怎么让3D游戏看着像动画？「三渲二」是怎么做的？

在前期关于日本动画画风演变的视频中，我们提到过一个重要的概念——赛璐珞。它指的是将角色绘制在透明塑料片上，再叠加到背景上进行拍摄，与如今的图层技术类似。

赛璐珞所形成的画面质感深刻影响了后世的创作者，即使进入数字作画时代，这种时代特有的上色方式与审美偏好仍然在延续。

这种风格对游戏行业也产生了深远影响。许多知名的3D二次元游戏采用了模仿二维动画的渲染方式，即常说的“三渲二”或卡通风格化渲染，其专业名称为NPR（Non-Photorealistic Rendering，非真实感渲染）。

卡通渲染究竟是如何实现的？又经历了怎样的发展，才成为如今的主流风格？本期将以通俗易懂的方式，带你深入了解卡通渲染的原理与发展。

2000年，首款采用卡通渲染的游戏《Jet Set Radio》（SEGA Dreamcast）问世。其画面风格与街头涂鸦主题高度契合，充满漫画感。

从这款作品中可以看出，卡通渲染自诞生之初便确立了至今仍在沿用的核心特征：模型的

和赛璐珞风格、边缘明确的

现实中的物体并不存在明确的“描边”。在素描中，老师常常强调不要刻意去描“边”。这是因为自文艺复兴以来，画家们逐渐认识到，通过光影与明暗的过渡来塑造体积感更能表现真实。因此，在描绘写实题材时，艺术家们通常会尽量避免描边的使用。

但描边确实是一种能够快速呈现物体轮廓、降低创作成本的表现方式——简单来说，就是更好画！在儿童画及早期文明的绘画作品中，清晰的描边表现十分常见。

赛璐珞的动画和一些卡通漫画就是利用描边，低成本快速的绘制出与背景清晰区分的角色，而中间光影的部分大多用色块填充，角色看起来也更有平面感。

通过对比可以清晰地感受到差异，尤其是在三渲二的卡通渲染中，是否使用描边会带来截然不同的视觉效果。

ARC对卡通渲染的制作精度要求极高，每个角色的制作周期均超过六个月。为了让描边呈现出更丰富的细节，技术美术本村·C·纯也（Motomura C Junya）对传统的卡通渲染描边技术进行了改良。

传统的描边渲染方式其实比想象中简单：为模型额外渲染一个背面，将其向外扩张约0.5至1.5个像素后填充为黑色，即可形成描边。

这种方法被称为

，特点是效果稳定，能够生成统一且清晰的外轮廓线。

然而，这种方式也存在局限——仅有模型外轮廓线会显得画面层次不足。为此，本村提出通过检测模型各面之间的

来判断物体的边缘位置，并在这些区域额外绘制描线。

这一思路发展为当下二次元游戏普遍采用的技术组合：

，用于生成更丰富的描边效果。

这里就要提到一个非常关键的概念——

。最早它其实是一个数学里的定义，可以理解成：

。有了它，我们就能用数字的方式，描述一个面的

。

它会让渲染算法去判断

——如果两个方向之间的角度大于某个阈值，算法就会认为这里是

，或者是

，于是就会在这一带

。

不过这种“线条粗细统一、颜色一致”的描边方式，显然无法满足大部分玩家的审美需求。在《罪恶装备》中，本村对描边效果进行了进一步优化与进化：通过结合

与

，动态控制线条的显隐与粗细变化：当表面法线与视线方向接近90°时，即位于物体轮廓边缘的位置，线条会变得更粗、更明显；而当表面正对摄像机时，线条则逐渐变细或消失。

此外，系统还会根据镜头距离自动调整线宽——近处线条更粗，远处线条更细，从而实现更自然、富有层次感的描边效果。

除此之外，线条的颜色还可以配置特定的颜色，不再是单一的黑色描边，而是可以带有柔和过渡的

。最后，线条还能与光照结合——在明亮的一侧弱化线条，在阴影一侧加强，甚至与阴影边界自然融合，形成一种极具手绘感的“色边”效果。

当然，描边的使用还需根据游戏的美术需求进行权衡。线条过细可能难以辨识，而过粗则会让画面在“平面感”和“立体感”之间显得不协调。

甚至有些卡通渲染的游戏几乎不使用描边，例如《塞尔达传说：荒野之息》。若想在无描边的情况下仍保留“动画感”，就需要依靠更加独特、富有表现力的光影设计来实现。

这种风格违背了真实光照的物理规律，也成为卡通渲染中的另一大技术难题——如何实现这种

的表现效果呢？

我们拿定义了卡通渲染的游戏《塞尔达传说：风之杖》为例。在3D渲染中，电脑会通过

与前面提到的

之间的夹角来计算光照强度。

通过物体表面上的众多法线和光线的角度，电脑就能知道每个面应该渲染成什么颜色。法线与光照方向越接近，代表这个面越朝向光源，光照越强。物体表面法线角度的逐渐变化就能渲染出了符合物理光照的效果。

