Unity：揭秘數(shù)字人制作流程
數(shù)字人,、虛擬形象的開發(fā)逐漸成為了新興的技術(shù)議題,，除了用于虛擬真人類形象,，數(shù)字人的開發(fā)技術(shù)也能讓角色表情更加生動,，并且與觀眾互動。近期,，Unity 技術(shù)團(tuán)隊制作了一個數(shù)字人Demo,，很多業(yè)內(nèi)人士都對此表示很有興趣。
在Unity技術(shù)開放日-上海站上,，Unity技術(shù)美術(shù)團(tuán)隊和技術(shù)團(tuán)隊就為大家介紹了這套基于 Unity的數(shù)字人生產(chǎn)流程,。本文截取了其中的重點(diǎn)內(nèi)容，如果你對數(shù)字人感興趣不妨繼續(xù)讀下去,。
“關(guān)于數(shù)字人臉部動畫的制作,，我們是用手機(jī)蘋果 ARKit 方法進(jìn)行面部表情捕捉的?！?a class="insidelink" href="http://m.shcjtec.com/Item/69424.aspx" target="_blank" title="Unity">Unity TA團(tuán)隊的講師Michael說道,。
關(guān)于面部表情捕捉，這其實(shí)是另外一項技術(shù),，需要搭配蘋果手機(jī)并使用Face Cap app軟件,，面部表情捕捉可以提供更高精度和細(xì)節(jié)的面部表情。通過使用 FBX 文件導(dǎo)件,，可以用左邊的白模把動作移動到角色上,。
有關(guān)虛擬人創(chuàng)作主要分為兩個主題,，一個是渲染,，一個是流程。接下來讓我們看看渲染部分的內(nèi)容,。
虛擬人頭發(fā)渲染
渲染這里首先要做的第一件事,，就是用機(jī)器掃描一位真人,。
Unity最近發(fā)布了全新的頭發(fā)系統(tǒng)?；绢^發(fā)制作流程是用Maya X-gen來做頭發(fā),，X-gen主要工具也是現(xiàn)在很多影視團(tuán)隊的選擇。之后再導(dǎo)到Unity里,，生成tfx文件并在Unity里做頭發(fā)的渲染,。這套頭發(fā)工具集成了AMD的頭發(fā)技術(shù)，所以格外逼真,。
在設(shè)置我們可以將不同的配置進(jìn)行分組,，每個配置文件都可以調(diào)細(xì)節(jié)。頭發(fā)工具共分三個主要區(qū),，一個控制頭發(fā)生成,，一個控制頭發(fā)動態(tài)，最后一個控制頭發(fā)顏色, 美術(shù)師可以設(shè)計自己的組, 另外發(fā)尾部分的寬闊度也是可以動態(tài)調(diào)整的,。
Unity將頭發(fā)系統(tǒng)集成到HDRP（高清渲染管道）的頭發(fā)材質(zhì)里,，用頭發(fā)黑色素物理參數(shù)調(diào)出喜歡的發(fā)色，也可以用Dye Color直接加入一個你想要的任何顏色,。
虛擬人制作流程
整個過程很簡單,，首先要根據(jù)FaceCode標(biāo)準(zhǔn)掃描極限表情，由模特在光場設(shè)備里做出那些表情,，并被拍攝下來,。剩下的事就是關(guān)于模型清理工作了，目前這部分也可以交給AI 算法來做從而實(shí)現(xiàn)節(jié)省人力的目的,。
當(dāng)我們清理出模型之后便需要開始做BlendShap（以下簡稱BS）拆分,，關(guān)于這一部分方法有很多。FACS 在理論上人支持60個極限表情,，從解剖學(xué)上講,，這60個表情可以非線性地組合出任意表情。但是我們做表情對話時,，沒辦法只用60個表情就做出所需的所有表情,。因此，這就涉及到BS拆解過程了,。拆解的數(shù)量,，與用戶想追求的精度相關(guān)，也跟成本相關(guān),。在此項目中僅僅掃描了45個有代表性的極限表情,，并拆分出了300多個BS。
