2013-07-02, 週二 22:19
上層分類: 動畫製作
分類: 燈光與算圖
作者 Joe Chiang 江効儒

怪獸大學 - 「燈光」新方向

怪獸大學

皮克斯有很長的「邊拍片、邊研發」歷史。像拍《勇敢傳說》時，「頭髮」技術就有大躍進，這次《怪獸大學》也不例外，攝影總監 Jean-Claude Kalache 希望能改變「打光」的方式。

G.I

以前在皮克斯「打光」是非常耗時的，不管是: 反射、影子、溢色...等等，這些光的自然反應，都要用「手動」製作。一卡動輒上百盞燈。為什麼不能一盞燈打下去，光就自然產生那些反應哪? Kalache 問。我希望在燈光設計上，讓大家少當工程師，多當藝術家。於是，從這個點開始，「燈光」就走向一個新的方向，這個新方向是 Global Illumination，簡稱 G.I.。G.I 的好處是，製作上能大幅減少燈光的數量，也能讓使用者在更早期，就能看到完成時的雛形。皮克斯技術總監 Chris Horne 說: 聽 kalache 的形容，這像是個無傷大雅的改變，但是，這其實是非常巨大的改變。

這改變來自 ray-tracing - 把場景中所有光束: 反彈的、產生影子的、製造反射的，都做 mapping 的技術。這比較像光在真實世界中的反應，一個單一光源會反射到房間的各個腳落。這種製作方式，在變形金剛、鋼鐵人，實拍合成電影中，已經很常見了。ILM 製作機器人鐵片上的反射就是用這種方式製作。但是，皮克斯一直都不想擁抱這種製作方式，他們寧願用手動的，但，當角色數量開始增加，場景變更複雜後，「手動」就開始變的不切實際了。

G.I. 能解決這些問題，再複雜的場景，燈打下去，影子、反射、溢色，都能「自動」產生。如果牆壁是藍的，它反射的光就會藍藍的。但是，Kalache 說: 皮克斯仍是一家做「卡通」的公司。在這個系統中，使用者仍有空間做「超乎常理」的燈光設定，但一切還是在「物理正確」的基礎下運作的。燈光師不用再手動擺影子、反射、溢色了，這一切都交給硬體去計算。

記憶體

Render farm 的工作變的更吃重。Christopher Hery 皮克斯 G.I. 系統總工程師說: 「記憶體」變的很重要。因為光有跟所有物件同時起作用的天性，所以，每個反應都須同時計算，RAM 的需求變大了。一個《怪獸大學》的卡 - 建築物、樹、草、怪物、群眾、毛髮都會存在記憶體中。最困難的是，每個 frame 用的記憶體不得超過 20GB，因為皮克斯的 render farm 每一台有 96GB 的 RAM，但是，作業是一次算 4 個 frame，所以，ㄧ個 frame 如果超過 20GB 就會很危險，20GB 可能聽起來很多，但它必須能乘載「鏡頭內」、「鏡頭外」的所有物件，連怪獸的寒毛有移動，跟光產生反應了，都會存在記憶體中去計算。

就算場景沒那麼複雜，G.I. 還是有用。G.I. 讓《怪獸大學》的光影變柔和了，少了以前作品中一些突兀的背景，比較像實拍電影中的攝影了，讓背景退到背景中。套一句 Kalache 說的話: 成功的燈光是無聲的燈光。

簡化流程

Christophe Hery 被皮可克斯顧用來「簡化流程」，以《玩具總動員3》的測試影片為例，有時一卡要匯入 10 種太陽，因為每個角色跟日光的反應都不一樣，所以，要走向更「物理正確」的作業模式，也代表「材質」對光的反應要「統一」，「著色器」(shader) 要能「匯入」 (import) 與「取樣」 (sample)。「反射」跟「高光」在自然界中是同一種東西的觀念也要帶入 (雖然在動畫製作上，這兩者一直都是分開調的) ，有許多元素須要整合。

重新訓練

整合後，新的工具就誕生了，接著，就要開始「重新訓練」員工了。新的語言比較像「實拍攝影」的語言，談的是 exposure (曝光)、high dynamic range (高動態範圍)，燈光上的 intensity (強度) 不是 1 或是 2 ，而可能是 50'000，像「新單位」下的太陽光強度就是 64'000。新的工具，把以前比較「繪畫」(painting) 的作業方式，變成比較「攝影」(photographic) 的作業方式。

攝影思維

例如，有一場房間內的戲，只有微弱的日光從窗外進來，往鏡頭裡看，畫面一定是黑的，這時，實拍攝影師就會在天花板上，或攝影機後面「偷藏燈」，這些小撇步是我們需要「重新學習」的東西，去了解實拍攝影的思維，把它搬入動畫世界中。用這種方式製作，最終，畫面會更豐富，因為光從四面八方來，帶著牆壁、物件的顏色到處反彈。雖然光的行為更「複雜」了，但操作起來是更「簡單」的。用這種方式，有 9 成的卡，都能比以前更快完成。

新工具也堆出了新觀念 - 「柔軟度」(softness)。高光、影子的柔軟度，都可以由光的大小、強弱去控制，燈上也加了「四葉遮片」(barn doors)。這些工具都給燈光師更多可調性。

繪畫精神

做實拍電影的「特效」時，會先用一顆反光球，收集 360 度的 HDRI (高動態範圍) 燈光資訊，好讓我們知道光從哪裡來。新的方向中，皮克斯也開始用這種方式製作，但他們加了些自製的配方，其中一種作法是，他們會在 HDRI 環境球上「畫畫」，去研究角色的反應。雖然，新的方向是從「攝影」的角度著手，但製作上還是有包含「繪畫」的精神在裡面。

道理相同

問: 許多「特效公司」慢慢走向 photo-realism "擬真寫實風" 的路，這跟「動畫」的 "卡通風" 有什麼區別？

答: 老實說，一點區別都沒有。不管是實拍、特效、或動畫，燈光不是要去「複製真實世界」 (replicate reality)，而是要讓觀眾「了解故事」。實拍的「打燈」，也是假的燈，「打燈」是為了讓演員、場景更好看，是為了要引導觀眾的眼睛。不管是「實拍」或是「動畫」，都是一樣的道理。

方向一致

有許多特效公司都開始拍動畫片了，Weta 拍了 Tintin《丁丁歷險記》，ILM 拍了 Rango 《飆風雷哥》，特效與動畫的製作方式越來越像了。當然，皮克斯跟這些公司不一樣的是，皮克斯有很長的「原創 / 說故事」背景，但在「燈光」的處理上，大家的方向是一致的。Christopher Hery 說: 我最希望看到的是，使用者能被「解放」，快速得到結果，專心做藝術家，而不是一直在 debug。

未來發展

Christopher Hery 說: 我認為「燈光」未來的發展會慢慢走向 real time (即時運算)，讓使用者能更「所見即所得」。我希望「工具」是讓製作變更快，而不是更慢。

團結力量大

如果要討論怎樣可以讓畫面更好看，「燈光」有很多可以進步的空間，例如，寫更好的 light transport 方程式。但是，這其實不只是「燈光」的事情，「模型」、「貼圖」、「材質」-「所有元素」都要一起成長，畫面才會更好看，畫面好看，才能去支撐「故事」。提昇硬體，反而是讓畫面好看最簡單的方式，讓「所有元素」能「團結」(work well together)，才是長遠的規劃重點。

怪獸大學