从《冰雪奇缘2》看迪士尼如何“种树”~

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《冰雪奇缘2》如期上映了,截止到小编写稿时,用时4天票房突破4亿,影片火是火,却还是没逃过观众雪亮的眼睛。放眼望去,各个影评区俨然已经变成了影迷们的吐槽大会:“复刻前作的保守”“骑白马的不一定是王子,也有可能是公主”“妹妹再爱我一次”“MV里插电影”“剧情…没有剧情”。


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有网友说“虽然技术更先进了,画面更精美了,但是blablabla…(指影片不好的地方)”,不仅影片没看爽,自己还惹了一肚子气。小编看来,要想生活过得去,咱就得反其道而行,虽然blablabla…(也指影片不好的地方),但是人家迪士尼的技术过硬哇。

 

正如我们之前分享的《《冰雪奇缘2》中的水马是如何制作出来的》(点击文章标题回顾)中说的那样,迪士尼动画工作室(下文简称“迪士尼”)确实在制作CG动画电影的过程中创建了很多工具,来帮助艺术家们实现复杂的模拟效果,比如水、火、风、雪、角色动画,以及一个很重要的部分:树木植被。


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上周迪士尼的CG主管Ernest Petti在澳大利亚布里斯班举行的Siggraph Asia 2019大会上,为现场观众分享了他们在制作CG树木和树叶方面的技术革新,并表示迪士尼的很多电影都在不断尝试寻找艺术风格和程序模拟之间的平衡。


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在早期制作中,为了能拥有复杂性和丰富性的同时还具有迪士尼独有的风格,他们努力创建工具,为一棵树赋予风格化的样式,将其放到某个群集场景中。后来影片中出现了整片森林和周围其他环境之后,就不能只考虑一棵树的平衡问题,而要考虑该如何使整片森林更具风格化效果,与之相伴的技术需求就是改进和提升工具集。


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从十几年前《四眼天鸡》(2005)中包含的简单树木,到现在《冰雪奇缘2》(2019)中每片树叶都清晰分明的“魔法森林”,迪士尼在沿用传统工具的同时,开发了很多全新的特定工具来完成这些制作任务。今天咱们就来分享一下这部分内容。



《四眼天鸡》(2005)


 

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《四眼天鸡》是比较早期的项目,讲的是被别人当作笑柄的鸡仔决心要拯救地球的故事。当时影片中出现的树木都是艺术家手动建模完成的,虽然填充了树叶,但都没什么动态效果,应该算是非常基础的树木制作。画质感人,小伙伴们随意感受一下就好。


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《闪电狗》(2008)



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《闪电狗》讲的是没有超能力但是坚信自己有超能力的小狗波特的故事。影片中出现的大多都是比较稀疏的单棵树木,有时偶尔会连成树林,没有什么需要特殊处理的镜头,只要看上去真实自然就可以了。


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话说正是在这时候,迪士尼已经开始强调自己的风格化制作了,用到的是XGen和Part2Rib这两种工具。XGen大概是在2005年左右开发出来的,简而言之就是在表面生成实例化的点,可用来制作草、叶子、小石子、头发或皮毛。Part2Rib是电影行业制作水、火和烟的实例化工具。



《长发公主/魔发奇缘》(2010)


 

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《长发公主》故事场景大部分都是在森林里的,因此影片一个非常突出特点就是树木清晰的轮廓和风格化的外观样式。


迪士尼团队用到了XGen和一套根据曲线绘制树木的“Tree Tools”新工具。简单来说,这是一个基于层次曲线语言来制作树木的系统,允许艺术家以交互方式勾勒出树的基本骨架,调整限定的参数值程序性生成树枝,并将结果保存到树冠结构中。这里有一篇关于这块的解析论文,感兴趣的小伙伴可以阅读下。

http://www.andyselle.com/papers/14/tree-shek.pdf


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从左到右依次为:
视觉开发目标→曲线呈现→程序性填充树冠→视觉开发元素渲染→最终风格化渲染


此外还用到了一款名为Dendro的交互式例子行进引擎为影片制作了树木较小分支,并在分支上实现了一些程序化的动画和生长过程。



《冰雪奇缘》(2013)


 

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《冰雪奇缘》大家很很很很很熟悉了。与《长发公主》相比,《冰雪奇缘》中树木的风格化更为强烈,还有很多种特殊形状。迪士尼为这个项目专门开发了一款树木制作和生长工具Bonsai,从本质上来说是一个完整的程序性系统,替代了之前的Dendro和其他工具。


团队利用Bonsai创建了一个更大的灌木丛、树木和其他植被的资产库,艺术家还能建立可供分享的个人数据库。也就是说,Bonsai的出现意味着这些树木资产可以重复应用于不同项目中,并且根据项目要求进行开发和编辑。