有些算法有可能會進(jìn)行重復(fù)拆解,。實(shí)際上BS和BS不是完全疊加而回歸到極限表情,，它可能有些加和減的關(guān)系,。如果AI將BS拆解成這樣時就可能需要人為進(jìn)行修正。比如一個嘴唇往下的動作是幾個 BS 的組合,，但是有一個BS是凹進(jìn)去的,，那么這個凹進(jìn)去的就需要人為進(jìn)行修正。因?yàn)檫@些極限表情和別的表情組合的時候會出問題,。出現(xiàn)這種問題的時候,，就需要人為進(jìn)行修正，因此自動拆的算法還需要演進(jìn),。
我們可以把表情貼圖簡單地劃分為表情和微表情,。表情上結(jié)構(gòu)性的變化需要做在模型上，有些因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)性變化而產(chǎn)生的擠壓的紋理性變化的話,，則需要做成貼圖,。貼圖是Winkle Map，它是一 Normal的表情貼圖,，在不同表情間可進(jìn)行切換,，一張臉上往往會有五六張Winkle Map。
其實(shí)在掃描之后的數(shù)據(jù)是要把眉毛和一些眼睫毛從Map上去掉的,，因?yàn)樵谧鲋赝負(fù)浜托弈Ｐ蜁r,，這些都是噪聲，是不需要的,；但這些東西又在渲染時會用到,。因此需要先進(jìn)行刪除，然后后面再把這些部分給加回去,。像在此項目中,，眉毛是用插片的方式來做的。
流程上還有修貼圖,，除了Winkle Map,，還有一個Blood Flow Map（血流圖），當(dāng)你臉皺起來后,，因?yàn)槭諗D壓,，某個地方的血流圖會發(fā)生改變，那么這個地方的顏色會變深,，這個表現(xiàn)在微表情中,，也算在貼圖中。所以關(guān)于微表情的貼圖有兩套,，Winkle和Blood Flow,，這是比較常規(guī)的操作。
這里是我們發(fā)現(xiàn)可以繼續(xù)迭代的地方，修模型的部分,，如果有足夠的美術(shù)資源，其實(shí)是不用考慮算法的問題,。
修完模型,，拆完BS之后一般會做Rigiging 和模型Capture，因?yàn)橛脩糇詈笙胍氖强焖偕a(chǎn)高質(zhì)量的表情動畫,。在Rigging中,，相信大家一定會遇到一些這樣的情況，比如Retargeting,，這是因?yàn)椴皇悄Ｌ厝ヲ?qū)動他自己,，而很可能是別人去驅(qū)動他，所以一定會有 Retargeting,；還有就是Secondary Geometry ,、Dynamic Winkle與Blood Flow，但是現(xiàn)在Unity目前還沒做到Dynamic,。目前本項目是在Shader中實(shí)現(xiàn)的,，有關(guān)需要哪些貼圖，讓貼圖對應(yīng)表情等等一系列工作目前都是由用戶自己來處理的,，但這些簡單枯燥的工作后期相信會有一些以AI的方式來實(shí)現(xiàn),。
關(guān)于模型Capture ，目前有兩個方案,，用一些第三方提供的高精度結(jié)果去驅(qū)動模型,。在這個項目中，Unity團(tuán)隊通過ARKit或者谷歌開源的AR core里face的model來做特征提取,，從而驅(qū)動模型,。但是模型capture也有可以迭代的地方，如果我們以Marker Based來驅(qū)動的話,，后期就可能會需要修改一些Marker Tracking有問題的地方,。如果用戶選擇自己做或者買第三方的Motion Capture設(shè)備也是可以的。因?yàn)橛蓄^盔的話就可以做更高質(zhì)量的模型capture,。
