引言
随着PC和主机硬件性能不断提升，游戏在引擎中能以更高的多边形数网格和赶稿精度的分辨率纹理来呈现，游戏开发和制作人员因此能够为3A游戏创造更加真实的环境。然而，创造这样的高质量游戏资产所需要消耗的时间也日益增长、流程也日渐复杂，尤其是在制作写实风格的游戏时。
如今看来，游戏产业涉足摄影测量技术是一个顺理成章的进程，一方面原因在于人们对超现实游戏资产的需求增加，以匹配游戏引擎的不断发展。现在，任何人都可以在短短几小时到几天的时间内拍摄一系列照片并进行处理，从而制作出可作为游戏资产使用的具有匹配纹理的逼真模型。
事实上，摄影测量技术已存在多年，但直到四年前在游戏开发者大会（Game Developers Conference，简称GDC）上，它作为《星球大战：前线》（Star Wars Battlefront）成功故事的要素被广泛传播后，越来越多的开发人士才开始将其纳入到了他们的工具矩阵中。而维塔士与旗下各工作室也在摄影测量技术方面开始取得近似进展，目前已经在部分端到端（End-to-end）项目中应用该技术来创造细节丰富的真实游戏场景。
Sparx*工作室和摄影测量术的结缘
在维塔士对摄影测量技术的应用实践中，凭借为《星球大战》等大片制作视觉特效而闻名的位于越南胡志明市的Sparx*工作室扮演了重要角色之一，他们具备足够才能和设备启动了这一探索。
对于Sparx*工作室来说，摄影测量技术并不陌生，他们在电影工作中已经使用了很长一段时间，但彼时它主要是作为以真实世界物体为建模对象时所使用的准确指南而存在，实际模型制作仍然基于美术师手工完成，纹理则是根据现实照片重新投影制作。
而在2018年底，基于摄影测量技术，Sparx*工作室首次在Disney Plus的《曼达洛人》（the Mandalorian）项目中对照相数据进行了去除灯光等处理，其后在虚幻引擎（Unreal）中对完整场景进行了重构——至此摄影测量技术正式在维塔士获得了作为有效的逼真3D对象创建工具的定位。接下来的几年中，Sparx*投入了更多的时间和资源来研究和测试该技术，同时建立起了高效的工作流程和配备了必要硬件。
目前，Sparx*已经在许多尚未发布的游戏项目中广泛使用了摄影测量技术。领头的是Kristian Pedlow（高级美术总监）和Minh Son（高级技术美术师）。他们是Sparx*的“摄影测量小队”成员，该团队负责工作室内所有的摄影测量工作。
Kristian （左）和 Minh Son （右）
捕捉现实：Sparx*工作室如何扫描
在开始使用摄影测量技术进行扫描之前，Sparx*工作室的摄影测量小队首先为此准备了一系列必要设备：
- 全帧相机（团队目前使用的相机型号是索尼A7II）
- 全帧定焦镜头和变焦镜头（团队目前使用的是28-70mm变焦镜头）
- X-Rite彩色检查器
- 环形手电筒（用以确保被摄主体被适当地照亮）
- 光线扩散器（用以扩散光线聚焦）
- 园林修剪工具
- 图钉和小标帜等（用来标记物体）
- 石板和标尺（用来命名和测量物体）
- 手持式手电筒（用以植物打光）
- 两个球体（铬色和灰色）
- 黑色布料（在输入需切割对象时使用，黑色比绿色或蓝色对的效果更好）
Minh Son: “一次典型的‘探险’会持续几天到一周，取决于我们需要拍摄的景观有多大，以及在这片选定的生物群落中我们需要获取多少资产。通常我们会在开始花费一整天时间去寻找符合要求的区域，在此期间还会列出我们所需要的所有资产。接下来的几天我们会系统地捕捉他们，确保我们不会错过任何线索。
在获取每个资产之前，无论是在室内还是室外，我们都会先用颜色检查器（Color Checker）给它拍一张照片，用于白平衡和颜色校正。然后再按规范拍摄另一张照片，以了解该资产的具体规模。”
当完成这些基准照片的拍摄后，我们会正式开始资产捕捉。在这些探险中有三种主要的扫描类型：资产，表面，植物和植物图谱。
资产
在摄影测量的环境中，资产是真实世界的对象，每一个都需要被分别扫描和处理。
首先，小队会获取资产的整体视图，以确保在进行图像对齐时没有丢失任何部分，这样可以尽量减少后期在手动对齐上的需要。接下来，相机将靠近资产去捕捉每一个细节；如果该资产有尖锐的轮廓，则可能需要进行第三轮。
Minh Son: “在像上面例子中出现硬阴影的情况下，我们会尝试使用偏振滤光片来捕获，这可能在一定程度上帮助我们降低方向光强度，但在这个过程之后，我们仍然会需要做一部分去除光影的工作。
为了获得合适的捕获，我们需要确保始终在图像之间移动相机。如果仅是在固定的三脚架上移动或旋转相机，而不是位移，它有时会导致重复的几何与轻微偏移。我也建议避免像下面这样的相机分组：”
表面
当需要捕捉周围地形时，场景表面也可以通过摄影测量来获取。
对于地面采集，团队使用三脚架或单脚架连接摄像机，确保摄像机始终垂直于地面，就像下图所示。
