作為建築師的他每天工作繁忙，但懷揣着對CG藝術的熱忱，他在2-3年内自學了30+CG制作軟體、插件，并用業餘時間創作了諸多精彩絕倫的CG作品。他的作品細節豐富，畫風瑰麗，充滿了浪漫的想象和細膩的質感……他便是嚴圻 (Kay John Yim)。
▲ 嚴圻近期部分作品 © Kay John Yim
嚴圻 | Kay John Yim英國皇家特許建築師/CG藝術家
嚴圻來自中國香港，畢業于英國巴斯大學（University of Bath）科學/建築研究專業，同時也是荷蘭代爾夫特理工大學（Delft University of Technology）建築學的交換生。畢業後在建築聯盟學院（Architectural Association School of Architecture）進修建築學。目前在英國知名建築設計公司Spink Partners擔任建築師。
*本文是Kay John Yim為Renderbus瑞雲渲染撰寫的一篇指南，也記錄了他個人首個CG動畫角色項目「Ballerina」的創作過程。
「Ballerina」項目是一部完整的30秒CG動畫，這是我個人首個在宏偉的巴洛克圓形大廳中展示逼真的CG動畫角色的項目。
動畫是我在所有藝術追求中内心掙紮的表現形式，無論是隐喻還是字面意義。
芭蕾舞是一種廣為人知的藝術形式，具有嚴格的審美标準，極易受到公衆和自我批評的影響，也是我日常職業和藝術實踐的隐喻。
▲「Ballerina」靜幀 © Kay John Yim
作為一名建築師，白天我緻力于建築可視化，我的同僚、資深建築師和客戶都在仔細檢查每一個細節。作為一名藝術家，夜間我從事個人CG項目，這期間我會進行數百次甚至數千次疊代，以獲得完美的構圖和配色方案。無論我在專業和藝術技巧方面變得多麼熟練，内心的掙紮永遠不會消失。
這個項目實際上也是一場技術鬥争——CG角色創作過程的每一步對我來說都是陌生的。當我開始從事這個項目時，我很難找到一個建立栩栩如生角色動畫的綜合指南。對于一個獨立CG藝術家來說，我發現幾乎每一篇文章或教程不是太專業化，就是太不切實際。
通過幾個月的反複摸索，我學到了很多關于高效角色動畫和渲染的知識。 這篇文章對于像我這樣想要将CG藝術提升到新水準的獨立藝術家來說，是一個中級指南。盡管我很樂意為每個人提供指南，但實際上不可能涵蓋我使用的每一款軟體的細節，是以我盡可能地在其中加入了教程或資源的連結，以供初學者學習。
▲「Ballerina」靜幀 © Kay John Yim
指南分為4個主要部分：
• 架構
• 角色
• 動畫
• 渲染
我使用的軟體包括：
Rhino
Moment of Inspiration 4 (MOI)
Cinema 4D (C4D)
Redshift (RS)
Character Creator 3 (CC3)
iClone
ZBrush & ZWrap
XNormal
Marvelous Designer 11 (MD)
Houdini
#01 架構
我的主要建築模組化軟體是Rhino。
建築模組化有許多不同的方法。作為一名建築師，我使用了數十種CAD和DCC軟體，Rhino可以說是比較優秀的建築模組化軟體，這源于它的準确性和多功能性。Rhino相對于Cinema 4D或Houdini等其他更受歡迎的DCC的主要優勢在于它能夠大量處理非常詳細的曲線。
作為一名建築師，我建造的每個模型都是從一條曲線開始的，通常是牆截面、檐口或踢腳闆的形狀，沿着平面圖的另一條曲線。Rhino的指令清單一開始可能看起來很強大，但我幾乎隻使用了十幾個指令就将曲線轉化為3D幾何體：
Rebuild
Trim
Blend
Sweep
Extrude
Sweep 2 Rails
