汽車廣告竟然可以實時渲染出來？

作者：田浩

一年一度的GDC展會（遊戲開發者大會）總是吸引著全球遊戲愛好者的目光，同時這也是計算機圖形圖像領域最新技術的集中展示，尤其是實時圖像處理技術，在GDC展會上總是成為人們關注的焦點。

今年的GDC展會上，知名遊戲廠商Epic Games便帶來了一項非常前衛的技術展示，這個名為《The Human Race》的項目由Epic和TheMill共同完成，後者是當今世界第一的廣告後期公司，該項目展現了飛馳在山間公路上的雪佛蘭2017款CamaroZL1跑車和FNR概念車，乍一看好像沒什麼了不起，但不可思議的是，畫面中的兩輛跑車完全是由Epic旗下的UnrealEngine實時渲染出來的，可以隨時改變跑車的外觀，並且這兩輛車從未參與過實際的拍攝過程。

《The Human Race》短片_騰訊視頻 https://v.qq.com/x/cover/n0534p8bfxn/n0534p8bfxn.html

《The Human Race》短片

那麼這段視頻畫面到底是怎麼實現的呢？本文就將揭開這項技術的神秘面紗。

Blackbird

汽車廣告一直都面臨著一個問題，那就是廣告拍攝都在新車發布之前，把真車拉去拍廣告，一方面成本和風險都很高，另一方面還可能泄密，因此目前大部分汽車廣告里的車都是CG製作的。不過雖然如此，在拍攝現場往往還是需要有一輛實拍的「替身車」，方便攝製組進行鏡頭設計、並能提供一些運動、光照、交互方面的參考，在後期再將其替換為廣告所需的車型。但問題在於，不同的車型其外觀尺寸和動力性能都是不同的，如果找的替身車不合適，廣告上往往就會要求在後期階段進行大量的微調。

作為全球第一的廣告後期公司，The Mill為此研發了一款名為Blackbird的特殊車架，能夠很好地解決這一問題。

Blackbird的車身是可變尺寸的，軸距的可變範圍是1.2米，軸寬可變範圍是25厘米，這足以覆蓋絕大多數轎車的尺寸。Blackbird配備了車載氣動千斤頂，可以快速裝卸車輪和輪轂，並且支持任意廠商、任意款式的車輪，這樣可以在成片中保留實拍的車輪，從而讓車輛與地面的交互更加真實。

Blackbird可調節車架

Blackbird採用電力四輪驅動，能夠達到跑車的速度，其電池充電一晚上能維持近200公里的行程，回饋制動系統使其更加節能。電機支持程序化控制，能夠匹配各種車輛的加速曲線和齒輪換擋特性，同時阻尼特性也是可調節的，這使其可以模擬各種車輛的動力特徵，包括高性能跑車。

汽車廣告EZ！BLACKBIRD將掀起車輛特效革命_騰訊視頻 https://v.qq.com/x/cover/t0323zaahkt/t0323zaahkt.html

Blackbird車架介紹

Blackbird同時也是一輛數據採集車，其車頂上安裝了全景攝影機陣列，用來捕獲背景素材，車身上還有用於採集光照信息的鉻球、中灰球和色板，這些採集的數據能夠為後期階段的CG車輛提供足夠精確的光照信息和反射信息。

正是由於擁有極高的靈活性、優異的操作性能和超越以往的精確度，Blackbird成為了The Mill的獨家秘密武器，可以用於各種汽車廣告的製作，只需把Blackbird調整到目標車輛的尺寸，然後拉去片場擔當「替身」，所有的交互、輪胎痕迹、制動都是跟目標車輛一致的，後期階段只需把車架子替換成CG版的車身就行了。

Blackbird上除了定製的可調節雲台和攝影機穩定系統之外，甚至還可以安裝激光掃描設備，這跟自動駕駛系統使用的是同樣的技術，能夠快速採集Blackbird所經過的地形環境，這對於後期重建複雜的CG環境來說具有極高的價值。

Blackbird車身替換前後對照

Blackbird由加州著名的特種機械製造商JemFX打造，其裝配車間正是曾經誕生過黑鳥SR-17超音速戰機的地方，The Mill將這輛車命名為Blackbird也正是源於這個典故。車架上的攝影機陣列和數據採集設備是專門定製的，由屢獲殊榮的車載搖臂穩定器廠商Performance Filmworks設計，在技藝精湛的技術團隊協助下，Blackbird從構想到完工都融合了最先進的技術和最高水平的工藝。目前世界上只有一台Blackbird車架，但TheMill正在研發第二代車架，並準備在歐洲（很可能是倫敦）永久投放一台。

