演講人：日期:CG制作技術(shù)介紹CATALOGUE目錄01基礎(chǔ)概念解析02核心建模技術(shù)03材質(zhì)與紋理處理04動(dòng)畫系統(tǒng)技術(shù)05渲染技術(shù)演進(jìn)06行業(yè)應(yīng)用方向01基礎(chǔ)概念解析CG技術(shù)定義與分類計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（CG）定義通過算法與數(shù)學(xué)模型生成、處理及渲染視覺內(nèi)容的技術(shù)，涵蓋2D/3D圖形、動(dòng)畫、特效等領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于影視、游戲、工業(yè)設(shè)計(jì)等行業(yè)。實(shí)時(shí)渲染與離線渲染實(shí)時(shí)渲染用于游戲等交互場景，強(qiáng)調(diào)低延遲；離線渲染用于影視級高質(zhì)量畫面，需大量計(jì)算資源。動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)包括流體動(dòng)力學(xué)、布料模擬、粒子系統(tǒng)等，用于模擬自然現(xiàn)象或物理交互效果，提升場景真實(shí)感。制作流程概述前期概念設(shè)計(jì)通過原畫、分鏡確定視覺風(fēng)格與場景框架，涉及角色設(shè)定、場景布局及色彩方案規(guī)劃。建模與拓?fù)鋬?yōu)化使用多邊形建模、NURBS或數(shù)字雕刻創(chuàng)建3D模型，并優(yōu)化網(wǎng)格結(jié)構(gòu)以確保動(dòng)畫變形合理性。材質(zhì)與光照系統(tǒng)基于PBR（物理渲染）原理配置材質(zhì)屬性，結(jié)合全局光照（GI）或光線追蹤技術(shù)模擬真實(shí)光影效果。軟硬件基礎(chǔ)配置存儲(chǔ)與協(xié)作方案采用NAS或云存儲(chǔ)管理大型項(xiàng)目文件，版本控制工具（如Perforce）確保團(tuán)隊(duì)協(xié)作效率。03需高性能GPU（如NVIDIARTX系列）加速渲染；多核CPU處理復(fù)雜計(jì)算；大容量內(nèi)存（32GB以上）應(yīng)對高精度場景數(shù)據(jù)。02硬件性能需求主流軟件工具M(jìn)aya、Blender用于建模與動(dòng)畫；Houdini專注于特效模擬；SubstancePainter處理材質(zhì)貼圖；UnrealEngine支持實(shí)時(shí)渲染開發(fā)。0102核心建模技術(shù)基礎(chǔ)構(gòu)成與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模時(shí)通過擠出（Extrude）、倒角（Bevel）、環(huán)切（LoopCut）等工具調(diào)整形狀，并配合細(xì)分曲面（SubdivisionSurface）修飾器實(shí)現(xiàn)平滑效果。卡線（EdgeLoop）技術(shù)可控制細(xì)分后的棱角銳度，是工業(yè)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技巧。編輯與細(xì)分流程應(yīng)用場景與局限性廣泛用于游戲低模、建筑可視化等需要高效渲染的領(lǐng)域，但高精度有機(jī)體（如人物肌肉）需配合數(shù)字雕刻技術(shù)彌補(bǔ)細(xì)節(jié)不足。多邊形建模（Polygon建模）通過連接頂點(diǎn)（Vertex）、邊（Edge）和面（Face）構(gòu)成網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，其核心在于優(yōu)化拓?fù)湟灾魏罄m(xù)動(dòng)畫或渲染需求。建筑、游戲角色等硬表面模型常采用四邊形（Quad）拓?fù)?，以減少細(xì)分后的變形問題。多邊形建模原理NURBS（非均勻有理B樣條）以數(shù)學(xué)公式定義曲線曲面，通過調(diào)整權(quán)重（Weight）和節(jié)點(diǎn)矢量（KnotVector）控制形態(tài)。