探析AO画法在计算机绘画中的运用

2021-01-19黄萧铃

河北画报 2020年14期

黄萧铃

四川音乐学院

随着游戏产业和三维动画的迅速崛起，消费者对于影视动画、游戏界面、海报设计的审美要求有了很大提升。市场的需求导致现在的计算机绘画越来越倾向于三维立体写实风格。但是，传统计算机绘画存在素描关系与色彩关系难以统一和绘画流程不清晰等技术问题，从事计算机绘画职业的人员往往会耗费数年的时间进行绘画技术练习以解决这些问题。

而近年来行业中诞生了一种以计算机图形学中的环境光遮蔽技术为基础的仿拟3D制作流程为思路拆解绘画过程的绘画方法——AO画法。AO画法的优势在于利用强大的绘画软件功能，将传统手绘绘画中不可分割的光影和色彩两个模块进行拆分，使绘画流程更标准化、规律化、模块化，在绘画过程中更容易理解、掌控画面中光影及闭塞光影对于画面效果的影响，提高绘图质量和效率。

一、什么是AO

“AO”是Ambient Occlusion的缩写，中文译为环境光遮蔽。AO技术是计算机图形学领域中一种低频全局光照模型，AO这项技术最早是在Siggraph 2002年会上由ILM（工业光魔）的技术主管Hayden Landis所展示。

近年来，在一些对真实感要求较高的交互式三维游戏中，普遍使用AO技术来描绘物体和物体相交或靠近时遮挡周围漫反射光线的效果。AO技术可以解决画面中漏光、飘和阴影不实等问题；改善场景中缝隙、褶皱与墙角、角线以及细小物体等表现不清晰的问题；能综合增强细节尤其是暗部阴影，提升空间的层次感、真实感，同时，提升画面明暗对比，使用户得到更好的交互体验感。

如图1所示，通过1a、1b对比发现，1b的图形和空间感都相较1a更加立体，这是由于在1b的背光区域中加入了闭塞区域，就是物理现象中光很难到达的区域。1b中加入了更丰富的层次，使得图形更加真实立体。这种利用二维绘制方法来模拟出三维的几何效果就被称为环境光遮蔽。此方法广泛运用于计算机游戏、动画制作、实景仿真等领域。而将这种思维方法运用到计算机绘画中的技法又被称为“AO画法”。

图1

二、三维思维模式与光影理论

在三维建模中，搭建的模型面数量越多，得到的模型细节越丰富，精度也就越高。从低模到高模的变化在几何面增多，这样每个面的朝向光源的角度不同，因此，明暗程度也会有所变化。以这样的思维去理解画面，任何复杂的结构都可以概括为简单的几何图形，也使得绘画思路更为清晰。

真实的光影效果是真实感绘画的灵魂。

光线投射到物体不同角度的面形成亮、灰部，按照建模布线的方法将所绘制的场景或角色的结构分解成几何面，然后设计光源，根据与光源的角度来分析每个几何面的受光程度即素描关系。如果光线呈直线照射到物体上，在受光区域与光线夹角越大的面越亮（90°为最亮），在背光区域越接近反射面的位置越亮，并且光在漫反射过程中会逐渐衰减。物体暗部所受到的反射光的强弱会根据反射面的质感所决定，例如，毛毯、泥土、木头等物体表层是粗糙质感，其折射出来的光是漫反射。漫反射的光线折射没有规律性和方向性，反光较弱。反之，如果是玻璃、镜面、不锈钢等光泽度较高的物体折射则呈镜面反射，光感较强，反射光的表现也能够很大程度提升物体质感。

投影是因物体将光线阻挡形成光无法照射到的暗部部分。在实际运用中，受到物体结构、光源角度、反射面的形状等因素的影响，投影的位置和形状也较难运算。一种较为有效的方法就是，根据光源角度模拟光线直射效果，如图2所示，在制作投影时，可根据物体的结构和外形轮廓，作出几条平行直线，当直线所投到反射面取得的点，就是投影的一个基本长度和范围，再根据物体本身的轮廓特征绘制阴影。但由于是二维平面绘制三维模型效果，很难达到和三维软件建模运算一样的准确数值。所以，只要绘制出来的投影没有明显的问题即可。有时甚至可以根据画面需要进行一些主观调整，这也正是计算机绘画相对三维建模的优势所在。

