從3D在生活，到生活在3D說起

 

     以前，3D 動畫是在生活中。從電腦上的 3D 設(shè)計軟件、3D 游戲到 3D 效果圖，到幾年前的屏幕上的《阿凡達(dá)》、《飛屋巡游記》和最新上映的《失控玩家》等電影和動畫，都是 3D 技術(shù)應(yīng)用于生活的早期例子。

     如今，生活在 3D 中。疫情期間，ICML、ICLR、CVPR 等人工智能頂級會議都改為線上舉辦。而佛羅里達(dá)國際大學(xué)計算機(jī)系的一位博士，則決定在游戲《動物森友會》中舉辦首屆 ACAI 大會。這個 3D 版 AI 大會不僅接收了多個主題的論文，還給每位嘉賓 15 分鐘演講和 5 分鐘問答時間，非常像模像樣了。

     唯一可惜的是游戲內(nèi)有人數(shù)限制，最多容納 5 名觀眾，其他人要用 Zoom 看直播。嘉賓演講后也得讓位，離開去其他 3D 小島休息茶歇。

一、3D Everywhere

     而在更多行業(yè)里，3D 慢慢成為一項通用基礎(chǔ)技術(shù)。

在農(nóng)業(yè)、制造業(yè)到建筑業(yè)等第一、第二產(chǎn)業(yè)      的代表領(lǐng)域，出現(xiàn)了以 3D 仿真模型為核心打造的信息交換共享平臺，具有可視化、參數(shù)化、可交互到全周期     等優(yōu)勢，從一片冬小麥、一個車間、一幢摩天大樓、到一整個城市，都能實現(xiàn)場景中各項要素數(shù)字化和虛擬化、狀態(tài)實時化和可視化、及管理決策協(xié)同化和智能化。

     農(nóng)業(yè)：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院學(xué)者基于冬小麥研發(fā)的 3D 系統(tǒng)，能精確模擬小麥、玉米和水稻等大田作物不同條件下的生長過程和形態(tài)結(jié)構(gòu)，對產(chǎn)量和品種適應(yīng)性進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和展示。

     制造業(yè)：珠海格力電器總裝車間 K3106 產(chǎn)線 3D 模擬線實現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)計劃到制造執(zhí)行的全流程數(shù)字化。

       建筑業(yè)：建筑信息模型 BIM（Building Information Modelling）能讓設(shè)計、工程建造、施工管理等各方快速協(xié)同，減少返工，增強(qiáng)施工部署。

       智慧城市：「數(shù)字孿生」已寫入國家“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要，助力數(shù)字中國建設(shè)。

在零售、文化、教育、娛樂等第三產(chǎn)業(yè)         的代表領(lǐng)域，3D 天生具備的虛擬現(xiàn)實、即時互動、精益效率、情感寄托        等特性，讓它既能忠于現(xiàn)實，又可高于現(xiàn)實，因此被廣泛探索和應(yīng)用。

奢侈品零售：Dior 用 3D 技術(shù)仿真復(fù)刻了巴黎香榭麗舍大道新開業(yè)的旗艦店，讓顧客身坐家中就能 360 度云逛店，感受隨季節(jié)變化的巴黎風(fēng)格。

     Balenciaga 將 2021 秋季時裝秀搬到一個網(wǎng)頁版 3D 場景中，讓逼真且極具氛圍感的城市、山野和荒原延伸為無限 T 臺，而品牌的 2022 年春夏時裝秀則是用平面跟蹤、轉(zhuǎn)描到 3D 建模等手段，將超模 Eliza Douglas 的臉「克隆」給多個模特，讓妝發(fā)造型各異的模特們擁有了相同的末世表情。Gucci 也推出過虛擬體驗店、虛擬包、其虛擬球鞋售價僅 12.99 美元，還能用 AR 技術(shù)與用戶的照片視頻匹配。

     影視：曾在 2010 年建立 3D 影視特效標(biāo)桿的電影《阿凡達(dá)》，將于 2022 年上映續(xù)集，采用全新裸眼 3D 技術(shù)呈現(xiàn)超凡水世界，導(dǎo)演卡梅隆希望觀眾能摘掉 3D 眼鏡。

     娛樂：Travis Scott 到 Ariana Grande 等知名音樂人已在游戲《堡壘之夜》中舉辦了多場大型虛擬演唱會，讓觀眾突破時間和空間的限制，創(chuàng)造自己的虛擬形象，擁有隨心所欲的觀賞選擇，遠(yuǎn)程和偶像近距離「接觸」，感受極致的視聽效果，進(jìn)入突破想象的音樂世界。