精煉曲線時(shí)新增可控點(diǎn)不會(huì)改變原有曲率，適用于汽車、飛機(jī)等工業(yè)設(shè)計(jì)的高精度曲面構(gòu)建。NURBS曲面建模數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與可控點(diǎn)精煉G1（切線連續(xù)）和G2（曲率連續(xù)）是高級曲面拼接的標(biāo)準(zhǔn)，確保過渡無視覺斷層。軟件如Rhino通過匹配曲面參數(shù)化實(shí)現(xiàn)無縫連接，滿足航空航天領(lǐng)域的流體力學(xué)需求。連續(xù)性要求與拼接技術(shù)NURBS模型常需轉(zhuǎn)換為多邊形網(wǎng)格以適配動(dòng)畫流程，但轉(zhuǎn)換時(shí)需注意參數(shù)化分辨率，避免細(xì)節(jié)丟失或面數(shù)爆炸。與多邊形建模的協(xié)作數(shù)字雕刻技術(shù)物理模擬與筆刷系統(tǒng)以ZBrush為代表的雕刻軟件模擬黏土塑形過程，動(dòng)態(tài)細(xì)分（DynaMesh）允許任意拓?fù)湫薷模浜螦lpha筆刷快速生成皮膚紋理、布料褶皺等微觀細(xì)節(jié)。激光雕刻的數(shù)字化擴(kuò)展借鑒激光雕刻的物理加工邏輯，部分CG軟件引入“虛擬激光”工具，通過熱力模擬在數(shù)字模型上生成無痕刻蝕效果，適用于珠寶銘文或電子元件標(biāo)識(shí)制作。多分辨率工作流支持從百萬級面數(shù)的粗模到億級面數(shù)的精模分層雕刻，并利用抽?。―ecimation）或法線貼圖（NormalMap）優(yōu)化資源，平衡影視級高模與實(shí)時(shí)渲染需求。03材質(zhì)與紋理處理物理著色器原理基于物理的渲染（PBR）模型實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反饋材質(zhì)屬性參數(shù)化物理著色器通過模擬光線與物體表面的物理交互（如漫反射、鏡面反射、菲涅爾效應(yīng)等），實(shí)現(xiàn)更真實(shí)的材質(zhì)表現(xiàn)。其核心算法包括微表面理論（GGX/Trowbridge-Reitz分布）和能量守恒計(jì)算。通過粗糙度（Roughness）、金屬度（Metallic）、高光（Specular）等參數(shù)動(dòng)態(tài)控制材質(zhì)的光學(xué)特性，確保在不同光照環(huán)境下保持物理準(zhǔn)確性。結(jié)合光線追蹤或光柵化技術(shù)，物理著色器可實(shí)時(shí)響應(yīng)場景光照變化（如HDR環(huán)境光、點(diǎn)光源），動(dòng)態(tài)調(diào)整材質(zhì)的高光與陰影細(xì)節(jié)。UV映射與貼圖繪制UV坐標(biāo)系統(tǒng)通過將3D模型表面展開為2D平面坐標(biāo)（UV空間），為紋理貼圖提供精準(zhǔn)映射基礎(chǔ)，需避免拉伸、重疊等拓?fù)鋯栴}。多通道貼圖應(yīng)用包括漫反射貼圖（Albedo）、法線貼圖（NormalMap）、粗糙度貼圖（RoughnessMap）等，通過多圖層疊加增強(qiáng)材質(zhì)細(xì)節(jié)（如劃痕、凹凸）。程序化紋理生成利用噪聲算法（Perlin/Worley噪聲）或數(shù)學(xué)函數(shù)自動(dòng)生成紋理（如大理石紋、銹蝕效果），減少手工繪制工作量。PBR材質(zhì)工作流跨平臺(tái)兼容性針對不同渲染引擎（UnrealEngine/Unity）優(yōu)化PBR材質(zhì)輸出格式（如EXR/TGA），確保在不同硬件（移動(dòng)端/PC）上保持視覺一致性。動(dòng)態(tài)材質(zhì)實(shí)例化通過材質(zhì)實(shí)例（MaterialInstance）快速調(diào)整基礎(chǔ)材質(zhì)的參數(shù)（如顏色、磨損度），實(shí)現(xiàn)資源復(fù)用與高效迭代。