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《哪吒》《大圣归来》在技术上是否已达到美国迪士尼梦工厂水平? 第1页

  

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==========以下是原回答正文:

云泥之别。别到什么程度呢?

我能让你冲着这个回答叫爸爸。。。。

好,现在来回答了。

(当然 这个差距,正在缩小,详见我们自研软件的开发进展):

问题只问了技术上的差别,那我也就只谈技术上的差别,如果谈艺术上的差别,那只需要拿出一部 inside out(头脑特工队),估计是我国十几年内出不来的作品。

回到技术上,首先毫不客气的说,包括迪斯尼在内,整个CG产业,都是皮克斯这个祖师爷赏饭吃的结果,详情请见之前的文章

那么接下来,我展开列举一些迪斯尼集团的“技术”给大家细品一下,迪斯尼集团,是一个包含了皮克斯, 卢卡斯影业(工业光魔),福斯,等IP厂商, 以及全世界各大主题游乐场,地产,还有6个科技研究院(麻省理工学院的图形学研究部门,苏黎世理工学院的图形学研究部门,工业光魔,皮克斯研究院,迪斯尼本部)的大集团。

做CG动画,首先是要有工具,工具所带来的的产能,决定了动画作品品质的下限。

在中国, maya, 3D max, houdini, AE。。。。。凡所能盗版到或者买到的软件,以及一些有限的开发, 通常就定义了工具的全部了, 这些工具就好像如来佛的手掌一样,把艺术家发挥的范围限定在了它们的功能所构成的包体内。

但迪斯尼不一样,它的6个研究院,可以给他创造工具。

先举一个例子, 蒙皮大家都知道, 一个CG角色有一层外表网面,里面有个骨骼,然后艺术家给骨骼点刷上权重,骨骼的运动从而驱动“皮肤的运动”形成角色动画。

这个技术它有个巨大的问题,就是权重很难刷,导致了在低成本的情况下,像是胳膊肘、胳肢窝, 这些关节曲折的地方会产生诸如扭曲,穿插,畸变等问题,比如:

迪斯尼看了看手上的劳力士,说:“那么,就让我们来彻底解决这个问题吧。”

于是开发了基于有限元仿真的动画系统,就是造火箭一样样的有限元分析,他们自己开发一套来做动画。

这东西是怎么开发的呢?

研究人员先根据动画里大形变的需求重新推导了有限元积分的quadrature rule, 来保证软体在大形变下的形变可靠性,详尽的论文链接是:

新的积分方法在大形变下可靠性 https://www.zhihu.com/video/1243872513219911680

使用稀疏hex网格离散动画角色

基于牛顿迭代的非线性方程求解法

用多重网格算法来做其中的雅克比系统求逆

通过CCD(连续碰撞检测)来检测穿插并作为碰撞约束带入求解器中,于是得到的形状绝无穿插

所有的代码基于并行运算开发,能以4fps的速度通过超级计算机进行求解运算。


最终得到这样一个系统

https://www.zhihu.com/video/1243873420678377472

在这个系统中,动画角色被分为充满实体的有限元小块,其控制骨骼则是实实在在的刚体, 动画师通过操作这些骨骼来驱动有限元分析运算,产生自然的形变和无穿插的运动,动画师的一个鼠标操作指令会被送到工作室内的超算上进行运算后返回求解完的形态, 整个来回在当时可以达到4~8fps。


以下是他们和他们以前用的产品级rig的对比。

什么叫解放生产力, 发展生产力, 制造更好的生产工具?

当然这些效果的提升,大概也就


在后来zootopia里, 迪斯尼已经不满足于用统一的软体来描述一整个角色了, 于是搞了肌肉-皮肤仿真, 肌肉是一种各向异性(带纤维方向)的弹性材质, 在受力时不同的方向其膨胀,压缩效果是不同的,可以更逼真的呈现有血有肉的角色。

https://www.zhihu.com/video/1243899438957068288

通过皮肤仿真来体现皮与肉之间的滑动以及皮肤的褶皱


https://www.zhihu.com/video/1243899696663785472

用骨骼驱动肌肉仿真再驱动皮肤仿真来表现筋肉型角色。

https://www.zhihu.com/video/1243899917627936768

使用了全套仿真方案和不使用的对比, 在同一个动画动作循环上。

科学技术是第一生产力。

以上所展现的两个案例, 仅仅是管中窥豹的可见一斑, 同样的例子, 随便举还有:

大家都知道抠绿是件麻烦的事, 很多人以为, 抠个绿幕有什么难的, 不是早都被软件解决了么, 迪斯尼看了看自己手上的劳力士, 觉得并不是的。

于是呢,在siggraph2016上,他们提出了一种基于color unmixing的自动绿幕抠图方案, 论文题目是Interactive High Quality Green Screen Keying via Color Unmixing

这个绿幕抠图它达到什么效果呢???前方高能

注意它把这个动态模糊都能很完美的抠下来。

注意这个透明的镜片,以及其它那些头发丝部分,是在和我开玩笑么?迪斯尼图像算法这么厉害,国防部知道么?

完整视频以及更多的对比如下

https://www.zhihu.com/video/1243904573602590720

这个算法,在论文中,迪斯尼的研究人员指出为整个制作流程节约了90%的劳动工作时间


就更不需要提为了冰雪奇缘研发的MPM算法

https://www.zhihu.com/video/1243904980752658432

为了海洋奇缘研发的FAB算法

https://www.zhihu.com/video/1243905194028908544

更不要提他们在渲染,动画等多个领域的其它工作。


这些算法的论文, 全都发表在SIGGRAPH会议上, 收录于ACM Transaction on Graphics期刊中

SIGGRAPH是CCF(中国计算机科学学会)列为A类的会议, TOG是JCR 1区的期刊, 中科院的资料显示“极难”在这两个期刊发表论文。 在任何一个国家的科学评价体系中, 这些都是顶级的科学技术研究。

那么在这方面, 迪斯尼+皮克斯总共有多少论文呢?

大家可以自己去数, 点开他们的论文列表, 花了好久拉到底, 竟然还有好几页?。

要知道, 不同于计算机视觉或者AI之类的灌水大会, SIGGRAPH是一个每年接收论文才80~100篇的高标准会议, 而迪斯尼, 皮克斯的这些研究, 全都是应用数学科学的硬核算法研究。

现在, 你来和我说技术上我国影视业已经和他们差不多了? 恐怕就目前来讲,算上全世界所有其它同行和科研机构的力量(维塔除外,技术上新西兰的维塔可以与迪斯尼家单挑不怂), 也只能和他们勉强打平手啊。。。。就说咱们用的软件, maya houdini max, 这些都已经被迪斯尼皮克斯甩出外太空了, 更别说我国低成本,低研发,只会制作的劳动力密集型影视行业了。

当然,以上罗列的技术,在整个影视动画工业用到的技术里,只是冰山一角,聊以吸引人眼球而已,大家一定要记住,我的用词“比如就有这么个技术xxx”。

下面这个回答里提到的内容,可作为很好的补充。


最后,革命尚未成功,同志任需努力。我费心尽力做这些科普工作,是希望带领大家在这个领域睁开眼看世界。 先看到差距,我们才能去追赶。

中国是个超级大国,无论在哪个领域,都不能落后于人。




给读者的一些话:

很多人在底下阴阳怪气地调侃吴京老师,调侃战狼、流浪地球、这些言论人令人不齿。

事实上,吴京老师是我十分敬仰的人物,他的战狼开启了中国电影的新类型,不计损失带资入场完成的流浪地球,也开启了中国科幻电影的希望。

他屡屡依靠自己的硬核信念,拳打被资本操控的影视市场,真正给中国电影带来了希望,是我的偶像之一。

多年前在美国看战狼2,全体中国人起立鼓掌的场景依然历历在目,海外中国人苦啊!后来美国政府拆平了那个影院。(湾区stevenston那家影院)。

也是或多或少受战狼影响,我决定回国来做事。

我和一群小伙伴,正是掌握这些核心技术和算法的人,而我们也正在做一些“很傻”的事情,用爱发电。

所以看这个文章,如果只看到“美吹”,甚至调侃中国近年来的进步,这是我所不耻的。

我写文章的目的,是希望大家能看到差距,并且努力学好数学与应用数学、物理、计算机科学,在相关领域奋起直追。为国家作出贡献。而不是让大家在这里做无谓的争吵。

更新,回国后创办的企业最新的一些研发进展:

新特性的进展

新实战场景案例:

ZENO的zfx语言

ZENO作为一个可视化编程编辑器的完备性:

zenustech的主页:

最近随着zeno越来越成熟,已经能稳定地用zeno的工具制作出大场面啦!比如:

https://www.zhihu.com/video/1422049544293445632

我们泽森科工资金充裕,希望更多的有志之士加入和我们共建国产产业软件。

最新研发进展:我们在zeno也完成肌肉仿真系统从肌肉-肌纤维系统的的自动构建算法到各向异性超弹性有限元的肌肉材料的仿真计算啦!

https://www.zhihu.com/video/1432288049669124096

我们需要:

Vulkan高级工程师,leader。

图形可视化算法工程师,组员。

UI Qt工程师, Leader,UI设计师、QT工程师。

数值算法,高性能运算、图形算法R&D,共两位。

欢迎同学简历投送 zhangshinshin@gmail.com

微信 shinshinzhang


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要知道回答这个答案其实挺简单的,答案其实就是远远没有达到。

处于什么水平?

我之前在吹b哪吒的时候已经做了一个大致的比较。

如果简单的因为3d动画是美国人发明的这么一个原因,用以说明中国最卖座的动画技术不如好莱坞,显然是远远不够的。

简单的例子,手机不是中国人发明的呀!网络支付也不是!无人机更不是!他们在世界上又处于什么位置呢?

其实3d动画也是一个偏技术向的生意,是生意就要有市场,足够大的市场才能才能促使资金有足够的动力进行投入去赶超。

先说看动画的二次元人群,b站拥有全中国70%的看动画人群,他们大量消费动画产品,然后自己去b站看看他们看的什么,9成以上都是用更廉价的成本制作的2d动画。回到电影动画,2019出个爆款哪吒,才使全年动画票房突破70亿,而上一个爆款是5年前勉强不到10亿的《大圣》,而好莱坞那头仅皮克斯一家每年的票房收入就能达到5-6亿美金,这还不包括迪士尼,梦工厂,蓝天,索尼动画。。。

如果可以稳定赚钱,当然会投入更多研发更好的技术,投入更多的人力,在加上人才的教育和公司间的流动,使得每家互相有成为一种良性的竞争关系,进步当然更快速。

反观国内,众所周知的是哪吒的制作本身就是依托于无数中小动画厂合力而为,这就已经谈不上以后可以做到什么技术突破了,他们制片组包括大圣的制片组其实最高的要求已经是在完成想法的同时尽量达到整体的统一和画面的平衡,这点当然他们做的不错。但是要作为一个团队所应该做的技术积累和突破,就没那么多了。因为你连一个完整的团队都没有的话,哪来的科学部门,编程部门专门制作更先进的技术革新呢?而出门左转可以问问任何一个好莱坞特效团队,动画团队,这些部门都是标配。

你去看看一样是做生意的各个手机厂家,大疆,小米。。。能冲到前面谁没有培养自己人才和进行基础投入的资金呢。

说完这些总结一下,哪吒和大圣的成功其实完全不是技术,所以就别纠结了,没那么大的市场,你怎么也赶不上也没必要赶上。我们用着别人玩剩下的技术一样有我们自己讲故事的活力。而且乐观点你会看到,好莱坞的3d动画大厂技术逐渐也进入瓶颈,花同样的力气已经没有更加出彩的效果带给观众了,而更多更便捷的技术却逐步被普通民用软件普及,我们正在快速追赶,可能永远赶不上,但真没关系。


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迪士尼是可以为了只做一个好看的雨景,去研究专门的实现方法,然后发几篇论文在SIGGRAPH推动图形学发展的这么一个存在。

也是可以随意嫌弃市面上商业渲染器(vray什么的)都是垃圾,一怒之下自己写渲染器,写物理模拟,写有限元分析的存在。

举一个例子。

你如果看过全局光照的基础书籍,Physically Based Rendring,里面会提到Disney Principled BRDF,迪士尼原则的双向反射分布函数工作流。

这套渲染管线的优点就是,物理准确(不是百分百基于物理),用十来个易于理解的参数模拟大部分常见材质,方便艺术家生产。

这些年做电影特效,游戏美术资产的问题不在于能不能做出来,而在于做得快不快,方不方便,便宜不便宜。

学术界搞了一大堆非常物理的渲染方式,好是好,但通常都是一群精通数学,物理,计算机的人搞出来的,理解都很难,在实际生产中使用门槛很高,极其难用。毕竟让工业界的艺术家和建模师们理解几何光学,理解波动光学,理解材料的物理特性,才能理解那些参数的性质,然后调出一个比较真的材质,是不是有点做梦了?