Flow Along Surface
Surface from Network of Curves
建築模組化的關鍵是盡可能始終使用參照。我總是在螢幕的右下角打開PureRef，以確定我的模型比例和規模正确。通常包括實際照片和建築圖紙。
在這個特定的項目中，我使用了慕尼黑阿瑪琳堡狩獵休息室作為建築的主要參考。
PureRef的項目闆
我下載下傳了盡可能多的高分辨率參考資料，其中包括不同相機角度、不同照明及天氣條件的圖檔。這為我提供了大量的細節，以及相對于人文尺度的空間總體概念。
雖然建築由三部分組成，即圓形大廳、走廊和邊牆，但它們本質上是同一個子產品。是以，我最初模組化了一個由一面鏡子和一扇窗戶組成的牆體子產品，複制并沿一個圓彎曲，以獲得圓形大廳的牆。
Rhino模組化總是從曲線開始
沿曲線複制牆子產品并彎曲
該子產品被重新用于走廊和邊牆，以節省時間和（渲染）記憶體。在過去的一年裡，我建立了一個建築輪廓和裝飾物的圖書館，我能夠重用和回收用于建築模組化的輪廓及裝飾物。
裝飾物模組化可能是一項艱巨的任務，但有了幾個裝飾物的模組化，我便隻需将它們複制并按幾何方式重新排列，就獲得獨特的形狀。
例如，天花闆裝飾物基本上是一個單一的裝飾物，覆寫了圓頂表面的1/8，但徑向複制了8次，覆寫了整個天花闆。同樣的技術也适用于枝形吊燈的模組化。
然後，Rhino中的所有對象按材質配置設定到不同的層，這使得C4D以後的材料配置設定更加容易。
注： ① 熟悉Rhino導航的最佳方法是對小型對象模組化。Simply Rhino有一個很棒的用Rhino制作茶壺的初學者系列。
② 我也釋出過一些WIP Montage，雖然不是教程，但應該足以概括我的模組化過程。
③ Rhino裝飾物模組化詳細教程。
對于任何手頭拮據的人來說，都可以在像Textures.com這樣的3D模型商店購買預建飾品。在Sketchfab和3dsky上可以下載下傳一些裝飾品制造商的免費模型。
1.從Rhino導出到C4D
經過4天的建築模組化，Rhino模型最終由50%的NURBS和50%的MESH構成。 我主要對重要建築元素（牆、檐口、踢腳線）使用NURBS，對裝飾物則使用MESH。
Rhino主要是一個NURBS（非均勻有理B樣條）軟體。盡管NURBS模型在表示曲線和曲面資料方面非常精确，但大多數渲染引擎或DCC不支援NURBS。
是以，我将NURBS和MESH依次導出到.3dm和.FBX，并使用Moment of Inspiration（MOI）将NURBS模型轉換為MESH。
MOI具有最佳的NURBS到四邊形MESH轉換（在Rhino或任何其他DCC上），它始終提供幹淨的MESH，然後可以輕松編輯或UV映射來進行渲染。
2.導入C4D
将FBX檔案導入C4D相對簡單，但我注意了幾件事，特别是以下按操作順序列出的導入設定、模型方向和檔案機關：
1) 在C4D中開發一個新項目（項目機關用cm）；
2) 合并FBX；
3) 檢查合并面闆中的「Geometry」和「Material」；
4) 将導入的幾何體方向（P）在Y軸上更改-90度；
5) 使用腳本「AT Group All Materials」自動将Rhino材質組織到不同的組中。
導入直接從Rhino導出的FBX
我在Rhino中模組化了一半 ，然後在C4D中将其鏡像為一個執行個體，因為一切都是對稱的。
C4D執行個體和鏡像
地闆（凡爾賽鑲木地闆）采用圖檔紋理方法進行模組化，CG藝術家Ian Hubert大為稱贊這種方法。我在一個平面上應用了凡爾賽鑲木地闆圖檔作為紋理，然後用「knife」工具将平面切成薄片，以獲得沿地闆灌漿反射出的粗糙度變化。 這讓我可以在Redshift中添加細微的帶有曲率的顔色和磨損變化。
