フォトリアリスティックな3Dポートレートを作成するための5つのステップ

フォトリアリスティックな3Dポートレートを作成のコツについて書かれた記事が公開されています。

http://www.cgchannel.com/2022/01/5-steps-to-creating-convincing-photorealistic-3d-portraits/

リアルな3Dキャラクターのモデリング、テクスチャ、ライティングの方法を、グノモンワークショップの2人の講師がワークフローで行っている手順と、リアルな似顔絵を描くためのコツを紹介します。

人間の顔は、筋肉、組織、骨の塊であり、毛穴、シワ、髪の束など、複雑なディテールに富んでいます。このディテールをCGでリアルに再現することは、業界最大の課題の一つであり、一歩間違えれば不気味の谷に転落してしまう。
しかし、今日のテクノロジーとそれを操る才能あるアーティストのおかげで、フォトリアリズムはかつてないほど簡単に実現できるようになりました。ただ、そのためには時間と労力と教育が必要です。

以下では、非常に優れたキャラクターアーティストであるŞefki IbrahimとAdam Springの2人が、人間のフォトリアリスティックな肖像画にどのようにアプローチしているかを明らかにします。彼らがどのようにイメージから始め、どのように彫刻し、テクスチャを貼り、光を当てるのか、そしてどのようにピクセルをポートレートに昇華させるための仕上げをするのかをご覧ください。

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ステップ1: 基礎を作る

まず最初に、人物の特徴を表すリファレンスを集めます。GoogleやGetty Imagesからできるだけ多くのリファレンスを入手し、PureRefのシーンにドラッグします。被写体をできるだけ多くの角度から撮影した写真を集めます。可能であれば、照明や焦点距離が同じで、被写体の年齢が同じである、同じ撮影現場から異なる写真を入手します。

ポートレートを作るときは、まずベースとなるメッシュを作ります。私のモデルは良いトポロジーを持ち、処理に十分なUVを持つ必要があります。その後、モデルをZBrushにインポートして、スカルプトに取り掛かります。

ベースメッシュは、画像の土台となるものです。この段階でも、全体のフォルムが人間らしく、プロポーションが正しく見える必要があります。トポロジーとUVがしっかりしていれば、後でディテールを追加するのも楽になります。

正面、横、縦など、あらゆる角度から撮影した顔の写真をたくさん集めてください。ローアングルで見上げると、鼻孔の形や鼻梁の幅、上顎の出っ張りがよくわかります。

また、さまざまな照明を参考にすることも重要です。ドラマチックなライティングは、フラットなライティングセットよりも、顔の構造に関する多くの情報を明らかにしてくれます。

肖像画の場合は、特定の年齢の被写体に焦点を当てたリファレンスを作成するようにしてください。顔は時間の経過とともに大きく変化しますし、被写体が長年にわたって顔に手を加えてきたかもしれません。

また、画家や写真家、他の3Dアーティストの作品を参考にするのもよいでしょう。雰囲気、構図、ポージング、ライティングなど、彼らの作品で気に入ったところをメモしておきましょう。

もしあなたがまだ始めたばかりなら、長いプロジェクトに巻き込まれないように、物事を緩やかに保つようにしてください。私は、最初から短いプロジェクトに取り組むことで、より多くのことを学びました。素早く練習用のスケッチをすることで、人間の頭の構造に慣れることができます。

すぐに素晴らしい作品にならなくても、心配しないでください。私のプロジェクトのほとんどは、最後にようやくまとまったものです。その苦労を楽しむことができれば、すべてのプロセスがより楽しくなるはずです。

解剖学に取り組み続けること。長年にわたり、皮膚の下で何が起こっているのか、顔の主要なランドマークや筋肉がどこにあるのかを理解することがいかに重要であるかを学びました。これを正しく理解することで、説得力のあるキャラクターモデルを実現することができます。