再加上没有一个统一的标准,各家渲染器都用的不同的模型,那叫一个乱,学都学不明白。

于是迪士尼就自己搞了一套方法,在保证效果总体上还是很“物理”的情况下,大幅度降低了艺术家们的上手难度,材质参数也变得容易理解。这不仅大量提升工作效率,还帮企业省钱了。

所以这套方法直接被影视特效制作和游戏开发大量应用,unreal和unity都是默认支持的,它成为了事实上的标准,现在的渲染器,DCC软件,要是不支持迪士尼PBR,好意思拿出来?

你玩过的游戏,看过的电影,就有相当大一部分受益于这套方法。只是你不知道而已。


国内做出的大圣归来,流浪地球,当然非常优秀。但是还停留在使用别人的工具和方法上面,不信你去问问那些团队用的是谁的工具。

流浪地球告诉你特效70%是中国团队完成的,但是不会告诉你渲染器和各种优秀的生产工具,95%是国外的。

70%是指员工百分比。锤子手机还可以99%都是中国员工呢,里面的芯片有多少是国产?

而且,就算是使用别人的工具,用得也不算熟练,很多东西也是靠感觉,靠瞎摸索,靠口口相传,没有系统的方法,没有积累,没有形成能传承下去的文档资料,大多数情况,只要“看起来对”就ok。(虽然“看起来对”是图形学里很认可的一种检测手段)。

也就是说,国内的特效渲染水平,取决于国外提供的渲染器的上限。我们的美术人员还在勉强触摸那个上限,一旦渲染器给不了某个功能,我们也没办法。

而迪士尼觉得手头的工具达到上限了,就会造新的工具,图形学就这么发展了。

我们能做出流浪地球,大圣归来,一大原因是我们享受了很多图形学前沿成果。就像现在的财务可以用Excel用各种统计软件,一个人干上个世纪没电脑的时代几个人才能干的活,那不是因为这个财务牛逼。

我不是说让做动画和特效的团队,都去搞R&D,去研究图形学。我只是在说现状,国内仅仅是使用工具做动画和特效,都已经很难赚钱了。靠研究图形学,自制渲染器或游戏引擎营利,基本等于做梦。

恶性循环,差距大-不赚钱-没人才-差距更大-更不赚钱-更没人才。想想国内优秀的特效和美术从业人员才多少,在这个数上乘以百分之一,大约就是我国有一定实力的搞渲染器或游戏引擎的图形学人才数量。

最后再打个比方,假设迪士尼是摄影师A,国内的美术制作水平相当于摄影师B。

A拍了张很好看的照片,然后使用Photoshop修图,最后得到一张大作。

B也有样学样拍了个不错的照片,依靠不错的后期能力,几乎在审美上能达到A的百分之八九十。

B以为自己跟A差不多了。

这时候,B走过去一看,发现A修图用的Photoshop,里面跑了一堆A自己写的插件,甚至一些插件可能会被Adobe官方集成进Photoshop下一版本,变成内置功能。

B又发现A使用的相机是市面上能买到的,但是里面的关键元器件几乎都被魔改/替换过了。剩下的相当一部分零件还是自己做的。A在影像器材的标准制定上非常精湛,他拥有大量制作相机的技术专利里。

都是摄影师,但之间差距可能比人和狗还大。


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这两部国产动画电影在技术上与迪士尼梦工厂有相当大的差距,但是,制作团队在非常有限的预算和有限的技术能力、残缺的上下游产业链现实中能搞出来这样高质量的作品非常不容易。补充 @张心欣 的回答,中美动画电影的技术差距不只是图形学/物理仿真的算法科研差距。

电影工业是一个非常复杂的系统体系,中美在这个领域的技术差异主要是:

1. 与3D生产力软件整合的,完整的production line软件,从资产管理、任务、工作项管理,多种数据流规范统一,将整个工作室从前期概念设定、场景、角色、镜头、灯光、烘培、配音配乐、本地化全流程统一数字化管理的软件系统。

production line软件的技术难点不少,除了业务逻辑极其庞杂,还需整合各个3D软件API和格式,处理巨大的文件数据,就一个对几百种资产的预览查询功能就足够开发一年的。美国大production公司几十年来持续迭代,软件、团队、业务紧密耦合,短期是不能比。这几年中国的电影特效行业才起来,我只知道做乞丐版的有几个国内厂商,卖几万元一套,一年也就卖个十几套,太苦了,还是只能等大的电影公司起来慢慢积累。