然後将地磚放在Cloner下進行複制，并覆寫整個地闆。
注：C4D和Rhino使用不同的Y和Z方向，是以直接從Rhino導出的FBX必須在C4D中旋轉。 伊恩·休伯特的Youtube頻道-IanHubert有很多有用且高效的CG技術，圖像紋理是最流行的技術之一。
克隆地磚
3.建築明暗處理（Cinema4D+Redshift）
由于我預先按材質對所有MESH進行分組，是以指定材質就像将立方體貼圖或三平面貼圖拖放到材質組一樣簡單。
我使用了Texture.com，Greyscalegorilla的EMC material pack和Quixel Megascans作為我所有着色器的基本材質。
要使ACES在Redshift中正常工作，必須手動将每個紋理指定給RS紋理節點中的正确的色域。通常漫反射/反照率貼圖屬于「sRGB」，其餘（粗糙度、位移、法線貼圖）屬于「Raw」。
我的建築着色器大多是照片紋理和髒舊磨損紋理50/50混合，以給予額外的真實感暗示。
牆材質的RS Shader Graph
#02 角色
基本角色是在帶有Ultimate Morphs和SkinGen插件的Character Creator 3（CC3）中建立的。這兩個有着不言而喻參數的插件都非常适合藝術家。
Ultimate Morphs為角色的每個骨骼和肌肉大小提供了精确的滑塊控制，而SkinGen為膚色、皮膚紋理細節和化妝提供了多種預設。
我還使用CC3的頭發生成器為我的角色應用了一個準備就緒的頭發MESH。
CC3變形和頭發生成器
1.面部紋理
面部是CG角色中最為重要的部分之一，需要特别注意。我發現添加照片級真實感細節的最佳工作流是使用紋理XYZ的VFACE模型和Zwrap的「Killer workflow」。
VFACE是一個由紋理XYZ生成的先進的攝影測量人頭模型的集合。每個VFACE都有16K的經過圖檔掃描的皮膚紋理、置換和實用貼圖。Zwrap是一個ZBrush插件，它允許使用者自動将預先存在的拓撲适配到自定義模型。基本上将VFACE MESH形狀與CC3頭部模型相比對。使用「Killer workflow」，我能夠在兩個MESH形狀比對後将所有VFACE細節烘焙到CC3頭部模型。
我對「Killer workflow」的調整可以分解如下：
1) 将T形角色從CC3導出到C4D；
2) 删除除CC3角色頭部以外的所有多邊形；
3) 将CC3頭部模型和VFACE模型導出到ZBrush；
4) 使用MOVE/Smooth brush對操縱器VFACE模型進行處理，以盡可能接近CC3頭部模型；
5) 啟動ZWRAP，點選并比對盡可能多的點，尤其是鼻子、眼睛、嘴巴和耳朵周圍；
6) 讓ZWRAP處理比對點；
7) ZWRARP應能夠輸出與CC3頭部模型完全比對的VFACE模型；
8) 将兩個模型都輸入XNormal，并将VFACE紋理烘焙到CC3頭部模型。
ZWRAP中VFACE（左）和CC3頭部（右）的比對點
注：我建議在處理之前将比對點儲存在ZWRAP中。我還建議在XNormal中單獨烘焙所有VFACE貼圖，因為它們的分辨率非常高，在批量烘焙時可能會使XNormal崩潰。
⑤「Killer Workflow」關于紋理的完整教程。
2.蒙皮着色（Cinema4D+Redshift）
我準備好了XYZ紋理貼圖後，就從CC3導出了其餘的角色紋理貼圖。之後，我将角色導入C4D，并将所有材質轉換為Redshift材質。
遺憾的是，在撰寫本文時，Redshift還不支援Randomwalk SSS（在Arnold等其他渲染器中發現的一種非常真實且身體上精确的次表面散射模型），是以在渲染蒙皮時需要進行更多調整。
