數(shù)字人、虛擬形象的開發(fā)逐漸成為了新興的技術議題,，除了用于虛擬真人類形象,，數(shù)字人的開發(fā)技術也能讓角色表情更加生動，并且與觀眾互動,。近期,，Unity 技術團隊制作了一個數(shù)字人Demo，很多業(yè)內(nèi)人士都對此表示很有興趣,。

在Unity技術開放日-上海站上,，Unity技術美術團隊和技術團隊就為大家介紹了這套基于 Unity的數(shù)字人生產(chǎn)流程。本文截取了其中的重點內(nèi)容,，如果你對數(shù)字人感興趣不妨繼續(xù)讀下去,。

“關于數(shù)字人臉部動畫的制作，我們是用手機蘋果 ARKit 方法進行面部表情捕捉的,?！?a class="insidelink" href="http://shcjtec.com/Item/69424.aspx" target="_blank" title="Unity">Unity TA團隊的講師Michael說道。

關于面部表情捕捉,，這其實是另外一項技術,，需要搭配蘋果手機并使用Face Cap app軟件,，面部表情捕捉可以提供更高精度和細節(jié)的面部表情。通過使用 FBX 文件導件,，可以用左邊的白模把動作移動到角色上,。

有關虛擬人創(chuàng)作主要分為兩個主題，一個是渲染,，一個是流程,。接下來讓我們看看渲染部分的內(nèi)容。

虛擬人頭發(fā)渲染

渲染這里首先要做的第一件事,，就是用機器掃描一位真人,。

Unity最近發(fā)布了全新的頭發(fā)系統(tǒng)?；绢^發(fā)制作流程是用Maya X-gen來做頭發(fā)，X-gen主要工具也是現(xiàn)在很多影視團隊的選擇,。之后再導到Unity里,，生成tfx文件并在Unity里做頭發(fā)的渲染。這套頭發(fā)工具集成了AMD的頭發(fā)技術,，所以格外逼真,。

在設置我們可以將不同的配置進行分組，每個配置文件都可以調(diào)細節(jié),。頭發(fā)工具共分三個主要區(qū),，一個控制頭發(fā)生成，一個控制頭發(fā)動態(tài),，最后一個控制頭發(fā)顏色, 美術師可以設計自己的組, 另外發(fā)尾部分的寬闊度也是可以動態(tài)調(diào)整的,。

Unity將頭發(fā)系統(tǒng)集成到HDRP（高清渲染管道）的頭發(fā)材質(zhì)里，用頭發(fā)黑色素物理參數(shù)調(diào)出喜歡的發(fā)色,，也可以用Dye Color直接加入一個你想要的任何顏色,。

虛擬人制作流程

整個過程很簡單，首先要根據(jù)FaceCode標準掃描極限表情,，由模特在光場設備里做出那些表情,，并被拍攝下來。剩下的事就是關于模型清理工作了,，目前這部分也可以交給AI 算法來做從而實現(xiàn)節(jié)省人力的目的,。

當我們清理出模型之后便需要開始做BlendShap（以下簡稱BS）拆分，關于這一部分方法有很多,。FACS 在理論上人支持60個極限表情,，從解剖學上講，這60個表情可以非線性地組合出任意表情,。但是我們做表情對話時,，沒辦法只用60個表情就做出所需的所有表情。因此，這就涉及到BS拆解過程了,。拆解的數(shù)量,，與用戶想追求的精度相關，也跟成本相關,。在此項目中僅僅掃描了45個有代表性的極限表情,，并拆分出了300多個BS。

有些算法有可能會進行重復拆解,。實際上BS和BS不是完全疊加而回歸到極限表情,，它可能有些加和減的關系。如果AI將BS拆解成這樣時就可能需要人為進行修正,。比如一個嘴唇往下的動作是幾個 BS 的組合,，但是有一個BS是凹進去的，那么這個凹進去的就需要人為進行修正,。因為這些極限表情和別的表情組合的時候會出問題,。出現(xiàn)這種問題的時候，就需要人為進行修正,，因此自動拆的算法還需要演進,。

我們可以把表情貼圖簡單地劃分為表情和微表情。表情上結(jié)構(gòu)性的變化需要做在模型上,，有些因為結(jié)構(gòu)性變化而產(chǎn)生的擠壓的紋理性變化的話,，則需要做成貼圖。貼圖是Winkle Map,，它是一 Normal的表情貼圖,，在不同表情間可進行切換，一張臉上往往會有五六張Winkle Map,。

其實在掃描之后的數(shù)據(jù)是要把眉毛和一些眼睫毛從Map上去掉的,，因為在做重拓撲和修模型時，這些都是噪聲,，是不需要的,；但這些東西又在渲染時會用到。因此需要先進行刪除,，然后后面再把這些部分給加回去,。像在此項目中，眉毛是用插片的方式來做的,。

流程上還有修貼圖,，除了Winkle Map，還有一個Blood Flow Map（血流圖）,，當你臉皺起來后,，因為收擠壓,，某個地方的血流圖會發(fā)生改變，那么這個地方的顏色會變深,，這個表現(xiàn)在微表情中,，也算在貼圖中。所以關于微表情的貼圖有兩套,，Winkle和Blood Flow,，這是比較常規(guī)的操作。

