《心靈奇旅》都看了沒？這部口碑與排片率完全不符的電影從正式上映第一天僅2.7%的排片率，在5天之內增加到了9.5%，總票房預測從一開始的2000多萬人民幣增加到2.34億人民幣。這說明了啥？影院經理不傻，觀眾也不傻。

貓眼實時票房（截止到2021.01.04）

貓眼評分9.5

豆瓣評分8.9

皮克斯的這部新作是由 《飛屋環遊記》、《頭腦特工隊》、《怪獸電力公司》導演兼編劇彼特·道格特再次創作並執導的。該片講述了夢想成為爵士鋼琴家的男主喬伊與厭世的心靈22相遇，他們攜手返回現實世界尋找生命的意義的故事。

下面就帶大家探索一下電影的製作過程。

22、喬伊和心靈學院輔導員

一、

靈魂材質選擇

電影裡呈現出的一個個小靈魂生動可愛，但是在製作時可難壞創作人員了。第一個問題就是：心靈應該是什麼樣的？導演認為心靈應該是似煙似霧的，非物質形態的，無固定形狀的，還能夠呼吸的。他們順著這個思路嘗試著畫了很多心靈的形態。

氣凝膠圖片

二、

靈魂的形象設計

確定完材質後就可以給靈魂設計具體的形象了，皮克斯的藝術家們設計了各種有意思的版本。

但是他們希望心靈們還是能夠更接近於人類的形態，有清楚的五官，還能夠表達情感，因此最終還是選擇了導演最初設計的版本，它既滿足了像雲一樣的形態，又有面容，能夠做出一些表情，能夠更好的傳達內心的想法。

來看看早期的CG效果圖，身體部分看起來有點模糊，並且顏色也過於淡和單一了。

於是創作團隊想到，既然心靈代表了一個人的內心，那豐富的內心活動就可以用不同的顏色進行表達啊！他們還開發了一個新的手法，透過描邊來突顯特定的形狀。

左：22 右：喬伊的靈魂

喬伊的真人形象與靈魂形象對比圖

三、

三維製作過程

形象也設計好了,下一步就是讓它適配皮克斯複雜的3D動畫合成系統了。之前我們的文章也寫過，基本皮克斯出一部新電影就要突破一次3D動畫的能力極限。在《怪獸電力公司》中他們提高了3D動畫的毛髮渲染能力；在《海底總動員》中，他們展現了用3D技術生成水的能力；在這次的電影《心靈奇旅》中，他們又突破極限，開發了一系列之前從未做過的工具，以便處理製作中遇到的問題，尤其是光線的處理。

當光線照到靈魂中，會以一種與眾不同的方式散射，他們需要對這散射進行控制，因此才可以將靈魂與其他東西進行區分，如果靈魂過於透明，觀眾就沒有辦法看出它們的表情。

在皮克斯釋出的一篇論文《Making Souls: Methods and a Pipeline for Volumetric Characters（製作靈魂：角色的製作方法和流程）》中，為我們詳細的介紹瞭如何用三維技術將靈魂製作渲染出來。先來看看下面這個演示影片。

https://vimeo.com/433028439

《心靈奇旅》中的靈魂角色是很風格化的外觀，這個難度是相當大的。其中最大的一個挑戰是角色繫結和動畫工具使用的是繫結表面，需要用一種新的表現形式以達到導演要求的視覺效果。

1.LookDev

靈魂是以光的概念存在的，對照明具有類似稜鏡的光感。這裡面臨的挑戰就是創造一種外觀，它可以在柔和、輕巧和足夠的清晰度之間取得平衡，以使形狀和表演可識別。對於角色而言，還有重要的一點就是不要像具有次表面散射的堅硬表面。為此皮克斯編寫了一個程式化的著色節點（Iridescence Driver-或IDriver），將其輸入到Double Henyey-Greenstein體積著色器中，以實現這種非光影照明效果。

概念設計圖、渲染圖、材質球

其實說到底，IDriver是透過使用法線查詢色帶並偽造漫反射和鏡面反射波來確定反照率顏色的。為了使角色看起來更加柔和，使用了柔和的法線來濾除臉部以外的一些較小的細節。