3級Subsurface Scattering由具有不同「Color Correct」設定的Diffuse材質驅動。
「Leg」材質的RS Shader Graph
頭部着色器是CC3紋理和VFACE紋理的混合體。VFACE多通道位移與「microskin」CC3位移貼圖融合。
「Head」材質的RS Shader Graph
角色外觀開發
角色的特寫渲染
将「Redshift Object」應用于角色以啟用置換—— 隻有這樣，VFACE置換才會顯示在渲染中。
注：蒙皮着色是渲染中最進階的方面之一。
⑥ 紅移蒙皮着色中一個十分有用的教程。
3.頭發着色
在使用C4D Ornatrix、Maya Xgen和Houdini進行了裝扮實驗後，我決定在「Ballerina」項目中使用CC3烘焙頭發MESH，這使整個過程更高效。
我使用Redshift具有CC3頭發紋理貼圖的「glass」材質輸入到「reflection」和「refraction」色彩槽中，因為頭發（在現實生活中）對光線的反應就像微小的玻璃管一樣。
Houdini中CC3 MESH頭發到頭發幾何體轉換的早期測試
#03 動畫
1.角色動畫（iClone）
我将CC3角色導出到iClone進行動畫。我考慮了幾種接近真實角色動畫的方法，包括：
1) 使用現成的mocap資料（Mixamo、Reallusion Actorcore）；
2) 委托mocap工作室制作定制mocap動畫；
3) 使用mocap套裝（如Rokoko或Xsens）定制mocap動畫；
4) 老式關鍵幀。
在對各種現成的mocap資料進行實驗後，我發現Mixamo mocap過于通用，其中大多數看起來都非常呆闆。Reallusion Actorcore有一些非常逼真的動作，但我找不到項目所需的确切内容。
由于沒有預算和我個人的非常具體的角色運動要求，選項2和3已經不在考慮範疇。這讓我想到了老式的關鍵幀。
首先，我截取了芭蕾舞表演的視訊，并在PureRef中逐幀排列。然後，我将PureRef引用（半模糊）覆寫在iClone上，并使用「Edit Motion Layer」調整每個角色關節以比對我的引用。
姿勢
最終角色動畫
然後将動畫角色導出到Alembic檔案。
雖然我的最後一個項目概念描繪了慢動作的芭蕾舞演員，但我最初的想法實際上是為20秒的芭蕾舞設定關鍵幀，我很快意識到這不是個好主意，原因有很多：
1) 在慢動作中，許多幀可以插值，但實時運動涉及許多獨特的幀，是以需要進行更多的調整；
2) 之後，越多的獨特幀意味着更多的渲染問題（閃爍、鑲嵌問題等）。
早期測試呈現了我最初的想法
考慮到這是我的第一個角色動畫項目，我得出的結論是改為做一個慢動作風格的序列——兩個獨特的姿勢，每個姿勢有160幀。
2.服裝模拟
布料模拟是該項目至今為止最具挑戰性的部分。我考慮的兩個主要布料模拟/解算器是Marvelous Designer（MD）和Houdini Vellum。
雖然Houdini Vellum比Marvelous Designer功能更多、更可靠，但我個人覺得它速度太慢，是以不考慮幀是不現實的（Houdini Vellum中一幀布料模拟可能需要3分鐘，而Marvelous Designer在記憶體為128GBs的Threadripper PRO 3955WX中僅需要30秒）。
MD中的布料模拟雖然通常比Houdini vellum快得多，但并不像我想象的那麼簡單。MD中的模拟服裝總是會出現一些形式的故障，包括布料抖動、角色穿模或完全錯位。以下是我為盡量減少故障而調整的一些設定：
1) 使用「Tack」将服裝的各個部分附着到角色上；