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《超能陆战队》(2014)



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《超能陆战队》是迪士尼和漫威联合出品的第一部动画电影,获得了第87届奥斯卡“最佳动画长片”奖,初期“国民暖男”形象大白就出自这部影片。

 

虽然影片并没有涉及到大型有机环境,但迪士尼在这个项目中实现了自家内部基于物理的路径跟踪渲染器Hyperion和程序性实例化系统Aurora,为创建巨大城市和众多建筑物提供了重要力量,也为日后的项目制作奠定了基础。


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这里我们悄悄地说一下Hyperion。使用典型的路径跟踪技术,光线会随机反弹,这样就无法预测到达物体的顺序,在制作复杂场景时会浪费大量的时间。为了解决这个问题,迪士尼团队使用了自己独特的路径跟踪变体。


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Hyperion根据光线方向对其进行分类和捆绑,一次可处理几百万条光线。当以这种方式对光线进行分组时,一束光中的许多光线会在同一空间区域击中同一物体,然后计算机会利用光线击中的相似性来优化对于物体击中的计算。

 

在迪士尼官网上列出了关于Hyperion的详细介绍,感兴趣的小伙伴可以移步哦。

https://www.disneyanimation.com/technology/innovations/hyperion

 


《疯狂动物城》(2016)


 

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《疯狂动物城》当年也是非常火爆的,光是朱迪和尼克的CP就衍生出不少同人作品。

 

在这部影片中,迪士尼团队用他们新的Hyperion渲染器制作了包括茂盛树木环境在内的多个独特环境世界,不仅要制作树木,还要制作树林中“隐藏”的叶子。



他们重新启用了Bonsai和XGen,在原有工具的基础上进行扩展和优化,例如上面的实例化测试模拟了一个拥有一亿棵前景树木和750万背景树木的森林。另外还用到了《海洋奇缘》等其他电影中的资产来填充树林。



关于这块也有一篇技术论文,小伙伴们有时间的话也可以拿来了解一下哈。

https://disney-animation.s3.amazonaws.com/uploads/production/publication_asset/135/asset/vegetation2016_v9.pdf



《海洋奇缘》(2016)



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《海洋奇缘》说的是迪士尼系列中皮肤黝黑、身体强壮、最不像公主的莫阿娜的故事。

 

从片名我们就能感受得到水的模拟是影片的重要组成部分,其实植被创建也是一样的,片中出现了很多不同的植被和物种。

 

还有一个问题就是规模,迪士尼团队在南太平洋地区选取了独特的物种,按照岛上物种的样子,将其简化(或者理解为风格化)为轮廓样式,又对单个树木级别和森林级别分别进行风格化,最终为观众提供了岛上树木和灌木丛的整体感觉。




此外,在制作和特菲提(Te Fiti)之心相关的序列中,团队开发了从无到有程序化生成树木的技术,具体是什么用样的技术我们还未可知,希望以后有机会的话可以给大家详细介绍。

 

迪士尼发布了《海洋奇缘》岛屿场景公开可用的数据集,其中包括很多树木和对于场景的描述,还包括XGen和Bonsai的工作方式。

 

https://www.technology.disneyanimation.com/islandscene

http://datasets.disneyanimation.com/moanaislandscene/island-README-v1.1.pdf

 


《冰雪奇缘2》(2019)


  

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在《冰雪奇缘2》的视觉开发过程中,“魔法森林”的树木其实是基于艺术家Eyvind Earle为《睡美人》绘制的概念艺术,再对挪威、芬兰和冰岛的森林进行研究后得到的。制作团队想要的不仅是单独树木风格化的自然效果,也要反映出“群组”的感觉。正是因为这些要求,他们开发出了XGen和Aurora“程序化的深层嵌套”功能。


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不要被他的名字所吓倒,你可以简单地理解为创建/堆积资产,比如一堆包括叶子和石子的地面覆盖物,生成一棵树,从一棵树生成树丛,从树丛生成整片森林。也就是说,艺术家在创作的时候既可以实现风格化,也可以在每个不同层次上积累积累再积累。

 

另外关于植物生长,他们还用到了一个名为Droplet的新工具,从本质上来说是一个程序性的几何体绘制界面,艺术家可以通过绘制的方式“加工”树木,这样对整个森林,以及森林中所有树木风格和走向的控制会更为直接。


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对于这些工具,我们目前也只能是简单地了解一下,毕竟是人家的in-house本事,怎么能够随随便便就拿出来展示呢?想要了解更多关于迪士尼技术内容,大家可以移步到下面的链接。今天的内容就到这里啦!散会~

https://www.technology.disneyanimation.com/islandscene


内容来源:

https://beforesandafters.com/2019/11/25/the-tech-behind-all-those-trees-in-frozen-2/

原创整理&编译:CG世界

 



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