最后有關(guān)數(shù)字人的生態(tài)流程還有幾個問題,，一個是真人掃描數(shù)據(jù)的處理，就是模型的重建,，那就會牽扯到算法的事,；一些掃描得不太好的地方要修；還有就是貼圖的重建,。項目中出了剛才提到的兩張貼圖 Winkle Map 和 Blood Flow Map,，其實(shí)我們還有一張?zhí)峁╊伾膱D，Color Map。現(xiàn)在的設(shè)備都有偏正光,，所以它會給你偏正的結(jié)果,，但是實(shí)際上用戶也要去做類似Delighting 的事，才能夠得到一個沒有光照的結(jié)果,。
還有就是關(guān)于faceCode的掃描數(shù)據(jù),，目前我們能見到的虛擬人都是這樣做的，就是模特去表演faceCode里的表情,。做完之后進(jìn)行BlendShap,、Winkle Map、Blood Flow Map以及Face Rigiging的制作,。而目前Face Rigiging 沒有一致的標(biāo)準(zhǔn),，基本上是用戶自己定義標(biāo)準(zhǔn)，能實(shí)現(xiàn)一個合理的,、容易做動畫的搭建就可以了,。如果沒有高質(zhì)量的模型capture前提下，做動畫很多時候還是需要人工手動修出來的,，所以Face Rigiging這一步非常重要,。
表情驅(qū)動會有一套控制器，人臉上有很多點(diǎn),，這里是參考 Unity 國外團(tuán)隊做《異教徒》項目的那一套來做的,。傳統(tǒng)做動畫的方式就是上文中提到的以人工修幀為主的方式，還有面部驅(qū)動的方式,，下一步Unity還將在這些流程之中試著加入一些AI的算法來優(yōu)化整體流程,。
下圖是通過掃描得到的模型。我們可以清晰的看到在圖中有這樣那樣各種問題,。就是說我們雖然也是非常高精度的攝像機(jī),，基本攝像機(jī)有三套，一個負(fù)責(zé)顏色,，一個負(fù)責(zé)光學(xué),，還有一個負(fù)責(zé)高速攝像，這三套相機(jī)可以提供人臉重建的非常高面素的mesh,，但是拿到的 Geometry 也會有這樣的問題,，就比如像我們拿到的頭是左邊那樣子的，但是模型的眼睛基本上全部壞掉了,，這就需要建模師把它給手工修出來,。還有耳朵也有可能是壞掉的，總之,，掃描出來的模型會有很多壞掉的地方,，這就是修模型時候后期要處理的事,。
在修完模型之后，我們需要將模型重拓?fù)涞揭粋€合適的 Layout,，還有就是上文中提到的掃描出來的模型也會提供Normal的貼圖,。貼圖里有什么東西呢？這里其實(shí)也有一個值得迭代的點(diǎn),，就是這個貼圖的使用率,，實(shí)際上現(xiàn)在有很多做影視的公司，他們其實(shí)都在要求高分辨率的貼圖,，比如16K的貼圖。但正是因?yàn)榫炔粔?，?shí)際上貼圖的 layout 是不太好的,。
制作表情，需要遵循以下步驟：
第一步,，是先Remove掉那些我們不想要的Geometry,，這里包含上文中說到的眉毛、眼睫毛這些,，還有一些噪點(diǎn),，因?yàn)樗鼟叱鰜淼哪莻€面素是一個巨大的開銷，所以我們需要清理掉它,。
第二步,，在清理掉它之后，我們需要重拓?fù)?，現(xiàn)在大家重拓?fù)涠紩?D軟件來做,。
這里我們加Subdivide base mesh的原因是因?yàn)榍謇碇笥幸恍┑胤叫枰黾蛹?xì)節(jié)，比如眼皮的地方,，如果是雙眼皮,，一定是把它給疊起來的，因?yàn)樵趯碜鰟赢嫊r一定會有閉眼的時候,。所以在眼皮處的Mesh的段數(shù)要加多一些,，然后再去掉一些噪聲和進(jìn)行一些細(xì)節(jié)處理就可以了。
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