數(shù)字三維模型法線貼圖技術(shù)在影視特效中的應(yīng)用

1、    數(shù)字三維模型法線貼圖技術(shù)在影視特效中的應(yīng)用    劉官鎮(zhèn)摘 要：現(xiàn)代電影、電視作品不斷發(fā)展，特效已經(jīng)成為重要的一部分，影視作品借助特效達(dá)到表現(xiàn)效果，并且特效節(jié)約環(huán)保，不需要一些現(xiàn)實(shí)的布景等。數(shù)字三維技術(shù)使用多媒體計算機(jī)模擬運(yùn)動、造型等，建立三維物體造型，達(dá)到真實(shí)的效果。在數(shù)字三維的創(chuàng)作中，創(chuàng)作效率越高，往往不能保證畫面效果的質(zhì)量。一些制作人員為提高創(chuàng)作效率，減少場景的網(wǎng)格面數(shù)，利用高模產(chǎn)生的法線貼圖信息，與低模對應(yīng)，使高精度的模型細(xì)節(jié)能夠保留。法線貼圖的作用，就是在高效率下，也能避免畫面質(zhì)量的流失。關(guān)鍵詞：數(shù)字三維模型;法線貼圖技術(shù);影視特效自電

2、視、電影藝術(shù)誕生開始，創(chuàng)作者們就不斷探索，尋求突破，提升影音質(zhì)量，為觀眾呈現(xiàn)更好的視覺效果，或者一些匪夷所思的畫面。電視、電影不僅傳達(dá)思想和情感，其震撼的視覺效果也容易給觀眾留下深刻的印象。最早的科幻片主要依賴特效技術(shù)，早期技術(shù)有限，耗時耗力?，F(xiàn)代視覺特效技術(shù)不斷進(jìn)步，甚至達(dá)到以假亂真的效果。但一個短的幾秒的特效鏡頭，往往需要花費(fèi)十幾天甚至更久的時間。在影視制作中，特效已經(jīng)廣泛應(yīng)用，優(yōu)秀的特效鏡頭，需要嚴(yán)密的設(shè)計和計劃，高水平的處理技術(shù)。法線貼圖技術(shù)是一種虛擬3d技術(shù)，是目前先進(jìn)的凹凸表現(xiàn)技術(shù)。法線貼圖技術(shù)使用藍(lán)色、紫色，表示相應(yīng)的凹凸信息。而過去只是黑白的信息。法線貼圖技術(shù)中的模型，在光的照

3、射下，凹凸信息有相應(yīng)的陰影、高光。模型的多邊形數(shù)量并不改變，也能獲得多邊形的細(xì)節(jié)，在游戲引擎程序中，應(yīng)用廣泛。一、法線貼圖定義法線（normal）是一種直線，垂直于一個面，其工作原理的基礎(chǔ)是燈光照亮三維模型。利用法線，可以幫助確定多邊形面的朝向。基本模型表面的法線方向，決定燈光的照射效果。直線朝面的方向是正方向，法線的指向稱為法線矢量。法線矢量與光源矢量之間的夾角，決定在該點(diǎn)上模型的明暗程度。法線貼圖技術(shù)是以特定的數(shù)據(jù)源圖像通道信息為參考，添加單一的面的細(xì)節(jié)，或者低精度多邊形模型的細(xì)節(jié)1。在三維軟件中，也是采用這種方式制作凹凸方法的效果。法線貼圖技術(shù)十分精確，將 r、g、b 三通道，作為單獨(dú)的

4、顏色。而傳統(tǒng)的凹凸貼圖，依據(jù)一個圖片的灰度信息計算。相比凹凸貼圖，法線貼圖的實(shí)現(xiàn)效果更佳，能夠有效展現(xiàn)細(xì)節(jié)?；叶戎荡嬖诓町?，對低模表面法線偏移的程度有明顯的影響。r、g、b 三個通道中，均有一致的表現(xiàn)。藍(lán)色通道是物體邊緣到內(nèi)部的黑白漸變。綠色通道是在垂直方向，發(fā)生黑白漸變。紅色通道是在水平方向，出現(xiàn)黑白漸變2。利用光照的方法，形成normal，就是切線的 normal。通常在低模創(chuàng)作中，會使用法線貼圖，目的是表現(xiàn)高精度模型的細(xì)節(jié)。法線就是一個向量，對高精度模型表面傾斜進(jìn)行記錄。法線信息都記錄在法線貼圖的每個像素中。二、法線貼圖的形式法線貼圖的形式有切線空間（tangentspace），以及物體

5、空間（objectspace）。目前行業(yè)內(nèi)運(yùn)用比較廣泛的，是切線空間的方式。切線空間適合角色的創(chuàng)建。使用切線空間的模型，能夠隨意變形或者移動。將法線的位置變化，使用rgb色彩信息進(jìn)行描述。z軸為模型表面的垂直方向。uv 坐標(biāo)在表面紋理，兩個方向一個是x 軸，一個是y 軸。一張紋理中任意保存一個法線，rgb 三通道出現(xiàn)無法對應(yīng)取值的情況，因?yàn)槭秦?fù)值。因此，壓縮xyz 中法線投影長度，范圍為0到1。然后存儲。相對 x 軸與 y 軸，z 軸變化更大，因此，rgb 三通道中，有更多的藍(lán)色的信息，顯示為貼圖，其顏色就偏藍(lán)3。物體空間也稱為是世界空間，或者區(qū)域空間，可以區(qū)域空間產(chǎn)生較高品質(zhì)的曲率。低解析度