標(biāo)準(zhǔn)化材質(zhì)庫基于SubstancePainter或QuixelMegascans等工具，調(diào)用預(yù)制的PBR材質(zhì)資源（如金屬、布料、皮革），確保材質(zhì)參數(shù)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（如DisneyPrincipledBRDF）。04動(dòng)畫系統(tǒng)技術(shù)關(guān)鍵幀動(dòng)畫控制關(guān)鍵幀定義與插值技術(shù)通過設(shè)定關(guān)鍵幀定義動(dòng)畫的起始和結(jié)束狀態(tài)，利用線性插值、貝塞爾曲線插值等技術(shù)實(shí)現(xiàn)平滑過渡，確保動(dòng)作流暢性和自然性。時(shí)間曲線編輯與調(diào)整在動(dòng)畫時(shí)間軸上調(diào)整關(guān)鍵幀的時(shí)間曲線，控制動(dòng)作的加速、減速或勻速運(yùn)動(dòng)，優(yōu)化動(dòng)畫節(jié)奏感和表現(xiàn)力。分層動(dòng)畫控制將角色動(dòng)畫分解為多個(gè)層級（如身體、面部、道具等），獨(dú)立調(diào)整各層關(guān)鍵幀，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜動(dòng)作的精細(xì)化控制。動(dòng)畫重定向技術(shù)通過重定向工具將同一套關(guān)鍵幀動(dòng)畫適配到不同比例的角色模型上，提高動(dòng)畫資源的復(fù)用率。骨骼綁定與蒙皮通過頂點(diǎn)權(quán)重分配控制骨骼對模型頂點(diǎn)的影響范圍，優(yōu)化蒙皮變形效果，減少關(guān)節(jié)彎曲時(shí)的模型撕裂或塌陷。權(quán)重繪制與平滑過渡高級綁定技術(shù)面部綁定與表情控制根據(jù)角色解剖學(xué)特征搭建骨骼層級，確保關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)符合生物力學(xué)原理，避免動(dòng)作失真。使用IK/FK混合系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)骨骼、次級動(dòng)畫等高級綁定技術(shù)，提升角色動(dòng)畫的交互性和真實(shí)感。通過混合形狀（BlendShape）或骨骼驅(qū)動(dòng)面部綁定，實(shí)現(xiàn)細(xì)膩的表情變化和口型同步。骨骼層級結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)物理模擬引擎剛體動(dòng)力學(xué)模擬流體與煙霧模擬柔體與布料模擬交互式實(shí)時(shí)物理模擬物體碰撞、重力、摩擦力等物理行為，實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界的力學(xué)效果，如倒塌、滾動(dòng)等場景。通過粒子系統(tǒng)或有限元分析模擬布料、毛發(fā)、旗幟等柔性物體的動(dòng)態(tài)效果，增強(qiáng)視覺真實(shí)感?；赟PH（光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)）或網(wǎng)格法模擬液體流動(dòng)、煙霧擴(kuò)散等復(fù)雜流體現(xiàn)象，適用于特效制作。結(jié)合游戲引擎（如Unity、Unreal）的實(shí)時(shí)物理計(jì)算，支持用戶交互式操作和環(huán)境動(dòng)態(tài)響應(yīng)。05渲染技術(shù)演進(jìn)離線渲染器架構(gòu)分層渲染系統(tǒng)離線渲染器通常采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括場景解析層、幾何處理層、著色計(jì)算層和合成輸出層。這種架構(gòu)允許并行處理復(fù)雜場景數(shù)據(jù)，支持多通道渲染和后期靈活調(diào)整。