投射法線場：主體漸變、投影漸變、最終混合

面部那些較小和較複雜的形狀，是透過建模和繫結動畫線條實現的，來突出輪廓或皺紋。其中繫結還輸出頭髮和衣服的建模細節線。此外在手部周圍生成輪廓線，以增強其可讀性並闡明姿勢。透過在每個網格頂點法線和從這個網格頂點指向相機位置的向量之間跟蹤點積的零等高線來提取這些。當然了，動畫師是可以控制這些線條的可見性，密度和大小，以便滿足鏡頭畫面需要。

對面部表情（左，中）作出反應的繫結線和用於闡明姿勢的輪廓線（右側手）

2.如何建立透明體

製作團隊用Houdini為IDriver著色節點建立每幀體積和體積訊號。為了確保動畫在半透明體上的可讀性，大多數工作流程都指向相機。每個角色都由幾個單獨的體組成；其中大部分都是透過自遮擋部分或完全剔除的，從而建立一個沒有分層的更清晰的可識別形狀。比如牙齒和舌頭被精確地切割成與張嘴形狀相匹配的形狀。眼睛是表面幾何體，不是體，所以建立一個遮罩紋理而不是切割出來的。

每個著色訊號（眼影、臉頰、嘴唇等）也是一個體積，很多都是從相機投射出來的。使用這些來調整IDriver和著色網路中的顏色和著色器波瓣屬性。透過相機投射到角色的表面法線來構建法線體積。對於“軟法線”體積，將曲面轉換為SDF，然後再將其轉換回曲面以投射平滑幾何體的法線。

其中的背景和次要靈魂是將Houdini網路推廣到所有設計中實現的。對於特定的控制，只需要少量的引數就可以解決。雖然每個靈魂都被塑造成自己獨特的形狀，但大多數靈魂都擁有相同的拓撲結構，簡化了靈魂的結構任務，同樣網路也為使用體積變形的靈魂群集管線建立了靜止姿勢體。

面部線條的體積是透過將繫結好的平面網格從相機方向擠出形成的。

對於按程式生成的輪廓線，是沿著曲線建立垂直於相機的色帶，然後將這些色帶也從相機方向擠出形成。

3.Pipeline

Houdini網路生成高保真體積資料的多次傳遞，是需要定期進行的密集型計算過程，所以開發團隊設計了一個名為Hexport（Houdini Export）的系統，透過並行化資料自動生成資料，渲染農場系統具有高度可調性，根據週轉需求為部門提供不同的並行和排程行為。

專案開始的時候都是使用原有管線，特效師們可以處理大量計算，並且針對專案已經開發了用於並行化和大資料儲存的工具。其他部門將動畫的USD資產匯出到單個檔案中，每幀具有一個時間樣本，但是由於檔案寫入中存在競爭條件，因此這不允許立即並行化。相反，特效師每幀匯出一個檔案，然後使用實用程式usdstitchclips將每幀資料組裝到USD值剪輯中。

這製作團隊只用於早期外觀開發，但它不能擴充套件到在多個使用者和應用程式之間共享的角色資產部門。為此他們開發了一個版本控制系統，其中包括多個未釋出的工作目錄，將這些目錄儲存在高效能儲存器中以供並行渲染農場使用。釋出供下游部門使用的工作目錄只涉及符號連結和資料庫更改。此外，製作團隊將Houdini網路資料儲存在鏡頭級別的hip檔案中，並將其轉換為角色資產HDA（houdini digital asset）檔案，這些檔案在相關人員之間共享鏡頭。什麼時候匯出快照時，Hexport系統建立一個快照級別的hip檔案，並將當前角色HDAs引用到該檔案中；這些HDA子網讀取特定於快照的快取曲面動畫，將其轉換為體和線條，並將結果匯出到硬碟。

Hexport的一個重要部分是劃分和排程網路計算。特效師可以並行化網路，但場排程程式不能縮放到每幀上每個角色的任務。大部分計算不依賴於歷史，這增加了分割槽和排程的靈活性。匯出快照時，首先將快照拆分為字元子集，然後將每個字元的網路劃分為三類任務：龐大但可跨幀並行；二是用於聚合來自先前任務的資料任務；三是獨立的單程序任務。