また、さまざまな表情を作るときに、顔の筋肉がどのように変形するかを理解しておくとよいでしょう。笑顔やしかめっ面を作るためにどの筋肉が使われるかを調べ、それが顔全体の形にどのように影響し、異なるボリュームやしわのパターンを作り出すかを確認します。シワは、筋肉の動きに対して常に直角に現れるます。

ステップ2：フォルムを彫る

最初のブロッキングの段階が一番楽しくて自由なことが多いですね。私は、ZBrushのClayBuildupブラシを使って、モデルにボリュームを追加したり削除したりして、参考写真で観察した顕著な顔のランドマークを定義するのが好きなんです。
被写体によっては、非常に目立つ特徴があり、スカルプトプロセスの初期に捉えるのが簡単な場合もあります。また、微妙な特徴を持つ被写体もあり、正しく表現するのに多くの時間を要する場合もあります。この時間を使って、観察力と解剖学の知識を鍛えましょう。

しかし、人間の脳は人間の顔の複雑さをすべて認識しているわけではなく、ほとんど象徴的に、全体として見ていることを忘れてはいけません。したがって、優れたキャラクターアーティストやポートレートアーティストになるためには、細部にこだわる癖をなくすことが重要です。その代わりに、より大きな要素がどのように組み合わされているかに焦点を当てる必要があります。

顔の造形を上達させる一つの方法は、ヘッドスキャンをダウンロードまたは購入することです。デッサンや絵画を学ぶ場合、2次元のリファレンスをコピーして練習することがありますが、スカルプティングの練習のためにスキャンをコピーしてみてはどうでしょうか。顔の奥行き、空洞、平面の変化など、3Dとしての顔についての知識を得るには最適です。

Şefkiが5週間かけて制作した3D人間。Maya、Wrap、Mudbox、ZBrush、Mari、Photoshopで作られています。このプロジェクトの詳細は、彼のArtStationプロファイルで見ることができます。

顎を下げて、目、鼻、口の3本の水平線をマークし、頬骨アーチの上下にある顔の側面に、頬と側頭骨の2つの平面を作成するんだ。

次に、主な形状をブロックアウトし、目、鼻、口の位置をマークします。頭蓋骨の形が整ったら、頬骨アーチ、鼻唇溝、上顎の湾曲など、顔の主要なランドマークを追加していきます。
顔のパーツ間の距離や角度を研究します。口角の高さ、顎の角度、眼窩の距離など。

行き詰まったときは、モデルのシルエットに着目して、違和感のある部分がないかを確認することもあります。また、そもそも、顔のさまざまな面を誇張するのも効果的だと思います。各平面が接する角度は、特に遠くから見たときに、視線を固定し、モデルをより読みやすくすることができます。

球体から3D頭部を開発する段階。まず基本的なプロポーションを確立し、次に主要な形状をブロック化し、徐々に細かいディテールを追加し、最後に表面のテクスチャを追加します。

モデルのベースが固まったら、目の周りや額のシワなど、二次的なフォルムを追加していきます。三次シワや毛穴などの細かいディテールに入る前に、一次と二次がある程度できていることが重要だと思います。もちろん、各レベルを行き来してもいいのですが、あまり急がず、大きなフォルムに挑戦したほうが、やり直しが少なくてすむと思います。

もうひとつの方法は、写真測量です。スキャンは、モデルの素晴らしいベースを提供してくれますし、プロダクションでは、早く結果を出すためによく使われます。しかし、個人的な仕事でそれを使いすぎると、キャラクターモデラーになるために必要な最も重要なスキルのいくつかを開発する、スケッチの段階を逃してしまうことになるのです。

Adamが暇つぶしに作ったFACSリグ。このプロジェクトの詳細は、彼のArtStationプロファイルで見ることができます。

リアルな結果を得るためには、モデルを非対称にすることが重要です。現実の世界では、顔は完全に対称ではないので、非対称であることがわかると、キャラクターに生命力と信憑性が加わります。この考え方は、キャラクターのポージングにも応用できます。肩をひねったり、頭を傾けたりすることで、一般的なAポーズよりもずっと自然に見えるようになります。