6、模型的平滑，在物體空間中完全忽略。但使用物體空間，需要維持模型原始的方位，不能變形，不能旋轉(zhuǎn)。在游戲中，物體空間沒有實(shí)用價值。因此，物體空間應(yīng)用很少，貼圖顏色是彩色的。三、法線貼圖技術(shù)實(shí)際應(yīng)用分析本次研究中，對法線貼圖技術(shù)進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用，比較分析法線貼圖的價值與意義。使用花盆造型中的兩個版本，分析工作流程。第一，準(zhǔn)備高精度模型、低精度模型兩組。先制作低精度模型，然后展開uv。將雕刻筆刷工具mudbox導(dǎo)入。雕刻細(xì)節(jié)后，形成高精度模型。或者先雕刻制作高精度模型。然后處理，形成低精度模型4。本次模型制作，首先創(chuàng)建低精度模型，然后雕刻細(xì)節(jié)，形成高精度模型。第二，兩個模型的外觀上不能相差太多，將兩個模型

7、對齊在一起。第三，在菜單中，使用render to texture命令，rendersetting主要設(shè)定渲染引擎。區(qū)塊中設(shè)定貼圖輸出的路徑是generalsettings。比如設(shè)定物體貼圖存儲輸出是objects to bake，是重要的參數(shù)設(shè)置區(qū)域。選擇projection mapping中的pick按鈕，對低精度模型操作，出現(xiàn)需要投射高模對象。在modify修改編輯面板中，有projection，能夠?qū)Ω呔饶Ｐ捅砻娴陌纪剐畔⑦M(jìn)行抓取。設(shè)定輸出的貼圖區(qū)，在output區(qū)域中。需要使用add按鈕。要創(chuàng)建輸出圖片的類型，使其為法線貼圖，選擇normalsmap進(jìn)行設(shè)置。在下方有相應(yīng)的設(shè)置格式

8、、名稱等等。objects to bake區(qū)域中，有設(shè)置由max自動展開uv，或者使用原有uv信息，通過mapping cordinates進(jìn)行設(shè)置。貼圖的使用頻道是channel。最后，系統(tǒng)自動展開uv的功能項，進(jìn)行設(shè)置時，在automatic mapping區(qū)域。但首先要在mapping cordinates中，設(shè)置use automatic unwrap。第四，要認(rèn)真調(diào)整低精度模型的外邊框，使其能夠?qū)⒏呔饶Ｐ屯暾?。投射高精度模型的細(xì)節(jié)，必須有合適的投射框，能夠完整投射，使低精度模型應(yīng)用。第五，在對象中應(yīng)用法線貼圖。原物體材質(zhì)已經(jīng)變化。在材質(zhì)編輯面板，bump凹凸貼圖屬性增加法線貼

9、圖命令normal_bump。進(jìn)入屬性中，生成的法線貼圖效果就可以看到。第六，通過渲染，最終完成。總之，法線貼圖不僅可以展示物體模型表面的顏色、光澤、紋理等，并且能夠提升模型的視覺效果，以及模型的質(zhì)量。實(shí)質(zhì)上，法線貼圖技術(shù)是凹凸貼圖技術(shù)的拓展，是次世代模型優(yōu)化技術(shù)的核心，能夠涵蓋大量的表面細(xì)節(jié)信息，以及各個像素的高度值。法線貼圖的品質(zhì)與模型 uv 的拆分密切相關(guān)。高精度模型能夠提供法線的細(xì)節(jié)，不需要拆分 uv。在模型的制作中，相比單純的 extrude，bevel 倒角效果更佳。傳統(tǒng)可能會出現(xiàn)uv重疊。法線貼圖中可以移到半物體 uv軸，到0-1 空間之外，避免重疊 uv。在計算烘焙法線貼圖前，

10、避免刪除模型對稱的另一半。在影視行業(yè)，尤其是游戲行業(yè)，法線貼圖技術(shù)應(yīng)用廣泛，具有較高的價值，能夠帶來高效的質(zhì)量，并且不會丟失細(xì)節(jié)，創(chuàng)作者需要注意使用平臺和創(chuàng)作手段的完美結(jié)合。參考文獻(xiàn)：1邵睿.淺論當(dāng)今數(shù)字影視后期編輯與特效合成制作j.魅力中國，2019，（41）：306-307.2王彤.影視特效包裝在影視產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的探索與研究j.西部廣播電視，2019，（15）：114-115.3武曉霞.藝術(shù)形式在影視后期特效課程中作用的研究j.數(shù)碼世界，2019，（9）：124.4張曉娜.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在數(shù)字影視特效 中的應(yīng)用與分析j.中國有線電視，2019，（7）：750-752. 5趙書英.數(shù)字技術(shù)下的影視特效設(shè)計和動畫合成技術(shù)j.微型電腦應(yīng)用，2018，34（10）：53-55.基金項目：項目所發(fā)表的論文、專利等成果必須標(biāo)注“通化師范學(xué)院學(xué)生創(chuàng)新/技能訓(xùn)練項目”及其項目編號，知識產(chǎn)權(quán)歸學(xué)校所有。