2. 强大的inhouse TA团队,持续为新的艺术效果提供开发支持,许多vfx都需要对算法进行专门的调制,例如weta为指环王战争模拟做的大规模群体AI,《木乃伊》里的肌肉模拟。请注意,这些根据项目需求的开发在大多数时候并没有什么高大上的创新,很多都是简单的算法但能极大加速电影制作或提升品质,实现第三方插件无法实现的效果,例如《寻梦环游记》里渲染大场景的时候先对静态灯光进行culling,然后号称提速了几百万倍,其实这是实时渲染很常用的trick,能被制作人员当个feature宣传,我很尴尬。

从毛发到rig,从物理到渲染,从程序化生成到批处理,inhouse 的开发团队绝大多数时候都是写脚本,调trick,做编辑器UI工具,少部分时候翻论文,抄别人的实现,能有创新做出科研搞出新方法发论文就是凤毛麟角了。能不能做科研不是电影质量的决定性因素,但脚本写得好不好能极大影响质量。举个例子,《哪吒》里有一个鳞片汇聚成鳞甲的镜头,三流的公司手工插片(我读研的时候还真有个同学做故宫的琉璃瓦一片片手工摆),二流公司用插件结合script自动摆,一流的公司自己写个工具程序化生成,还把各种效果参数露出来做成编辑器给艺术家手调,渲染在自家云上实时看结果,给导演审镜头的迭代速度快一个数量级。在三流公司无法完成这个镜头找替代方案的时候,二流公司调一遍被导演喷回来重调,一流的公司已经调了十遍定稿了。

3. 长期积累的高质量,风格统一的巨量基础资产库,植被、小动物,建筑、天气,灯光配置、各种材质,rig模版... disney虽然人员成本高,但《finding nemo》拍三集,每集素材复用率高啊,其中积累的一些水啊鸟啊船啊交通工具什么的模型都能用在别的电影里,TA和艺术家集中精力在新角色新场景上。做《哪吒》多苦逼,所有资产从零开始,就不要期待贴图和rig有多精致了。

4. R&D与production一体化,长期积累的巨量小工具,从镜头混剪,到动捕数据清理,到各种vfx,例如天气编辑器,服装编辑器(现在第三方MD做的也不错),肌肉解算工具(第三方ziwa也能用)等等,每一个好用的小工具都是几个程序员几年持续迭代的心血,我国目前大多数从业人员maya软件还没摸熟,houdini更是没听过,动画电影行业理工科从业人员极少,能写脚本的工作室都不多,就别说这种算法复杂度极高的渲染/物理生产力工具开发了。什么时候饺子的工作室招了一个写算法的团队,就是告别作坊模式进入工业化的开始:)

5. production line各步骤数据标准,与硬件耦合度高,例如出2k的LDR与出4k的HDR渲染时间开销可以差几十倍。

6.合成,渲染,绑定,贴图,灯光,各个步骤的工艺,看起来是艺术家用软件的问题,其实都是积累踩坑的技术点,例如左右眼3D渲染焦平面摆那里,怎么让焦平面跟着角色走,在镜头师傅那全是技术细节。

对于动画电影大厂,在这么一大堆中间件和素材库以及高效的生产软件支持下,根据分镜头拼一个proof of concept的动画可能质量就强过一些小厂的成品了。

倒是那些被disney,pixar拿来PR宣传的东西其实没有也不影响电影的质量,例如《冰雪奇缘》里的那个发了siggraph的雪的物理算法,并不跨越式提升这个电影的质量和技术水平,毕竟每个电影技术feature点只有那么一两个,99.99%的制作是行业成熟工艺。

在图形学和物理领域,我国也有不少大牛,像浙江大学CAD国家重点实验室也是世界名列前茅的图形学科研机构,但像好莱坞那样,以LA为中心形成一个从南加大、斯坦福与美国一众名校图形学科研与电影产业互相促进还有一段路要走。

国产动画电影缺的是长期积累的、系统化的电影工业生产技术体系。要相信中国人的勤劳和奋斗精神,只要市场放开自由竞争,技术上无限接近好莱坞,我认为无非就是再熬十年而已。

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那难怪这个上古文明衰亡了




  

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