Cyclops、MillStitch

雖然Blackbird的性能十分強勁，但是在片場光有這麼一台車架也還不夠，廣告創作團隊更希望在片場直接看到他們想要的效果，甚至能在3D環境下互動式地做出修改調整，而這一需求便是由The Mill的專有軟體Cyclops實現。這套軟體能夠實時地把畫面中的Blackbird替換成想要的車型，並且能夠自定義汽車的外觀和顏色，甚至車上的光照和反射都是實時生成的。利用這套軟體，導演和攝影師能夠在片場立刻看到數字版的汽車，從而更好地設計構圖和鏡頭調度。

Blackbird車身替換前後對照

Cyclops其實是TheMill研發的通用虛擬製作平台，藉助增強現實技術在片場實時提供視覺參考。在GDC展會的演示中，TheMill把Cyclops跟Epic的UnrealEngine結合到了一起，用戶可以通過遊戲界面將Blackbird切換為雪佛蘭跑車，並且能夠自定義跑車的顏色。

Cyclops的工作原理並不複雜，就是生成一個與其相匹配的CG版汽車模型，然後用Blackbird採集到的環境光照信息去給CG模型打光，最後替換掉Blackbird，而這一切都是實時完成的。

Blackbird效果演示_騰訊視頻 https://v.qq.com/x/cover/o0534pb6mw2/o0534pb6mw2.html

Blackbird效果演示

Blackbird的車頂安裝了4台REDDragon 6K攝影機，並配備了8~15mm廣角鏡頭，這一陣列拍攝的畫面通過The Mill的MillStitch軟體自動進行拼接縫合，得到360°全景環境圖，然後無線傳輸到拍攝車中的Unreal Engine上。全景環境圖是經緯度平鋪（Lat-Long）形式的視頻流，這一視頻流所提供的光照信息是與車輛的位置相匹配的，能夠隨著車輛的運動而變化，因此不僅被用於Unreal Engine中的基於圖像的照明，也用於為車身表面提供反射圖樣，這對於提升CG車輛的真實感來說至關重要。

Mill Stitch能夠自動校正鏡頭畸變，支持各種攝影機和鏡頭特性，其內置的高速存儲能夠支持4天的的拍攝。Mill Stitch除了能夠在實時環境下使用，當然也可以用於後期製作，例如可以製作一個CG版的車內結構，然後用Mill Stitch生成的全景環境圖作為車窗外的背景，從而得到駕駛員視角的畫面，讓觀眾感覺像是真的坐在車裡一樣。

Mill Stitch拼接全景圖

Mill Stitch拼接出來的全景圖其實不足以作為IBL流程所需的HDR圖像，因為RED Dragon攝影機的動態範圍有限，但開發人員發現裁切掉的高光區域基本上就是太陽，所以只需將這些區域的亮度值再增加一些，就可以基本模擬HDR圖像所覆蓋的動態範圍。

Arraiy、UnrealEngine

解決了車型和光照的問題，接下來就要解決實時跟蹤的問題了。The Mill對於車輛跟蹤擁有極為豐富的經驗，但要滿足GDC展會所需的精確度和實時特性，他們還得尋找另外的方案，這套名為Arraiy的解決方案由計算機視覺專家研發，甚至都還未正式公開發布。Arraiy的功能之一就是同步定位和映射，這是構建或映射未知環境時所需做的計算。Arraiy團隊很樂意幫助The Mill構建計算機視覺跟蹤系統，能夠實時地獲取Blackbird和全景攝影機的位置，在測試期間，全隊成員僅用一台5D Mark III相機就獲得了實時亞毫米級精確跟蹤，這是其他跟蹤系統很難做到的。

在室外光照環境下高速行駛的車輛從視覺上來說是複雜多變的，並且還包含大量的運動模糊，為了更精確地進行跟蹤，Arraiy團隊決定在Blackbird上安裝有利於計算機視覺識別的二維碼，甚至在軟體底層演算法中使用了基於人工神經網路的深度學習。

