有人会多想，最后却发现是最难做的。”Cabezas说。
为了创作最终成品，团队使用了虚幻引擎的3D非线性编辑器Sequencer中的动画功能。最后，他们使用电影渲染队列输出最终画面。通过这一功能可以进行带有累进抗锯齿和动态模糊的最高质量渲染，但速度略慢于实时渲染（不过还是比传统的离线渲染快了几个数量级）——用于线性输出是理想的选择。因为要用于在线播出，所以这部短片的分辨率是1920 x 1080，但团队也输出了一些4K分辨率的测试镜头，效果惊人。
为了创作最终成品，团队使用了虚幻引擎的3D非线性编辑器Sequencer中的动画功能。最后，他们使用电影渲染队列输出最终画面。通过这一功能可以进行带有累进抗锯齿和动态模糊的最高质量渲染，但速度略慢于实时渲染（不过还是比传统的离线渲染快了几个数量级）——用于线性输出是理想的选择。因为要用于在线播出，所以这部短片的分辨率是1920 x 1080，但团队也输出了一些4K分辨率的测试镜头，效果惊人。
图片由Weta Digital提供
这个小团队的成功证明了，只要运用得当，虚幻引擎4.26版中的标准工具就能产出不辱Weta之名的一流品质作品——如此高的水准超出了团队自身在项目开始时的期待。在制作过程中，他们既爱上了自己创作的两个角色，也爱上了实时工作流程为他们带来的自由。
“这个项目真是有趣得要命。”Cabezas说，“这就是那种到头来你会为产出的成果感到自豪的体验。任何人都可以在自己家里设计出很酷的小生物，更重要的是人们能够在其中体现的创新程度和技术与美术水平。”
“随着虚幻中基于发束的渲染技术的进步，有才能的美术师利用商业工具就能够创作出非常漂亮的作品。”Miller如此总结。
“这个项目真是有趣得要命。”Cabezas说，“这就是那种到头来你会为产出的成果感到自豪的体验。任何人都可以在自己家里设计出很酷的小生物，更重要的是人们能够在其中体现的创新程度和技术与美术水平。”
“随着虚幻中基于发束的渲染技术的进步，有才能的美术师利用商业工具就能够创作出非常漂亮的作品。”Miller如此总结。