2) 增加布料的「Density」和「Air Damping」，以防止服裝移動過快而移動不到位；
3) 單獨模拟服裝的各個部分——雖然實體上不精确，但可以讓我更快地疊代和調試。
除了上述調整之外，我還減少了「Gravity」，以實作慢動作外觀。
MD模拟設定
MD模拟
注：由于我使用的縫紉圖案的許可協定，我無法共享我的服裝創作過程的螢幕截圖。然而，Marvelous Designer 官方的Youtube頻道有很多服裝模組化直播，我發現這是學習MD最有用的資源。
另外，網上也有很多現成的3D服裝（特别是在神奇設計師的官方網站或Artstation Marketplace上），我将其作為我許多項目的基礎。
MD極易崩潰，MD10和MD11中都有一個bug，90%的時間它會阻礙模拟服裝的儲存，是以始終将模拟服裝導出為Alembic檔案，而不是依賴MD來儲存模拟。
3.模拟清理
在數十次模拟之後，我将MD導出的Alembic檔案導入Houdini，在那裡我進行了大量手動清理，包括：
1) 使用「Soft Transform」手動固定碰撞的布料和角色；
2) 使用「Attribute Blur」減少模拟故障；
3) 使用「Time Blend」将不同alembic檔案中的首選模拟融合在一起。
用「Soft Transform」清理Houdini的模拟布
注：有兩個教程詳細介紹了Houdini 布料清理過程，我在項目的工作中循環觀看了這兩個教程：
Houdini的布料制作 和 Houdini Vellum生物設定
清理布料模拟，然後作為Alembic導出到C4D。
4.服裝模拟的替代方案
對于那些被不切實際的Houdini Vellum布料模拟時間和MD故障所困擾的人來說，另一種替代方法是在CC3中将服裝貼在角色的皮膚上，這是一種在遊戲制作中常見的技術。
雖然這是一個很省時的選擇，但CC3制作的服裝缺少真實的布料形态和褶皺。我建議僅對緊密附着到角色（鞋子）的對象使用此方法，或者僅在MD布料模拟持續失敗的情況下作為服裝的最後手段。
注：這是Reallusion的官方遊戲成品服裝建立指南。
5.服裝烘焙和着色
在MD中完成布料模拟并在Houdini中完成清理後，我将Alembic檔案導入到C4D中。MD Alembic檔案總是在C4D中顯示為一個沒有任何選擇集的Alembic對象，這使得材料配置設定變得不可能。
這就是C4D烘焙發揮作用的地方——我使用該過程将Alembic檔案轉換為具有PLA（點級别動畫）的C4D對象：
1) 将Alembic對象拖動到C4D時間線中；
2) 轉到「Functions」；
3) 烘焙對象；
4) 勾選「PLA」；
5) 然後烘焙。
通過以上步驟，我能夠得到一個烘焙的C4D對象，我可以輕松地選擇多邊形并使用選擇集指定多個材質。
之後，我從有材質的MD導出一個OBJ檔案至C4D中，并将選擇集直接拖動到烘焙的garment對象上。這消除了在C4D中手動重新配置設定材料的需要。
我使用亞麻混紡織物紋理貼圖（來自Quixel Megascans Bridge）和Redshift汽車着色器來模拟許多專業芭蕾舞短裙中的亮片面料。
織物材質的特寫渲染
注：⑦ Travis Davis提的一個用來示範正确順序的教程。
請勿将AO或Curvature用于模拟服裝材質（或任何動畫對象），因為它們可能會在最終渲染中産生小故障。
#04 渲染
1.照明與環境
雖然我盡量減少照明，但由于夜間的設定，「Ballerina」項目不可避免地需要大量的修補工作。
夜間HDRI沒有為室内空間提供足夠的環境光，而且作為主要光源的枝形吊燈燈泡太暗。 最後，我在中央吊燈下放置了一個不可見的聚光燈，并使用了一個隻影響所有建築裝飾的虛拟聚光燈。虛拟光提供了額外的反彈光，在不破壞情緒氛圍的情況下提供了恰到好處的照明。
