2015/02/17

如何讓算圖有相片寫實感( photographic)


原文:THE PHOTOGRAPHIC LOOK (BBB3viz)
作者:Bertrand Benoit
翻譯:Hammer Chen

業界的藝術家似乎都在追求一個矛盾的目標: 一方面要用電腦做出不可能的東西,另一方面又想要複製真實的世界。大部分時候藝術家追求創作藝術, 這個藝術像真實的東西,或者至少要是合理的。

為了要達到寫實,需要很多步驟。從收集參考圖、到建模、到燈光、場景物件。為了達到相片級的寫實, 又是更高層次的東西, 比較專注在最終的外觀。 這點就是我本文的重點,回應許多讀者來信問我怎樣達到最終寫實影像的問題。

請注意這篇不是後製教學。儘管最後會談到後製, 還是有很多上游步驟跟後製一樣重要,確保你在算圖進行後製能夠達到最佳品質。

相片級寫實是一個永遠還有更高層次的目標, 我不認為我有達到這個最終目標。 但這激發我的興致, 以下我分享幾個技巧,有些是實際的,有些是比較抽象的。



向攝影師看齊

以下許多技巧都跟把數位軟體當成相機模擬器一樣的概念,特別是算圖與後製軟體,用的都是攝影語言。 例如曝光、景深、視角等等。但是在軟體的世界裡面並不像真實相機那樣受到物理法則侷限,因此為了要達到照片級寫實的結果, 我們必須要『重現』這物理先天限制, 這實行起來會有點困難。

達到照片寫實的效果,並不是只要接受攝影學上的物理先天限制, 而是要用攝影學作為你的標竿。 正確來說,要針對你要做哪種類型的攝影,你就必須要以該種攝影作為參考 跟自然並不同。 攝影的本身並非『自然』, 攝影是跟鏡頭、膠卷與感光元件有關。 這些都會造成”扭曲” 。重現這種扭曲,就可以產生你要的『寫實』效果。

所以透過這些操作,手邊有攝影參考照片,隨時觀察讓你可以確保朝正確的方向製作,即便是在建模與材質階段, 要做出寫實的效果就是跟這些透過鏡頭的最終效果有關。

讓你的世界真實 

照片寫實是要靠詐騙與戲法達成,目的就是要讓觀察者相信看到的和實際他們看到是不同的東西,你的目的是要產生影像的幻覺,讓影像好像是”透過鏡頭” 看到的。為了要幫助你的數位世界盡可能地和真實世界同,首先就是要讓尺度正確。

當我們觀看一張照片時,我們潛意識地獲得了很多場景的資訊 這包含了精確的場景尺度、 環境霧、拉長的陰影、景深 ,這些都是讓我們判斷這是玩具模型或是城市場景的線索。例如移軸縮時攝影現場街道,其運作原理就是將這種線索,愚弄我們讓街景看起來像小人國般。

如果我們根據真實場景建模、光線的衰減、景深,就會很接近真實的攝影效果,你不需要刻意造假。例如,在這廣景鏡頭下深的景深的霧氣,傳達了空間的壯碩感。


這不是一篇材質教學,但關於材質的幾點還是值得說說。差的材質會破壞場景的寫實性,產生完美的材質需要時間,可能有很多書探討製作材質 (例如我推薦 Grant Warwick的VRay教學 ) 但是還是有些幾本技巧你可以學,這跟材質與顏色有關。

基本上你必須要小心不要把任何顏色的數值設定的太接近RGB的最大數值255。不論是顏色或是材質都該避免,指的是個別顏色:紅色、 綠色、 藍色通道不可達到255。過大的RGB數值會讓加重你算圖器的負擔,增加算圖時間,且算圖結果會不寫實。過飽和的顏色,同樣地, 你也不該使用全白會是全黑,因為這兩種顏色不會在真實世界發現。純黑會吸收所有的光線, 純白會讓所有顏色反彈。以下數值供您參考: 我大概用180, 180, 180最為白色,最多也不要超過200。

如果你在diffuse通道終使用貼圖, 你確保RGB數值沒有超過。 通常我會先在Photoshop中去飽和度, 你可能還需要微調貼圖讓其更吻合場景, 特別是飽和度。 例如本例中, 樹使用不同葉子貼圖, 有些我增加了色溫, 讓整體更加吻合。

確保燈光寫實

寫實的規範也該涵蓋到燈光、 天光。 天光或是太陽光比室內最亮的燈泡還要亮很多。 請記住, 當設定頂照光(dome lights)或是柔光補光, 如果你設定了寫實強度的天光, 人造光與室內光源 室內外的光源一起在畫面中的話, 你很難算出跟你眼睛看到那樣的畫面。

我常聽到室內外算圖工作者有過度曝光的問題。當他們使用真實世界的太陽或是天空強度, 渲染室內設計場景。事實上, 這跟攝影師會遇到的問題一樣, 高對比的狀況。 電腦算圖的優勢是,我們可以渲染出高動態範圍的影像, 有足夠的色階讓我們在後製處理或是回復過曝的資訊。