       游戲：《黑神話：悟空》演示視頻中展現(xiàn)了極高的 3D 畫質(zhì)，包括光影效果（斑駁樹葉和影子、地面積水倒影與反光等）、流體模擬效果（天宮云霧和地面流水）、細(xì)節(jié)場景（落葉青苔等植物脈絡(luò)、窗戶框上雕花）、人物建模（毛發(fā)、皺紋、毛孔）等渲染非常自然，讓人對國產(chǎn) 3A 大作未來倍加期待。

二、3D動畫 升維勢不可擋

     不管是虛擬現(xiàn)實化（ 3D在生活中 ），現(xiàn)實虛擬化（ 生活在3D中 ），或是虛擬現(xiàn)實不分，3D 的魅力從何而來？

可能很大依賴于。3D 天生具備的「仿真世界最強(qiáng)能力」

這體現(xiàn)在：一、空間仿真，     在二維平面中加入縱深感，讓物體、人物和場景能有立體和全方位的展示交互，效果與真實世界相似；此外還能在空間里疊加復(fù)雜運動，產(chǎn)生炫目效果，比如電影《失控玩家》開篇的飆車鏡頭，逼真又動感強(qiáng)烈，有效增強(qiáng)了內(nèi)容的表現(xiàn)力和感染力。

二、角色仿真   能高度克隆真人的肢體動作和面部表情，讓虛擬人具備豐富動作表情和細(xì)膩質(zhì)感，這是 2D 平面無法實現(xiàn)的。

三、物理特性仿真   能模擬出力反饋、碰撞、爆炸、織物飄動、液體流動等物理特性，讓動作具備真實性；還能通過 3D 渲染準(zhǔn)確模擬光效，呈現(xiàn)自然光效和細(xì)膩質(zhì)感。

   這種天生優(yōu)勢，幾乎預(yù)示了 3D 信息升維勢不可擋的命運。

   回看歷史，信息的發(fā)展歷經(jīng)了口語、文字到數(shù)字時代三個階段。在口語時代，人的交流被限制在面對面場景里。到文字時代，信息能跨越時間和空間，延伸人類語言，但也丟失了聲音、視覺這兩個生物學(xué)的傳播成份。

    到數(shù)字時代，互聯(lián)網(wǎng)成為信息不斷升級的推手，從一維的電報郵件，到二維圖片、聲音的普及，再升級到圖片、聲音加時間序列的 2.5 維視頻……現(xiàn)在，融合了文字、視覺、聽覺，還能打破時間、空間甚至物理規(guī)則束縛的 3D 信息時代正蓄勢待發(fā)

那我們是否具備生產(chǎn)海量高品質(zhì) 3D 內(nèi)容的能力呢？

傳統(tǒng) 3D 影視制作有兩種主要方法     一種是雙機(jī)實拍，但適用范圍窄、成本高。適用范圍窄主要體現(xiàn)在雙機(jī)拍攝過程中，鏡頭無法處理遠(yuǎn)景、聚焦及強(qiáng)光照等情況 ，導(dǎo)致 3D 實拍對題材和鏡頭有諸多限制。

    另一種是拍攝影片后再轉(zhuǎn)制為 3D 格式，目前這套技術(shù)已非常成熟，但也存在問題，一部兩小時電影需要大量人力逐幀轉(zhuǎn)制，經(jīng)過「圖像分割-立體繪制-背景補(bǔ)圖-合成渲染」流程需幾個月時間，而國內(nèi)院線級電影轉(zhuǎn)制費不低，參考 2012 年《泰坦尼克號》重置版轉(zhuǎn)制費用為 1800 萬美元。

傳統(tǒng) 3D 模型則有三種生產(chǎn)方法        一種利用三維編輯軟件建模，原理是將一些基本幾何元素，通過一系列幾何操作，構(gòu)建出復(fù)雜幾何場景，主要用于虛擬場景構(gòu)建和三維模型再加工。

    二是通過儀器設(shè)備測量建模，主要利用三維掃描儀對實際物體掃描，將物體立體彩色信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，最后輸出包含物體表面每個采樣點的三維空間坐標(biāo)和色彩數(shù)字模型文件，可直接用于二次加工利用。

    三、利用圖像或視頻建模，即利用二維圖像恢復(fù)景物的三維幾何結(jié)構(gòu)，要使用多張多角度圖片自動匹配、分解、拼合，還原三維結(jié)構(gòu)，包括網(wǎng)格及紋理信息。

   可以看到目前。  3D 內(nèi)容已積累了較為成熟的生產(chǎn)方法，但也存在硬件成本高、建模周期長、無法高效實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)等痛點
 