图2

三、AO画法的运用

AO画法对于线稿要求相对较高。在前期制作中需要绘制好精确的线稿，线稿要清晰地表达出画面结构、透视关系，线条清晰且轮廓闭合，这样方便框选选区建立剪贴蒙版。为避免在绘画的过程中画出线稿以外的部分，可以使用剪贴蒙版的方式，如使用Photoshop中的套索工具框选线稿轮廓，再用白色填充选区创建剪贴蒙版，然后在此基础上绘制AO图层。

AO简单来讲就是光线照不到的位置，暗部的光线由于漫反射逐渐衰减直至消失，产生物体暗部交界处的闭塞区域。按照距离线性衰减的效果，物体与投影之间的距离越小，遮挡值越大，受光的影响也就越小，颜色也会越重。如图3b所示，局部的颜色变暗，对比加强，不仅能够增强画面的层次感，也使得全局光照更加真实。在前文已经阐述，亮灰部属于光线能够照射到的区域，不存在闭塞死角。所以在这一阶段只需要考虑物体暗部的素描关系即可。这样绘制出来的素描关系干净通透，层次分明，具有极强的光感和体积感。

绘制完白模之后需要叠加固有色，在配色阶段不需要考虑素描体积，直接用颜色填充固有色，图层选择正片叠底。加上固有色后可能会出现暗部颜色不协调的情况，要注意色彩平衡，使亮灰部与暗部有一定的冷暖对比。例如，在Photoshop中按快捷键Ctrl+U，勾选着色就可以调整白模色相和饱和度。为了便于修改，可将每个颜色的图层分开画，这样即使有颜色需要修改也能够通过调整参数解决，避免了计算机绘画容易显脏显腻、颜色不和谐等问题。最后在此基础上进行质感表现和细节的刻画，完成绘制。

图3

AO画法也非常适用于电子游戏产业、影视动画制作、美宣插画设计、虚拟交互技术领域。由于在制作过程中，美术策划方案需要做很多版设计，例如，《哪吒之魔童降世》的项目制作人表明哪吒这一角色的设计方案多达上千版，而如此多版设计方案有许多只是局部变化，或者配色的细微差别，经过反复的修改对比，才有了哪吒这一经典角色的诞生。

四、应市场需求而生的绘画技法探索

近年来，由于市场需求，增强画面绘制的3D感成为计算机绘画的主要趋势。影视动画与电子游戏产业的兴起，观众和玩家对更逼真、更丰富的感官体验怀有极高的期待。由于市场导向性无形中影响着这个行业的美术设计发展趋势，这也使得计算机绘画工作者不断针对市场发展方向展开探索，创造出新的绘画风格和表现技巧，也不断地创造出受大众喜爱的游戏和动画作品。例如，《古剑奇谭》《剑侠情缘》《天涯明月刀》等知名中国风仙侠网游，《大圣归来》《白蛇缘起》《哪吒之魔童降世》等口碑票房极高的三维动画电影等。其中，《哪吒之魔童降世》更是屡次打破历史记录，创造了中国电影票房第二的好成绩，成为目前全球票房最高的动画电影。电影中的哪吒、太乙真人、敖丙、申公豹等有趣的人物角色给观众留下了深刻印象，还有《山河社稷图》、陈塘关、龙宫等场景设计都令人们赞叹不已。

优秀的作品应该是内容与表现形式相结合的产物，上述作品获得玩家和观众的喜爱、追捧，与前期优秀的美术设计这一阶段是分不开的。美术工作者需要根据游戏世界观、动画剧本设计出项目场景道具、角色原画、地势环境色彩搭配等奠定整个项目的美术风格，并通过视觉语言迅速、准确地传达出项目主题信息吸引玩家和观众。同时，在保证达到画面质量要求的前提下，只有提高效率、加快制作周期、节约成本，才能适应飞速发展的市场需求。通过探索环境光遮蔽技术中的模型计算方法，使得本是属于信息技术领域的思维运用到计算机绘画技法中，这就产生了绘画流程更标准化、规律化、模块化和极大提高绘图质量和效率的AO画法。