繪畫般的陰影

*對我們而言，風格化渲染的一大挑戰始終在於陰影的處理。以下是我們針對《過度生長》計畫所採用的解決方案。 *

TL;DR（簡而言之）：如果您只想看乾貨，請直接跳轉至“具體做法”部分。

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引言

風格化渲染——更具體地說是「繪畫風格」渲染——面臨著許多挑戰。若要讓畫面完美呈現預期的藝術風格，必須考慮3D渲染的各個面向。然而，往往總有那麼一兩個環節會暴露電腦生成影像那種過於精確的特質，從而破壞整體觀感。

對我們來說，「投射陰影」的處理往往就是這種破壞風格統一性的痛點之一。完美的3D渲染陰影會將物件的精確輪廓與細節投射到背景上，這種​​效果極易破壞原本優美的繪畫風格氛圍。

這是一個相當棘手的問題，因為陰影效果取決於光源、投射陰影的物體以及承接陰影的表面。我們不能僅僅透過調整被渲染物件的形狀、紋理或表面材質來實現風格化，而必須設法介入渲染流程本身。

歷程

先前，我們曾嘗試將這種繪畫風格的陰影效果融入我們的藝術追求中，但要么難以實現，要么因優先級不高而不值得投入過多精力。

在《Wing It》計畫中，我們透過嚴格篩選哪些物體投射陰影、哪些不投射，來實現陰影的風格化。在某些情況下，我們甚至創建了「陰影代理（shadow proxy）」——也就是用一個簡化版的物體來取代原始物體進行陰影投射。這種做法去除了大量細節，使陰影形狀變得更加簡潔。

在《Project Gold》計畫中，我們對整體藝術風格的呈現相當滿意：破碎的輪廓、表面處理以及漫反射與高光著色都營造出了理想的繪畫質感。唯獨陰影部分，我們始終未能將其調整至與整體風格完全契合。不過，最終呈現的效果倒也還算過得去。我們保持了投影相對柔和，並利用筆觸幾何體（brushstroke geometry）凹凸不平的表面來打破陰影的完整性。然而，這些陰影並未真正與整體美術風格融為一體。

現在

到了《過度生長》項目，那種極其乾淨、完美的 CG 陰影問題再次出現了。這一次，解決方案似乎顯而易見：與其試圖讓陰影本身呈現出繪畫質感，不如直接讓投射陰影的物體邊緣具備繪畫風格。事實上，Andy 已經對投射陰影的物體（shadow casters）進行了大量塑形，以確保產生美觀的陰影形狀。我們只需更進一步，在物體邊緣仔細生成能投射出繪畫風格筆觸的幾何體即可。

為此，我們可以直接利用先前為《Project Gold》開發的 Brushstroke Tools（筆觸工具）設定。只需沿著想要投射陰影的物體的輪廓繪製一條曲線，這些筆觸就能為物體的陰影增添豐富的筆觸細節。

陰影投射體（Shadow Casters）

在我們的製作流程中，許多陰影都是透過「陰影投射體」手動放置的。這是一種簡單的網格模型（通常是平面），對攝影機不可見，其唯一作用就是投射特定的陰影。這是手動控制明暗區域的重要光照工具。

由於《過度生長》的美術風格包含非常銳利的陰影，陰影投射體的形狀會清晰可見。因此，Andy 利用幾何節點（Geometry Nodes）設定將矩形平面進行了圓角處理，甚至嘗試賦予其帶有紋理的邊緣，以略微柔化邊緣效果。於是，將邊緣轉化為筆觸線條的想法便順理成章地產生了。這就像提取邊界邊作為曲線，並將其輸入到「筆觸工具」（Brushstroke Tools）的節點組中一樣簡單。

其他情況

這種方法效果極佳，對於我們現有的投影體（shadow casters）而言，幾乎無需額外工作。但處理任意 3D 幾何體則要複雜一些，尤其是涉及動畫的情況下。

輪廓

首先，我們需要根據光源位置，沿著 3D 網格（mesh）的輪廓產生一條曲線，這樣筆觸才能沿著陰影的邊緣排列。

幸運的是，利用幾何節點（Geometry Nodes）可以輕鬆實現這一點。我可以沿用之前在 Wing It 專案中製作輪廓線時所使用的技術。唯一的差別在於，產生輪廓線的參考視點不再是攝影機，而是光源。

自陰影

這種方法的一個主要問題在於，如果直接在網格表面產生筆觸，筆觸本身也會在網格上投下陰影。還好解決這個問題並不難：只需在投射陰影的物件的著色器節點（shader nodes）中稍作設置，根據光線距離來控製筆觸陰影的淡入效果即可。