這里是我們發(fā)現(xiàn)可以繼續(xù)迭代的地方,，修模型的部分,，如果有足夠的美術資源，其實是不用考慮算法的問題,。

修完模型,，拆完BS之后一般會做Rigiging 和模型Capture，因為用戶最后想要的是快速生產(chǎn)高質(zhì)量的表情動畫,。在Rigging中,，相信大家一定會遇到一些這樣的情況，比如Retargeting,，這是因為不是模特去驅(qū)動他自己，而很可能是別人去驅(qū)動他,，所以一定會有 Retargeting,；還有就是Secondary Geometry 、Dynamic Winkle與Blood Flow,，但是現(xiàn)在Unity目前還沒做到Dynamic,。目前本項目是在Shader中實現(xiàn)的，有關需要哪些貼圖,，讓貼圖對應表情等等一系列工作目前都是由用戶自己來處理的,，但這些簡單枯燥的工作后期相信會有一些以AI的方式來實現(xiàn)。

關于模型Capture ,，目前有兩個方案,，用一些第三方提供的高精度結(jié)果去驅(qū)動模型。在這個項目中,，Unity團隊通過ARKit或者谷歌開源的AR core里face的model來做特征提取,，從而驅(qū)動模型。但是模型capture也有可以迭代的地方,，如果我們以Marker Based來驅(qū)動的話,，后期就可能會需要修改一些Marker Tracking有問題的地方。如果用戶選擇自己做或者買第三方的Motion Capture設備也是可以的,。因為有頭盔的話就可以做更高質(zhì)量的模型capture,。

最后有關數(shù)字人的生態(tài)流程還有幾個問題,，一個是真人掃描數(shù)據(jù)的處理，就是模型的重建,，那就會牽扯到算法的事,；一些掃描得不太好的地方要修；還有就是貼圖的重建,。項目中出了剛才提到的兩張貼圖 Winkle Map 和 Blood Flow Map,，其實我們還有一張?zhí)峁╊伾膱D，Color Map?，F(xiàn)在的設備都有偏正光,，所以它會給你偏正的結(jié)果，但是實際上用戶也要去做類似Delighting 的事,，才能夠得到一個沒有光照的結(jié)果,。

還有就是關于faceCode的掃描數(shù)據(jù)，目前我們能見到的虛擬人都是這樣做的,，就是模特去表演faceCode里的表情,。做完之后進行BlendShap、Winkle Map,、Blood Flow Map以及Face Rigiging的制作,。而目前Face Rigiging 沒有一致的標準，基本上是用戶自己定義標準,，能實現(xiàn)一個合理的,、容易做動畫的搭建就可以了。如果沒有高質(zhì)量的模型capture前提下,，做動畫很多時候還是需要人工手動修出來的,，所以Face Rigiging這一步非常重要。

表情驅(qū)動會有一套控制器,，人臉上有很多點,，這里是參考 Unity 國外團隊做《異教徒》項目的那一套來做的。傳統(tǒng)做動畫的方式就是上文中提到的以人工修幀為主的方式,，還有面部驅(qū)動的方式,，下一步Unity還將在這些流程之中試著加入一些AI的算法來優(yōu)化整體流程。

下圖是通過掃描得到的模型,。我們可以清晰的看到在圖中有這樣那樣各種問題,。就是說我們雖然也是非常高精度的攝像機，基本攝像機有三套,，一個負責顏色,，一個負責光學，還有一個負責高速攝像,，這三套相機可以提供人臉重建的非常高面素的mesh,，但是拿到的 Geometry 也會有這樣的問題,，就比如像我們拿到的頭是左邊那樣子的，但是模型的眼睛基本上全部壞掉了,，這就需要建模師把它給手工修出來,。還有耳朵也有可能是壞掉的，總之,，掃描出來的模型會有很多壞掉的地方,，這就是修模型時候后期要處理的事。

在修完模型之后,，我們需要將模型重拓撲到一個合適的 Layout,，還有就是上文中提到的掃描出來的模型也會提供Normal的貼圖。貼圖里有什么東西呢,？這里其實也有一個值得迭代的點,，就是這個貼圖的使用率，實際上現(xiàn)在有很多做影視的公司,，他們其實都在要求高分辨率的貼圖,，比如16K的貼圖。但正是因為精度不夠,，實際上貼圖的 layout 是不太好的,。

制作表情，需要遵循以下步驟：

第一步,，是先Remove掉那些我們不想要的Geometry,，這里包含上文中說到的眉毛、眼睫毛這些,，還有一些噪點,，因為它掃出來的那個面素是一個巨大的開銷,，所以我們需要清理掉它,。

第二步，在清理掉它之后,，我們需要重拓撲,，現(xiàn)在大家重拓撲都會用3D軟件來做。

這里我們加Subdivide base mesh的原因是因為清理之后有一些地方需要增加細節(jié),，比如眼皮的地方,，如果是雙眼皮，一定是把它給疊起來的,，因為在將來做動畫時一定會有閉眼的時候,。所以在眼皮處的Mesh的段數(shù)要加多一些，然后再去掉一些噪聲和進行一些細節(jié)處理就可以了,。