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?

去年日本最大手游爆款《赛马娘》,是怎么做3D模型的?

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。

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。

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。

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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。

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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。

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接下来我们具体聊一聊,《赛马娘》的建模规格。

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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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)。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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下图可以看到更清晰的效果。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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