將每個網路的計算部分分配給適當的任務，Hexport還計劃時間相關的字元模擬。將這些任務分配給獨立的單程序任務，並依賴Houdini進行執行緒並行化。根據週轉需求和實驗測量的資料調整每種任務型別的執行緒分配和資源。當每天晚上建立數十TB資料以並行方式進行讀取時，使用一個快取檔案系統，這個檔案系統設計用於過載寫和許多並行讀取。為了避免複製資料，使用符號連結標籤來指示資料是IP還是已釋出以進行渲染。

看看這強大的開發能力，真是驚呆了。雖然有些晦澀，但對於行業內的小夥伴來說還是能看懂一二的，所以把論文內容基本都整理到這裡了，希望對大家有用。

好了，我們接著往下看。

四、

心靈學院輔導員形象設計

解決了靈魂的形象之後，還要設計心靈學院中輔導員的形象，這可以算得上是影片中最難的形象設計了，他們希望輔導員的形象既不是人類也不是靈魂，既不是天使也不是上帝，而是來自其他世界與所有東西都能區分開的形象。

心靈學院輔導員

皮克斯的藝術家從雕塑、自然、燈光和畢加索的畫獲得靈感，最後決定將輔導員以線條的形式呈現，影片中這些輔導員說自己就是“宇宙本身”，只不過是用線條簡化為一個形態，方便人們理解。但是不要以為一條線就容易了，藝術家們可沒少對它下功夫。

畢加索作品1

畢加索作品2

心靈學院輔導員草圖

皮克斯的藝術家用鐵絲將輔導員的形狀做出來，然後用燈光將這些鐵絲做成的形象投射到牆上，形成影子。鐵絲雕像是3D的，但是形成的影子是2D的，這讓輔導員同時處於3D和2D狀態之間。既然是這樣，那麼藝術家就不能按照傳統的3D動畫進行製作，他們透過研究線條的形態、動作、表達等賦予輔導員靈活複雜且與眾不同的運動感。

皮克斯藝術家製作輔導員雕像

輔導員雕像

雕像投影

輔導員線稿

五、

角色服飾改裝技術

我們再來看看電影中角色服裝開發過程。一提到服裝很多小夥伴腦中立馬想到Marvelous Designer。但皮克斯大佬自己開發了一套服裝系統，可以在不同體型、年齡、性別的角色之間改裝服裝，大家看完演示影片就能大致瞭解了。

https://vimeo.com/432258782

下面這張圖中所有人的衣服都是由左一的成年男性改裝過來的。

這種方法是基於一個新的迭代方案，交替鬆弛和重繫結最佳化。在鬆弛步驟中，使用仿射不變座標，使輸入的三維服裝適應目標角色的形狀，同時最小化網格變形。在重繫結步驟中，重新設定了由使用者指定的緊度值控制的衣服和角色身體之間間距。而且這種方法還支援對多層、接縫和摺疊的空間和結構安排進行編碼的附加約束。電影《心靈奇旅》中就使用了這個改裝工具為不同的數字角色轉換服裝的。

六、

影片中從一開始就提到主角喬伊瘋狂熱愛爵士樂，影片中音樂也成為了貫穿全篇的線索，或者說爵士樂就像是另一個主角的存在一樣。

皮克斯特意找來了一位非常厲害的爵士音樂家約翰·鮑蒂斯掌舵，電影中所有爵士樂都是由他譜寫。並且電影中喬伊彈鋼琴時手部的動作是由動畫師將約翰的動作動畫化完成的。

還有一些彈琴時的身體律動，也是仿照約翰彈琴時的真實狀態製作的。

七、

概念設計圖

好了，乾貨內容分析完了， 我們來欣賞下電影中的概念設計吧。

紐約城市

理髮店

半分音符酒吧

生之來處

忘我之境

個性館

萬物殿堂

總之，《心靈奇旅》真是的一部值回票價的電影，不過要給還沒見過打算去看的小夥伴提個醒，儘量避開可能有小孩的時間段去看！！！大大影響觀感！！！

完整的概念圖太多了

還是打個包給大家吧

後臺回覆“心靈”即可獲取~

參考：

https://weibo.com/tv/show/1034:4532724439121941?from=old_pc_videoshow

https://www.pixar.com/soul

https://www.youtube.com/watch?v=Y_LuOJrrXXg&list=WL&index=2

論文連結：

《Making Souls: Methods and a Pipeline for Volumetric Characters》lumetricChars/index.html

《Garment Refitting for Digital Characters》http://graphics.pixar.com/library/GarmentRefit/