正しいカメラ設定でモデルを見るのも良いアイデアです。顔がフレームいっぱいに写るようなクローズアップの場合は、100〜200mmの焦点距離で撮影してください。全身を写すのであれば、50-85mmがよいでしょう。

ステップ3：キャラクターのテクスチャ

私はMariを使ってキャラクターのテクスチャを作るのが好きで、主にTexturing.xyzのリソースを使って、拡散マップとディスプレイスメントマップを作っています。

ディフューズマップの重要性は計り知れません。当たり前のことですが、ある3Dキャラクターから別の3Dキャラクターにディフューズマップを差し替えると、そのキャラクターが元にしている人物に見えなくなってしまうのです。Texturing.xyzを使ったとしても、再現しようとしている人物の似顔絵をエミュレートするための作業が残っています。

Texturing.xyzのデータをモデルに投影したら、Mariでそばかすやクマ、赤みなど、リファレンスで観察した特徴をハンドペイントで描きます。それをMayaやArnoldに取り込んで、何度もレンダリングテストを行い、納得のいくものに仕上げます。

テクスチャリングは、肌の毛穴や唇のシワ、うぶ毛などのディテールによって、画像に生命を吹き込むことができるのです。

テクスチャリングを行う際、モデルに手描きするか、スキャンデータを使用するかを選択することができます。

人間の肌の質感を再現するのは大変なので、ディフューズマップをハンドペイントする場合は、肌の色調にノイズやブレイクアップ、バリエーションを何層にも重ねる必要があります。顔全体の肉付きの良い部分と骨のある部分に注目してください。骨が表面に近いほど、その部分の血流は少なくなります。

スキャンを使えば手っ取り早くフォトリアリスティックな仕上がりになるので、制作現場ではスキャンを使うのが一般的です。3Dモデルのトポロジーをスキャンにラップし、そのサーフェスカラーを自分のUVに転送することがすぐにできます。その後、毛や、サブサーフェススキャッタリングやオクルージョンのような焼き込み照明効果を除去して、テクスチャマップをクリーンアップすることができます。

このプロセスをよりよく理解するために、スキャンなしでテクスチャを作成する方法を学ぶ価値は十分にあると思います。これは後でスキャンを使用するようになった場合、よりクリエイティブになることができます。スキャンが提供するマップの上で作業し、あなたのキャラクターのデザインに合うようにそれらを調整することができるからです。

ベースメッシュをスキャンにラッピングすることで、3Dポートレートに驚くべきディテールを与えつつ、きれいなトポロジーを維持することができます。

ステップ4：照明の設定

照明はポートレートに命を吹き込むものです。テストするときは、照明のセットを非常にシンプルにするのが好きです。時には、長方形や円盤状のライトを1つだけ使うこともあります。また、Arnold Skydomeを使って、Poly HavenやsIBL Archiveから入手したさまざまなHDRIに対して、モデルをテストすることもあります。

モデルに対してルックデヴを行う際には、ライトのサイズ、被写体との距離、画像の露出を考慮します。これらの要素はすべて、肌の見た目に影響します。
また、1つのライティングセットにこだわらないようにしましょう。フォトリアリズムを追求する場合は、お世辞にも美しいとは言えない照明条件でモデルをテストしてください。その結果を誰かに見せる必要はありませんが、モデルやテクスチャにもっと手を加えるべき点があることに気づくはずです。その後、再び適切な照明に戻して、自分の作品を披露することができます。

繰り返し行うことを忘れないでください。リファレンスを見ながら、モデルを作り直し、テクスチャを修正し、ルックデヴを調整し、ライトの設定を変更します。これは繰り返し行うことです。この繰り返しの中で、あなたの作品は明らかに向上していきます。