分布式渲染框架高端離線渲染系統(tǒng)采用分布式計(jì)算架構(gòu)，通過任務(wù)調(diào)度器將渲染任務(wù)分配到集群節(jié)點(diǎn)，顯著提升《阿凡達(dá)》等超大規(guī)模影視項(xiàng)目的渲染效率?；谖锢淼匿秩竟芫€現(xiàn)代離線渲染器如Arnold、RenderMan均實(shí)現(xiàn)PBR管線，包含光線傳輸模擬、材質(zhì)雙向反射分布函數(shù)計(jì)算、體積光散射等物理精確模塊?？蓴U(kuò)展插件體系專業(yè)渲染器提供開放的Shader和AOV插件接口，支持工作室定制毛發(fā)、流體等特殊效果的處理模塊。實(shí)時(shí)渲染管線圖形API抽象層實(shí)時(shí)渲染建立在DirectX/Vulkan/Metal等圖形API之上，通過統(tǒng)一資源管理接口實(shí)現(xiàn)跨硬件平臺(tái)的指令提交和同步控制。多級緩存機(jī)制包含頂點(diǎn)緩存、紋理緩存、幀緩存的多級數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系，配合預(yù)計(jì)算光照貼圖、環(huán)境探針等加速技術(shù)，維持60FPS以上的渲染幀率?？删幊讨芫€現(xiàn)代GPU提供VS/HS/DS/GS/PS全可編程著色階段，支持曲面細(xì)分、視差映射等高級效果，同時(shí)保持微秒級延遲。異步計(jì)算架構(gòu)采用ComputeShader進(jìn)行后處理效果并行計(jì)算，與圖形管線形成異步執(zhí)行流水線，顯著提升復(fù)雜場景的吞吐量。光線追蹤原理光線生成與投射從虛擬攝像機(jī)發(fā)射主光線，通過屏幕像素坐標(biāo)反算三維射線方向，運(yùn)用BVH加速結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)場景快速相交測試。01遞歸光照計(jì)算遵循渲染方程實(shí)現(xiàn)光線遞歸追蹤，包括直接光照、間接漫反射、鏡面反射、折射等光路模擬，采用俄羅斯輪盤賭算法控制遞歸深度。蒙特卡洛積分通過多重重要性采樣對半球空間進(jìn)行隨機(jī)采樣，使用低差異序列減少噪聲，逐步收斂到物理正確的全局光照結(jié)果。降噪與重建結(jié)合時(shí)空累積濾波、深度學(xué)習(xí)降噪網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，在有限采樣數(shù)下重建高質(zhì)量圖像，平衡計(jì)算成本與視覺保真度。02030406行業(yè)應(yīng)用方向影視特效流程前期概念設(shè)計(jì)粒子與流體模擬動(dòng)態(tài)捕捉與動(dòng)畫制作合成與調(diào)色通過數(shù)字繪畫和3D建模技術(shù)構(gòu)建場景、角色及道具的視覺原型，為后續(xù)制作提供明確方向。利用高精度傳感器采集演員動(dòng)作數(shù)據(jù)，結(jié)合骨骼綁定與關(guān)鍵幀技術(shù)實(shí)現(xiàn)角色自然流暢的動(dòng)畫表現(xiàn)。通過Houdini等工具模擬爆炸、煙霧、水流等復(fù)雜物理效果，增強(qiáng)場景真實(shí)感與視覺沖擊力。將CG元素與實(shí)拍素材分層整合，使用Nuke或AfterEffects進(jìn)行色彩校正、光影匹配及景深處理。游戲開發(fā)集成實(shí)時(shí)渲染技術(shù)通過LOD（多層次細(xì)節(jié)）模型減面、貼圖壓縮及烘焙光照貼圖，平衡游戲性能與視覺效果。角色與場景優(yōu)化物理引擎交互跨平臺(tái)適配采用Unity或UnrealEngine的PBR材質(zhì)系統(tǒng)與全局光照方案，提升游戲畫面在動(dòng)態(tài)環(huán)境中的真實(shí)感。集成PhysX或Havok引擎實(shí)現(xiàn)碰撞檢測、布料模擬及破壞效果，增強(qiáng)游戲交互性與沉浸感。針對PC、主機(jī)及移動(dòng)端的不同硬件特性，調(diào)整渲染管線與分辨率適配策略以確保