這樣一來，陰影只會投射在較遠的位置。當然，接觸陰影（contact shadows）也會受到影響，但我們可以微調距離範圍，在保留所需陰影的同時，剔除不想要的陰影。

運動與變形

當幾何體發生移動或變形時，陰影的形狀也會隨之改變，因此筆觸也需要相應地變化。然而，若要透過程式化方式產生筆觸，並確保它們在變形過程中保持連貫、不出現突兀的閃爍或消失，難度實在太大，甚至可能導致工作量激增。

有時候，為了推動項目，適時放棄某些想法、轉而採用實際可行的方案反而是明智之舉。所以，很遺憾，這種方法並不能提供那種「一鍵生成、且看起來像手繪筆觸一樣穩定」的完美解決方案。

不過，如果你願意多按一個按鈕，在我看來，這個方案的效果其實已經相當接近理想狀態了。

只要動作不是特別劇烈或複雜，陰影其實並不需要太大的變化；它們主要需要跟著網格（mesh）一起移動。因此，一個合理的解決方案是：選取鏡頭中的某一幀作為代表，產生筆觸效果，然後在鏡頭的其餘部分讓這些筆觸隨幾何體一起變形。

另一個方案是利用「模擬區域」（simulation zone）來更動態地更新陰影。例如，可以設定每隔 4 幀觸發一次更新。這種做法雖然仍會產生「跳變」（popping）現象，但這種跳變可能會讓人感覺是刻意為之的藝術效果。

對我們而言，最佳方案是挑選合適的一幀並將其應用於整個鏡頭，因為我們的美術風格不希望出現任何跳變現象。此外，也可以針對不同畫面上的不同光照角度，烘焙兩組或多組陰影。這樣既能涵蓋不同的角度，又能避免跳變問題。

在製作《過度生長》的預告片時，我們決定選擇性地添加這種具有繪畫感的陰影，只在能產生顯著效果的地方使用。這樣一來，逐一添加陰影的工作量適中，我們無需費心建立一套複雜的程式化系統——畢竟那類系統往往容易出故障。

操作指南

可下載檔案：

Blender 文件 - 6.5 MB - CC-BYshadow_outline-resources.blend

（相容於 Blender 5.2 LTS 及更高版本）

• 請務必使用硬邊緣（銳利）的光源作為主光源。這是投射出清晰筆觸影像的必要條件。

• 將資源檔案中的 LGT-shadow_outline 物件追加（Append）或連結（Link）並覆蓋（Override）到您的場景中。

• 在修改器屬性中：
• 選擇您的主光源並指定其類型（聚光燈和麵光均視為點光源，因為它們基於位置進行定位）。
• 選擇投射陰影的主體物件。

• 找到一格能體現場景陰影特徵的畫面。

• 調整設置，直到獲得滿意的效果。

  

• 開啟「幾何節點」（Geometry Nodes）編輯器，找到標示為「Bind Single Frame」（綁定單幀）的烘焙節點，將產生的筆觸烘焙並綁定到表面。此時，筆觸應已附著在表面上，並將在動畫的後續部分跟隨表面移動。

• 可選步驟：烘焙整個鏡頭的變形效果。如果你使用了「細分曲面」（Subdivision Surface）修改器，這一步很有用，因為拓樸結構發生變化時，綁定關係會失效。

• 如果陰影形狀與你烘焙的那一幀相比變化過大：
• 你可以選擇使用動態筆觸…

• ……或直接複製陰影輪廓對象，找到能覆蓋缺失範圍的另一幀，然後重複上述過程，直到主體被陰影輪廓完全覆蓋。

在設定渲染參數時，需要注意一些事項，以避免奇怪的偽影。

• 將「透明反彈」（Transparent Bounces）次數至少設定為與筆觸數量相同。數值越高效果越好，但這可能會導致渲染速度變慢。

• 確保除陰影以外的所有物件都處於不可見狀態。如果使用的是物件資產（object asset），預設應該就是這種設定。

大功告成！

進階技巧：筆觸風格輪廓線

同樣的技術也可以用於其他場景。本質上，該設定是根據光源的視角產生輪廓線。但也可以根據攝影機的視角產生筆觸風格的輪廓線。

這不是我最推薦的輪廓線製作方法，而且需要一些額外的設定。請知悉！

只需將攝影機物件選作光源物件（設定為點光源），並確保物件及其著色器在攝影機視野中可見即可。

就是這樣！不妨試試資源檔案中的陰影輪廓，並在自己的場景中營造出繪畫般的視覺效果。請務必使用 Blender 5.3 Alpha 版本。