俳優エド・ハリスの素晴らしいポートレートは、MayaとArnoldを使用してライティングとレンダリングを行いました。このプロジェクトでは、ReallusionのキャラクタークリエイターソフトウェアのSkinGenを使用してベイクされたテクスチャが使用されています。

ライティングは最も重要なステップの1つです。これがうまくいくと、モデルを本当に売り込むことができます。様々なアーティストや写真家が、どのように照明を使って様々なムードを作り出しているかを研究してみてください。

アダムが描いたデビッド・アッテンボロー卿の肖像画。彼のArtStationのプロフィールで、舞台裏の画像をもっと見ることができます。

光は、被写体をどの程度照らすか、どの方向から照らすかによって、実にさまざまな効果を生み出すことができます。顔の形が変わったように見せることもできますし、被写体によっては、よりお洒落に見せることもできますし、その反対もできます。技術的な練習として、さまざまな照明の下でモデルをテストするのもよいでしょう。そうすることで、モデルがうまく機能しているかどうか、あるいは解剖学的に改善する必要があるかどうかを確認することができます。

ステップ5：最後の5%

5%とは？最終的なレンダリングに進む前に、いくつかのことを考えましょう。モデルのポーズを変えたり、カメラアングルを変えたりして、ポートレートにもっと興味を持たせることはできないでしょうか？焦点距離は、似顔絵に役立っているか？(私は50-70mmの焦点距離で、モデルをカメラに少し近づけるのが好きで、そうすることでキャラクターとの親密度が増すと感じます)

ライティングでどんなストーリーを語ろうとしているのか？スタジオライティングのセットであっても、ライティングを変えることでポートレートに深みと迫力を与えることは可能でしょうか？被写界深度、ノイズ、色収差を最終レンダリングに加えることで、より写真的なクオリティが得られるか？

私は、ポートレートを仕上げる際に、このような自問自答をするのが好きです。結局のところ、アーティストは自分の作品に対して意識的な決断をしているのです。そうやって、時間をかけて自分のスタイルを作り上げていくのです。

俳優でコメディアンのジム・キャリーのポートレートを制作。詳しくはArtStationのプロフィールをご覧ください。

モデルが完成し、ルックを微調整したら、レンダーパスの合成方法を試し、被写界深度やモーションブラー（アニメーションを使用する場合）を加え、結果をカラーグレーディングしてください。これらを行うことで、作品にさらなるリアルさが加わります。

キャラクターの背景は慎重に選んでください。私は、キャラクターとその周囲をある程度分離しながら、キャラクターのデザインを引き立てるような色やパターンを選ぶのがベストだと考えています。背景はシンプルなものが一番いい場合もあります。あまりに多くのものを入れすぎると、キャラクターからフォーカスが離れてしまいます。

3Dモデルを新しい文脈で使用することで、より多くのものを得ることができます。AdamのFACSリグは、51のブレンドシェイプ、9の補正シェイプ、そしてスキンシェーダのカラーと変位チャンネルに18のブレンドテクスチャを使用しています。

例えば、フェイシャルリギングのテストに使用したり、3Dプリントに再利用したりします。

私自身のキャラクター制作プロセスの詳細をご覧になりたい方は、私のInstagramページのハイライトで、各プロジェクトの最初から最後までを記録しています。

著者

ŞefkiIbrahim

CubicMotionの3Dキャラクターアーティストです。彼は以前、ILMでシニアルック開発者として働いており、ハイエンドのデジダブルを専門としています。彼の以前の仕事には、スキャンデータテクスチャのクリーンアップ、digi-doubleモデリング、テクスチャリング、グルーミング、および広告とデジタルヒューマンデモのルック開発が含まれます。

Adam Spring

視覚効果とアニメーションの分野で10年以上の経験を持つシニア3Dアーティストです。過去5年間、彼はBlur Studio、Activision、Ubisoftなどのクライアント向けのキャラクターパイプラインに取り組み、特に顔のモデリングとFACSパイプラインに焦点を当ててきました。