GDC展會上展示的雪佛蘭廣告是用車載搖臂搭載Arri Alexa攝影機拍攝的，攝影機的畫面先直接傳輸到Arraiy進行跟蹤，得到的位置信息再輸入到Unreal Engine。

拍攝過程

The Mill在紐約有一個正在擴張的實時特效團隊，他們所使用的製作工具正是Epic開發的Unreal Engine。去年的時候，Epic首席技術官KimLibreri曾參觀The Mill並見到了Blackbird，他完全被這種全新的汽車廣告製作方式所吸引，於是雙方決定整合Blackbird、Mill Cyclops、UnrealEngine等工具，開發一套基於AR組件的實時汽車廣告製作系統，把這個領域帶入全新的時代，而這次合作的結果正是《The Human Race》短片。

The Mill找到了老客戶雪佛蘭，雪佛蘭對這次合作也充滿興趣，認為這項新技術與雪佛蘭不斷創新的理念相吻合，能夠更直觀地展示其未來將要上市的新車型，並且可以在展示的時候讓客戶更好地參與進來。他們為製作團隊提供了Camaro ZL1和FNR的設計圖紙，Epic的3D藝術家據此製作了兩輛車的CG模型，並將其優化為適合在實時渲染環境中使用。

短片的整個策劃、拍攝和製作都是由The Mill負責的，影片的實際拍攝只花了一天就完成了，在片場只有Blackbird和攝影車，導演、攝影指導、操機員、實時渲染總監都坐在攝影車裡，俯視航拍鏡頭也是用攝影車的車載搖臂拍攝的。整部短片中，除了兩輛雪佛蘭跑車是實時渲染的，外景的所有地形、公路、天空、樹木等等都是實拍的，而當跑車進入到隧道之後，畫面中的所有東西就完全是CG實時渲染出來的了。

《TheHuman Race》成片效果

值得一提的是，上述流程原則上限制了一輛Blackbird只能被替換為一輛目標車輛，但在上述短片中我們看到的是兩款不同車型的雪佛蘭跑車，實際上這是製作組投機取巧的行為。由於兩輛車靠的很近，運動路線也基本一致，所以可以使用同一套背景圖和光照信息，另外在不同的鏡頭中，Blackbird其實是交替地扮演兩款車型的替身，有時候是Camaro ZL1，有時候是FNR。

項目背後的非凡意義

從流程上看，TheMill和Epic合作的這一整套實時特效方案似乎讓後期變得多餘，因為所有的東西都可以在片場實時完成，但實際上客戶往往會對廣告提出各種修改意見，並且永遠希望拿到最高質量的成品。而這套方案的優越性在於，它不但能提供實時特效處理，也以最高質量記錄了傳統後期特效所需的所有數據，包括環境信息、光照信息、位置信息等，因此The Mill也可以利用這些信息按照傳統的方式進行高質量後期製作。簡單來說，這套流程不會對客戶造成任何限制，也不會丟棄掉任何有用的信息。

對於雪佛蘭這樣的汽車品牌來說，這項技術讓他們看到了未來汽車營銷領域的新趨勢。隨著汽車製造越來越走向定製化，汽車的市場營銷也越來越直接，未來客戶可以很快地選擇好他們的配置清單，然後馬上就能看到他們心目中的車在廣告視頻中出現，而這一切都可以在零售店甚至客戶自己家裡實現。

客戶可以自己「配置」汽車廣告效果

GDC展會本身就是行業風向標，Epic所展示的實時渲染技術也會完全包含進未來發行的Unreal Engine 4里，可以說《TheHuman Race》目前是實時渲染領域最先進的作品，提高了整個行業未來的生產水平，也必將帶動更多相關的技術問世。

這套流程也必將影響到特效製作領域，The Mill的Cyclops原本就是設計為一個通用的虛擬製作平台，能夠快速地將數字資產融合到影片和增強現實產品中。未來Cyclops還可以整合更多的數據，例如激光掃描數據和GPS定位數據，並且不僅僅局限於汽車廣告，而是用於任何內容的拍攝製作，甚至在現場直播環節也可以加入高質量的增強現實效果。未來，基於增強現實的虛擬製作將會成為特效行業的主流製作流程，而實時渲染技術的普及能將傳統的費時費力的資產製作簡化到實時狀態下完成，這對於特效領域可以說是顛覆性的進步。

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