Minh Son: “我们也在用定焦镜头进行采集测试，因为它的输出质量比变焦镜头要好。在这个例子中，我们使用Sigma 50mm f/1.4 EX DG HSM来捕获表面。
除此之外，我们还使用广角变焦镜头捕捉另一张全景图。这不仅是为了实现缩放目的，也是为了基于单个图像生成PBR素材——如果有需要，可以使用Substance Alchemist或Unity ArtEngine。下面的例子显示了使用Sigma 12-24mm f/4.5-5.6 EX DG HSM捕获的处理图像。”
植物/植物图谱
植物图谱的捕获通常是为了提供准确的植物扫描，而不需要太多的存储消耗。
在此之前，该团队会使用园林修剪设备收集一些植物枝叶样本，将其保存在拉链袋中带回工作室进行进一步的采集。但他们很快意识到，尽可能在现场进行采集是更有效的方式：把植物放在蓝屏上，用手持光源从8个角度照射。
虽然到目前为止效果良好，但研究团队正在考虑将蓝屏换成简单的灰色防水布，这可能是更好的选择，因为蓝屏上的物体可能会蒙上一层难以移除的蓝色阴影。
Minh Son: “在采集过程中，照明条件是我们面临的主要障碍。阴天是摄影测量的理想天气，但由于越南的天气，我们大多数时候都是在阳光明媚的日子拍摄。这意味着我们必须处理硬阴影和过度曝光的照明，特别是在森林中有树木覆盖的区域时——有时我们在阴影区域中捕捉资产时仍然会遇到一些日射导致的光点。
为了解决这个问题，我们尝试用环形手电筒照亮这个区域，并以RAW图像格式捕获一切，这样就可以使用Photoshop或Lightroom处理阴影和高光。”
合成：如何处理扫描
团队完成拍摄后，需要返回工作室进行数据编目和处理，将获取的3D对象处理成为可在Unity和Unreal等游戏引擎中使用的状态。
Kristian: “在处理过程中，可能会发现一些采集的资产细节不清晰或被阴影覆盖，使它们无法被使用。为了解决这个问题，我们会在现场尽可能多地进行处理：每捕获一项资产，更换摄像机SD卡，并在一台可在现场处理的笔记本电脑上快速对齐图像。通过这种方式，来确保高质量的捕获，避免需要返回同一地点再次采集的需要。”
Minh Son: “对于处理图像，我们目前使用Photoshop进行颜色校正，然后通过现实捕获（Reality Capture，简称RC）来重建网格。在处理之后，有时我们可以简单地切割出网格，减少RC中的多边形数，随后输出低多边形模型和高多边形模型用于地图烘焙。但在某些情况下，我们需要将其导入ZBrush以进行更多的润色，比如填充对象上的洞或将其分割成模块化的部分。
烘焙地图的过程通常使用到的是Substance Designer、Substance Painter或xNormal，这些软件程序（尤其是Substance Painter和xNormal）可以处理超过200m的三边形网格。
在烘焙完成后，我们会基于正在进行的资产情况选用Unity 去光工具或Agisoft去光工具，来对基本颜色纹理进行消光处理，以消除纹理中的阴影和高光。
至此，资产会被存储在内部资产库中以备将来使用。”
摄影测量技术在维塔士和Sparx*的未来
摄影测量小队目前正处于建立的初期阶段。团队本身主要由资深场景美术师组成，他们在需要摄影测量的项目中已经积累了经验，对项目和客户的需求有清晰的了解，对客户会希望他们捕获什么样的资产有明确的认识和预估。
随着时间的推移，该团队计划扩大阵容，希望在探索过程中培养和训练更多人员，安排团队领导负责整个过程，最终目标是培养一支专业的摄影测量美术师团队。
同时，Sparx*方面也将继续改进其摄影测量技术的服务范围。使用摄影测量来增强自身的资产创建能力，是工作室采用该技术的主要催化剂，Sparx*已经开始为我们的客户提供通过摄影测量来选择复制特定的生物群落和资产的服务。虽然由于COVID-19大流行的限制，目前该团队只能通过越南本土环境进行采集获取，但理想情况下，该团队完全有能力前往邻近国家获取更广泛的素材。
再加上该工作室不断在人才和设备质量提升上投入，这一切都表明摄影测量技术已成为维塔士端到端游戏开发服务的一部分。
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关于维塔士
维塔士成立于2004年，是业内领先的视频游戏开发公司，总部位于新加坡，并在亚洲、欧洲和北美地区都设有工作室。维塔士拥有2000多名全职游戏制作专家，多年来致力于AAA级主机游戏、PC游戏和手机游戏的开发与3D美术制作，为合作伙伴实现收入的增长和制作效率的提高。十多年以来，维塔士已成功递交了超过1300个高质量项目，其客户包括众多著名独立工作室以及世界顶级数码娱乐公司20强中的18家。
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