三、3D動畫 內(nèi)容未來：大場景、沉浸感

    再看歷史，   互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展一直是以信息為中心，貫穿信息的生產(chǎn)、傳遞和消費方式全流程，推進(jìn)提效、降本、擴(kuò)容三項工作     可預(yù)見的，3D 時代下一代互聯(lián)網(wǎng)，仍將高效提供高品質(zhì)信息，并推動 3D 信息大眾化。

    從這一發(fā)展規(guī)律判斷，我們認(rèn)為未來的發(fā)展，并要求多項以適應(yīng)未來發(fā)展要求。 

3D 內(nèi)容將向大場景、沉浸感趨勢
底層技術(shù)不斷進(jìn)化
智能化、高效率

（1）大場景

這體現(xiàn)在虛擬世界的空間構(gòu)建層面，要以廣闊地圖、大量角色和豐富細(xì)節(jié)仿真世界的巨大、復(fù)雜和多元性。

這涉及到流程中多個環(huán)節(jié)的技術(shù)，包括 1、美術(shù)側(cè)的環(huán)境、物體和角色表現(xiàn)，從主題選擇、情景設(shè)計和細(xì)節(jié)打磨等；2、利用程序化生成減小文件體積、擴(kuò)大內(nèi)容量、增強(qiáng)內(nèi)容隨機(jī)性，從而大規(guī)模、高效率制作出符合相應(yīng)時代美學(xué)、規(guī)劃和規(guī)則的自然環(huán)境、住宅、建筑物和工廠等；3、海量模型資源的渲染與儲存；4、與圖形引擎打通的圖像編解碼技術(shù)，提高渲染質(zhì)量，充分利用帶寬；5、以及依靠 5G 和云計算實現(xiàn)海量內(nèi)容分發(fā)。

（2）沉浸感

     體驗心理學(xué)名作《心流》曾指出，沉浸就是專注在當(dāng)前目標(biāo)情境下（由設(shè)計師創(chuàng)造），人感到愉悅和滿足，而忘記真實世界的情境。

    它既包括人的感官體驗，又包括認(rèn)知體驗。比如游樂園提供的“身臨其境”，KTV 里燈光效果營造黑夜白晝不分，就是感官刺激，而下圍棋時全神貫注，是將人的技能和挑戰(zhàn)相匹配，產(chǎn)生了認(rèn)知體驗。而這對技術(shù)的要求包括：

1、逼真畫面實現(xiàn)。    傳統(tǒng)的終端渲染模式，受限于個人計算機(jī) GPU 渲染能力，畫面像素精細(xì)度距擬真效果仍有很大差距，因此需要關(guān)注引擎、算法、算力提升驅(qū)動渲染模式升級。

2、智能 NPC 。    能自發(fā)生產(chǎn)出足夠多、足夠自然的內(nèi)容。在傳統(tǒng)游戲世界中，NPC（非游戲玩家）一般是基于既定程序的“人偶”，其對話和行為跳不出程序設(shè)定的框架，因此會表現(xiàn)得非常生硬死板，容易讓參與者出戲。而基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)與自然語言處理算法打造出智能數(shù)字人或 NPC 后，人物將具備自己的性格、設(shè)定和邏輯，能自發(fā)自驅(qū)地在虛擬世界中與人、場、物交互，生產(chǎn)足夠多和足夠好的內(nèi)容，讓參與者深入其中。

3、交互手段。    以往參與者被禁錮在垂直屏幕顯示，和鍵盤、鼠標(biāo)、手柄等硬件操作工具中，而 2D 向 3D 升維帶來的立體感，讓參與者能自由切換視角，或體驗到基于 VR 和 AR 開發(fā)的下一代人機(jī)交互，以更自然擬真的操作和高頻智能的反饋方式，全面提升沉浸感。

4、實時性。    確保高清流暢的畫面和即時自然的交互是沉浸感的前提，因為技術(shù)面對的是一個數(shù)據(jù)量極大，計算量極大、并需要即時反饋的場景，而傳統(tǒng)計算方式面臨高并發(fā)下的源站壓力和帶寬壓力，以及存儲、延遲方面的挑戰(zhàn)，因此需持續(xù)關(guān)注通訊基礎(chǔ)設(shè)施、云計算和邊緣計算方面的進(jìn)展。

    當(dāng)然，在高品質(zhì) 3D 內(nèi)容基礎(chǔ)上，如何通過智能、高效的方法持續(xù)提升 PGC 生產(chǎn)效率 和 UGC 創(chuàng)作熱情，形成一個可持續(xù)創(chuàng)作的內(nèi)容生態(tài)；如何通過利用底層技術(shù)普及大幅提升用戶體驗，推進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用深度，將是行業(yè)持續(xù)發(fā)力的方向。

    一元復(fù)始，萬象更新，一個充滿無限可能的未來正在到來，而我們希望每個人都能在其中自由「Redefine Your World（定義你的世界）」。