接着我们设定一个法线光照角度的阈值，超过阈值直接显示成白色完全受光、低于阈值显示成黑色，完全背光。

最后，我们把亮面和暗面分别替换上不同的颜色，并叠加到模型原有的颜色上，赛璐珞风格光影材质效果就实现了。

这就是卡通渲染，也就是 Cel Shading 的原理。而这一整套让电脑“学会画画”的逻辑，其实都属于一个学科——

，简称CG。

其中，着色器（Shader）是运行在显卡上的一段算法，用于指示计算机如何计算物体表面的明暗与反光效果。与写实风格不同，卡通渲染的着色器并不是在还原现实的光线，而是给美术设计师更多自由，让他们能自己定义光影和颜色，让画面更有风格。

可如果直接将卡通渲染着色器（Cel Shading）应用于模型，效果往往并不理想。在当今的二次元游戏中，角色的脸部阴影在卡通渲染着色器下，

，否则阴影变化稍有偏差，就可能导致画面失真，就容易

。

二次元角色的面部阴影本质上是一种经过人为提炼、具有审美特征的造型化阴影。那么在3D模型中，如何既能还原这种特定的阴影形状，又能使其随光照动态变化，成为卡通渲染中的关键问题。

罪恶装备的做法是：

简单来说就是把脸上的面拆分成几个人为规定的阴影形状，并调整统一这个区域内所有法线的方向，这样光线打过来的时候这个区域就是一个完整的形状了。

但这也会有个问题，光影变化的时候阴影会跳来跳去，不够自然。

为了追求更自然更好的面部阴影效果，米哈游使用了

的技术。就是让美术先做好几个影子形状的关键帧，然后靠算法补足中间的阴影形状就可以了，可以说是相当符合了做动画的思路。

有些人可能会疑惑：那为什么《原神》或《绝区零》等作品中，角色的二分阴影并不明显？那肯定是不会的，这种赛璐珞的质感，那真是祖宗之法不可变。

当去除阴影叠加色、固有色与高光后，那种熟悉的赛璐珞质感便重新显现。国内二次元游戏的卡通渲染美术风格，实际上已经发展出另一条更精致、多层次的演化路径。

回到最初提到的三渲二巅峰之作——ARC的《罪恶装备》，仔细观察角色的身体与服饰细节，就能意识这种风格在表现细节上是有极限的。若想突破这一限制，只能跳出传统的卡通渲染框架，探索更灵活的表现方式。

国内的二游在角色建模上，单看面部，经典的大眼睛小鼻子，是很招牌的二次元人物面部的画法，甚至只看人脸的单帧，还平面化的感觉，身体上的细节也比较有限。早些年这样做是可以的，毕竟要对大家的硬件都友善一点，随着这些年芯片性能不断的突飞猛进，画质和能加载的场景可以更丰富了。

那厂商不在画面表现力上做出进步，玩家那一关也过不了了。场景和空间上不一定能做那么复杂，毕竟场景的美术做起来就是个超级无底洞，美术资源有多少吃多少。而且还有的一点，得保证手机端和一些性能没那么强的手机起码能开游戏，场景的复杂程度需要一定的限制。那就只能在玩家最常使用的人物上，做出更丰富的表现了。

所以就形成了这种人脸还是很二次元的做法，但身体和服装的配饰不断的加细节，加更丰富的材质，金属、丝绸、皮革、抛光的配饰啥都有，不同的材质也有不同的光影表现。人脸是平面二次元的感觉，但身体又更偏向写实（PBR）的细节程度，就成了我们现在比较特殊的视觉表现风格。

那身上这么多细节和不同的材质，要是还想在一些更细小的地方再加细节有什么办法吗，其中比较有代表性的就是

。简单来话说就是用一张美术画好的渐变颜色图，把模型上从暗到亮的光影颜色映射出来，这样明显颜色就更生动丰富了。

在《原神》里，其实也有一整套 

，用来控制阴影的颜色和过渡方式。

这张贴图从左到右，就代表了从

的光照颜色。渲染时，系统会用一种类似“正片叠底”的方式，把这条颜色带叠加到模型原本的颜色上，所以你看到的阴影颜色，其实和贴图上的并不完全一样。

类似于绘画中，暗部通常会加一些蓝色和紫色，高光因为受到太阳照射着偏暖。而下方这些一条一条的横带，就是美术为不同时间段、不同环境设计的阴影色，像是黄昏的阴影就是桔红色，夜晚的高光就是蓝色。他们还能通过调整渐变带的宽窄，来让阴影变得

或

。

19世纪摄影技术的出现，可以说是艺术史上极其重要的一环，不仅仅是技术上的突破，它更深层次的影响到了绘画艺术领域。

因为已经有技术，让画像更像本人的方式已经出现了，画家在追求“像”这件事上，效率已经不够看了。画家们开始追求表达“画得像”之外的事情，印象派、野兽派、抽象派、现代主义相继诞生，把绘画带到了一个表达更丰富的领域。

现在视觉表现的技术手段是越来越丰富，过去的人们是要用这些手段，尽量去贴近“真实”。而我们现在用了一种技术反过来模拟，想要它看上去是假的，甚至有会做出一些略微卡顿的感觉 。

这不是简单地“回到2D”，而是站在3D的技术之上，再现和突破2D的表现力。艺术与技术一直就是彼此缠绕、协同进化，形成螺旋上升的关系。而在我们现在这个时代，这样的进化会越来越有趣。