即便是這樣, 在室內場景從窗外看到戶外, 還是會過曝。 完美的光照或許是美術眼光的目標 但會讓你覺得不夠相片寫實。 以下展示了是內外光照的平衡, 室外過度曝光且帶點藍色光線 (在室內添加了兩個Norsouth softboxes, 幫助平衡照明)


寫實的光線強度還有另外一些理由: 非寫實的設定 (例如過亮的光線配合過暗的攝影鏡頭) 材質會變得不準確或是難以預測。 例如, 如果你設定過高的反射材質, 因為過高所以你鏡頭必須要調暗, 如果你依賴材質庫, 真實世界的光照才能確保材質能夠正確地渲染出來。 我自己的模型庫的材質都是根據真實世界的尺度建造的。

將攝影機設定真實

這部份很簡單, 如果你使用V-Ray或是其他有提供物理攝影機的算圖器, 請使用這類的攝影機 ,確保你能使用真實的光圈、曝光與iso數值。

物理攝影機對你燈光設定很有幫助。如果你不確定藍天或是陰天的亮度應該要多少才正確, 如果你架了真實的攝影機, 用全自動的方式攝影, 那你在軟體裡面用的物理攝影機就採用真實相機裡的設定來拍照, 以此為起始點, 微調天光的強度, 直到接近你照片的天空強度。 就這樣很輕易地推斷出天空的強度。正確地選擇攝影機會影響到你影像的氣氛。 你可以模擬不同類型的相機與格式, 你可以玩玩底片版尺寸(film plate size) 變形或是焦散形狀。在下圖中變形的焦散與淺景深造成了影像的電影感。

像攝影師一樣拍照

儘管場景看不到的地方我們不建議你去建模,如果專案時程很趕, 知道哪些看不到就不去建模 可以節省很多時間。

縱然如此, 我還是喜歡盡可能地把整個場景都建出來。 理由是這樣我可以自由自在地在場景中瀏覽, 找到好的角度, 專業的攝影師就會這樣做 (這時候用V-Ray RT特別好用, 如果你還是得節省時間, 省略建模, 在確認放置攝影機角度前, 請確保場景的規劃是精確的 )

能夠有比較好的自由度也是為什麼我喜歡把場景的3D物件都見出來。 我反對用平面貼圖(例如窗外的樹用一個板子加上貼圖帶過) 這樣可以確保你在虛擬場景中拍照的東西透視感都是正確的, 諷刺的是, 不吻合的透視感不但是爛算圖的特色, 也常在糟糕的工作室攝影見到, 看起來很假真的是致命傷 (Nothing shouts “fake” quite as loudly.) 最後,當你在場景中找尋最佳拍攝景度時,請確保構圖符合攝影感。想要刻意展現你的建模多厲害是造成構圖錯誤的主因,例如過分特寫你的模型或是用不合裡的廣角鏡取景, 會讓辛苦建的3D場景最後的畫面失敗。 先想要你希望觀眾看什麼很重要, 除了特寫以外, 細節能讓豐富您的攝影, 但細節並不是整個影像的焦點。

像攝影師般, 你也可以使用輔助光源、補光燈球、柔光罩,幫助你照明場景,或是添加高光效果。 試試不同透視, 切換單點或是雙點透視, 看看哪種對於表現你主體比較好。

例如以下強烈的水平或垂直線 1/3取景、 精確的景深...等等元素讓以下圖片寫實

相反地,兩點透視或是缺乏焦點的畫面會讓影像顯得失敗

這篇不是講構圖入門的文章,但還是別忘了攝影相關的東西作為參考, 你可以發現很多構圖、照明、建築物、 室內攝影等等知識,談到構圖Archdaily是個很棒的靈感來源。

算圖設定與影像格式

我的算圖設定是用試誤法學習而得,還有很多難以改掉的習慣。這個方法對我很管用,對你可能也有用, 但可能不是最完美的, 這也跟你想要達成的畫面有關或是跟你場景的特性與解析度有關。

我一開始會用LWF(線性工作流程),這是唯一能夠達到自然的燈光衰減方法,特別是室內設計算圖。 線性工作流程能夠確保室外燈光充滿了整個室內角落, 而不需要額外提高光線強度, 產生過度曝光或是超亮雜點等等問題。我的色彩映像表(color mapping)類型都用線性加乘(Linear Multiply) 把Gamma數值設為2.2 ,在VFB中勾選sRGB按鈕選項。

很多視覺化藝術家喜歡用Catmull-Rom反鋸齒濾鏡, 能在算圖時產生銳利的效果, 但是即使你用很棒的相機鏡頭,大的感光元件,也很少能產生100%的銳利畫面。 大部分都會在邊界有點模糊, 不管是因為鏡頭或是數位相機的避免摩爾紋的濾鏡, 都是這樣。

模糊濾鏡, 例如Area濾鏡, 就能重現這種效果。 一般若是4K算圖我都會把數值設定為2個像素 。如果解析度提昇, 這個數值還要再更高, 這個讓所有的CG邊柔和化, 讓算圖的物件能夠融合的很好。