我還添加了一個Z軸乘以「Maxon Noise」控制的「Redshift Environment」，以增加場景的深度。
從外觀上看，我在周圍地區用C4D 「Matrix」分散種了2種不同的山茱萸樹。它們在場景中從地面向上發光，以增加深度。
總的來說，場景照明包括：
1) 頂燈（夜間HDRI）x 1
2) 枝形吊燈（MESH燈）x 3
3) 聚光燈（中心）x 1
4) 外部區域燈x 4
5) 虛拟區域燈位于枝形吊燈下（僅包括建築裝飾）
RS光照
注：樹是用SpeedTree生成的。
⑧ 一個非常棒的關于控制Redshift環境的教程。
掌握照明需要大量的持續練習。除了每天的CG練習外，我還花了很多時間看電影的b-rolls/分解圖。例如，我從羅傑·迪肯的照明和攝影以及韋斯·安德森的構圖和色彩搭配中獲得了很多靈感。
2.錄影機切換移動
我所有的相機動作都很微妙。這包括推拉、相機轉動和平移鏡頭，所有這些都是由Greyscalegorilla的C4D插件Signal驅動的。
我個人更喜歡使用Signal是因為它的無損性，但對于類似的相機運動來說，老式的關鍵幀可以很好地工作。
信号圖
3.草稿渲染
在我準備好角色動畫、布料模拟和相機移動後，我開始進行低分辨率測試渲染，以確定在最終渲染期間不會出現任何意外，包括：
1) 動畫書（openGL）渲染，以確定動畫的時間安排是最佳的；
2) 低分辨率低樣例全序列渲染，以確定沒有故障；
3) 全分辨率（2K）高樣例仍然使用AOVs（漫反射、反射、折射、體積）進行渲染，以檢查導緻常見噪點的原因（如果有）；
4) 将測試渲染送出給Renderbus瑞雲渲染的海外兄弟品牌Fox Renderfarm，以確定最終雲渲染與本地渲染比對。
這個過程持續了2個多月，反複疊代渲染和校正。
特寫鏡頭I
特寫鏡頭II
完成鏡頭
4.最終渲染和去噪
我對最終渲染使用了相對較高的樣例渲染設定，因為Redshift中的内部場景通常容易産生噪點。
RS最終渲染設定
我還為最終渲染啟用了運動模糊和焦外成像——與通過合成添加的運動模糊和焦外成像相比，運動模糊和焦外成像在渲染中看起來更好（實體上更精确）。
最終2K序列的一半在本地工作站上渲染，其餘部分在Renderbus瑞雲渲染的海外兄弟品牌Fox Renderfarm上雲渲染，在雙RTX 3090機器上總共渲染約6840小時。我用簡潔的視訊去除最後一個鏡頭的噪點，而特寫鏡頭則用單個Altus（Redshift）去除噪點。
注：使用「Altus Single」去噪時，請在紅移「Unified Sampling」下始終關閉「Random Noise Pattern」。
5.Redshift渲染GI技巧
Redshift的GI輻照度緩存計算可能極為耗時。例如，我的最終渲染平均每幀有5分鐘的GI輻照度緩存時間。
在Vray的IR/LC設定中有一個名為「use camera path」的選項，專門為相機在靜止鏡頭中移動的場景而設計。啟用「use camera path」後，Vray将隻計算整個序列的一幀GI緩存。
借用Vray的一個頁面，我使用以下運動模糊設定來計算輻照度緩存的第一幀：
RS渲染GI技巧運動模糊設定
然後使用一個輻照度緩存渲染整個序列。使用一個單獨的GI緩存渲染項目的兩個快照，總體渲染時間縮短了10%。
注：GI技巧隻适用于運動較少的鏡頭。例如，當應用到「Ballerina」項目的2個特寫鏡頭時，我在角色皮膚上得到了輕更新檔和重影。
#05 結論
在這個項目上花了幾個月的時間，使我對傳統角色動畫師由衷佩服——我從來沒有意識到制作角色動畫所需的工作量，以及使CG角色逼真所需的微妙細節。