這是百萬像素的相片放大100倍, 是用好的50mm定焦鏡頭拍的,請注意邊緣的柔和效果


這是4K算圖, 用2px area濾鏡算的,並不很模糊,但並沒有強化邊界。如果你要銳利化, 建議你在後期做會比較好


最後,不用使用算圖器中的clamp選項,且不要勾選sub-pixel mapping選項 (如果你沒勾選不會增加你太多算圖時間,通常也不會) 這可以確保你最終影像是以32位元EXR格式儲存,帶有最多動態範圍。基本上,你會得到一張HDR影像, 你可以把它視為一張帶有許多不同曝光數值的照片。

順便一提,使用萊恩哈德色彩映像表(Reinhard color mapping) 類型的濾鏡,讓你得到更搶眼的畫面,因為在高光的區域保有更多不可見的細節,但是這樣會傷害你影像的動態範圍,嚴重影響你在後製調整的自由度。這些高光的細節,當你用線性加乘觀看時,細節好像消失了,其實並沒有消失, 你可以在動態範圍的影像中,用後製的方式讓細節顯像出來。接著我們就帶出了後製...

後製

後製有很多迷思, 這並不是達到寫實的祕密, 也不是非常複雜。 因為我在3D裡面做了很多 (跟後製與2D手繪相比) 。大部分的狀況, 我的後製都相對簡單, 但我還是得說好的、細微的後製, 能夠讓好的算圖結果推向寫實的境界, 但是後製並不能救回爛的算圖。如果你覺得3D原始算圖結果不好 ,後製之後也很難變好。 所以在後製之前, 請確保你的3D算圖是夠好的。

一直以來我都用很多種工具來後製影像。 最近 我很愛用Random Control’s ArionFX這個Photoshop濾鏡, 原因是它是唯一我發現支援32位元影像的。 Photoshop很少支援HDR影像, 而Magic Bullet PhotoLooks也差不多,如果影像解析度超過2k就會產生奇怪結果。

我喜歡ArionFX的第二個理由是它是替CG藝術家所設計的 (RC公司製作Arion 讓其成為無偏差的算圖器, 而PhotoLooks是比較美術的工作) ArionFX也具有攝影的概念, 你可以控制曝光、白平衡、 多種反應曲線, 讓你最終影像看起來像用攝影鏡頭, 更有類比(底片)的感覺。

ArionFX讓你了解為什麼你該使用未去頭尾(unclamped)的32位元顏色,例如, 當你使用動態範圍的影像, 就能產生真實的光暈與耀光效果, 可很微妙, 亦可明顯。 而且會考慮到影像的輝度(luminance)資訊,這表示光暈與耀光效果看起來就會像你真實拍照那樣, 而不是用造假出來的 。你可以用ArionFX來決定影像中哪個地方亮到需要增加光暈與耀光, 這軟體也會用到你眼睛無法在LDR螢幕上看到的資訊來處理影像。

這張算圖展示了寫實的耀光 (這張不是使用ArionFX)

效果要做的微妙比較好。 大的光斑與光暈是美感的選擇, 但也是爛光學鏡頭的結果。 照片寫實並不表示你該讓影像看起來是用玩具相機拍出來的。 再次強調,用眼睛看參考照片能給你好的引導。

用32位元影像的另外一個優點是當跟線性工作流程一起用的時候給你很多空間在後製來調整影像的曝光, 而不會失去太多細節。例如我習慣算圖算的暗一點,來加速算圖時間,然後在後製的時候提昇亮度, 且不會損失太多品質。 ArionFX有內建Reinhard color mapper讓你重現高光中的細節。

色差現象能激發某種狂熱。 這是在影響高對比的地方發生紫色、紅色、黃色的彩色邊界效果 。紫色跟數位相機的感光元件的侷限有關, 而色差現象主要跟所有的顏色不會聚焦在相同的點有關,, 導致顏色因為不同波長透過鏡頭而被分離。 這種衍射 (diffraction)常見於低品質的光學鏡頭, 常在照片的邊緣看到, 特別是廣角鏡頭。

再次強調, 某些專案適合用不好的光學鏡頭, 但是大部分並不適合。 相反地,即便是最好的鏡頭, 在高對比的地方, 某些光圈會有某種程度的色差。 要放大到100%才看得出來。 一點點的色差, 讓你的算圖看起來相片。 我的建議是: 要讓肉眼幾乎看不見,只有在100%放大才看的見比較好。 理想上, 要讓觀眾感覺的到,卻又無法指出哪裡有色差。

以上是用高品質50mm定焦鏡拍出來的 10百萬像素的色差現像


模擬出相同的效果 要放大到100%才看得出來

Photolooks, ArionFX, PTLens 與 Lightroom這四套軟體都能產生好的、微妙的色差 現象。 但是很難給你一個實用的數值, 因為這跟算圖解析度、 對比有關。 很不幸這需要試誤才能找到最佳的數值。



[延伸閱讀]
伽瑪校正與線性工作流程

The Science Of CG 渲染背後的科學
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