揭秘中國龍奪冠神話 “龍之隊”獨家

    “龍之隊”在微軟Imagine Cup 2004上取得了第一名的好成績，為中國爭了光，PCPOP作為唯一一家給與他們贊助的媒體，不但獲得了很多第一手的資料，而且也在第一時間對他們進行了專訪。

 筆者和英雄們在一起

PCPOP：首先能不能簡單的介紹一下自己呢

李曉毅：從小喜歡畫畫，上大學以后開始接觸CG（computer graphic），這次有機會能夠參加這次imagine cup并且通過所有人的努力取得了優異的成績我感到非常幸運。我在這次比賽中主要負責美術設計和龍的3維建模。

劉宏春：現在是北工大軟件學院一年級工程碩士研究生，喜歡計算機圖形編程。在不編程的時候喜歡看電影，射箭（射的很不好）。在這次比賽中主要負責整體架構設計和程序編寫。

寧為：我是北京工業大學計算機學院的本科生，目前在讀三年級。我從中學開始接觸平面設計，目前正在研究三維建模技術。我在這次比賽中主要負責太廟場景的數據建模和龍的骨骼動畫編輯。

劉飛熊：北京工業大學計算機學院本科二年級學生。愛好編程。從大學起從事3D圖形編程的學習。在這次比賽的逼迫下，我學習了很多東西，效率極高。我想我就是在這樣一個個項目中不斷提高。我在這個項目中主要負責界面編程和Shader程序編寫。

PCPOP：關于這次創新杯,我們雖然已經在前面報道了很多,但是很多讀者還是對這個賽事不是太了解,請問能不能簡單的介紹一下呢

劉宏春：“創新杯”現在基本上已經成了微軟在全世界高校中的一個一年一度的經典賽事。今年的創新杯總共分為四個比賽項目：算法，軟件設計，短片和渲染。

    比賽的報名方式是網上報名，世界各地的學生都可以報名參賽。我們參加的渲染比賽項目是以組隊參賽的方式進行的。在2月中旬組隊參賽報名，然后的兩個多月時間制作自己的作品，即一個使用Microsoft DirectX 9.0技術的實時3維程序，主題自定，要求有較強的創新性、技術復雜度和完成度。

    在5月1日提交作品，然后由一些工業界的專家作為評委選出較優秀的作品于5月15日進入第二輪網上投票階段。投票的過程截止到6月1日，然后在6月15日公布前五名的作品進入決賽。在7月1日，所有進入決賽的隊伍到巴西圣保羅參加為期一周的決賽和一些活動。<

PCPOP：請問,你們參加這次比賽的目的是什么呢?

劉宏春：我們對實時Rendering這方面本身一直就十分感興趣，參加這次比賽一個是為了看看自己現在到底對這一方面掌握到什么程度，另外是想借這個機會學習一些新東西。

    因為這次的渲染比賽要求使用最新的Microsoft High Level Shading Language，并要求場景數據等要美觀，這對我們來說是新的嘗試和鍛煉。對自己也是一次提高。同時我們在參賽時也有盡自己的力量為學校做點事的想法。

    對于這個渲染比賽,我們最開始以為是一個就是做3d動畫的比賽,后來又看到,這個渲染比賽和做3D動畫是不同的,能不能給我們說說它們之間的區別

寧為：其實應該叫實時渲染比賽（Realtime Rendering）。首先說說實時渲染和3D動畫的共同點，就是它們都是把矢量的3維數據通過圖形學算法繪制到2維位圖中，然后再顯示這些位圖。不同點就是普通的3D動畫制作的渲染過程是通過渲染軟件來完成的，它們利用CPU來計算生成2維位圖，渲染每一幀圖片都要花費較長的時間，對于一些復雜的效果和場景，一般渲染一幀都是以小時計算的。

    在渲染完一幀2維圖像后，把它以文件的形式保存起來，再經過視頻壓縮算法形成視頻，或直接拷貝到膠片上。在播放時，直接以每秒25幀或30幀的速度播放這些已經渲好的圖片。而實時渲染則要求每一幀的渲染時間都很短，在幾十分之一秒之內，每當渲染完一張圖片，立刻把它顯示在屏幕上，同時計算和生成下一張圖片。當下一張圖片被渲染完成后，立刻顯示在屏幕上并丟棄上一張圖片。這種快節奏的工作單由CPU就不能勝任了，必須借助顯示加速器（就是一般說的顯卡）來完成。

    可以說實時渲染就是普通3D動畫渲染的“提速”版本，而且提得不是一點半點。我們可以算一下，假設普通3D渲染一幀畫面需要1小時（3600秒，像玩具總動員，史瑞克等渲一幀比這時間還要長），而實時渲染需要每秒渲染60幀（這是一般的3維游戲能夠容忍的標準幀數），每幀則只能在1/60秒之內完成渲染，兩者相差216000倍，也就是說，實時渲染的速度一般要比做3D動畫渲染時的幀數快20萬倍以上。實時渲染的好處就是可以讓用戶可以與3維場景和角色進行交互。

    通過3維計算機圖形學算法，實時三位程序可以根據用戶的輸入來實時確定用戶在3維場景中的視點和視線方向，以及角色的動作、效果等，而這些都不是預先設定的。這樣就可以讓用戶在場景中任意的走，向任意方向看，控制場景中的角色等，說白了就像是游戲。

PCPOP：你們做的中國龍我們已經看過了,做得非常漂亮,能不能談一談你們的這個作品創意的來源

劉飛熊：這個創意最初的想法是體現中國的特色，以及給人一種十分有氣勢的感覺。實際上就是中國的二龍戲珠的傳說。我們盡量想要表現一些中國文化方面的東西。<

PCPOP：這次你們得到了冠軍的獎項,為中國爭了光,在獲獎以后有什么想法呢?

寧為：實際上我們最開始的初衷只是做一些自己喜歡做的事而已，而且很希望把它做成。另外只是想要試試身手，并借這個機會學習一些新東西。在整個參賽過程中，有很多人幫助我們，有很多人為此作出了努力。

    我們想感謝所有參與和支持我們的人。這次比賽成績不是僅僅我們幾個人的功勞。另外，這只是一個開始，有更多的事要做，有更多的東西要學。我們最開始并不敢過多的奢望什么，因為Rendering這個子項目是第一次加入，所以也不知道別的隊都是什么情況，我們只希望能為學校做點事，現在看來我們的愿望是達到了。

PCPOP： 對于普通的用戶,距離創作一個3D程序還是有很大距離的,能不能簡單的介紹一下 做3D程序是怎樣的一個流程.

劉宏春：首先要有一個創意，并確定在這個創意中包括了哪些效果，哪些場景，哪些角色。然后是整體的設計，比如整個程序的架構，編程規范，數據的格式，美工的工作方式和規范，數據文件的規范，數據的轉換和流向等。同時要為所需實現的效果設計解決方案和技術測試。

    然后用編程語言編寫程序，在編程時基本上要使用一個3D圖形API，它是用來把3維數據轉換為2維圖像的函數庫。在程序中調用這些函數，才能實現實時渲染。同時用3維模型制作軟件做3維模型數據，并保存成文件。在程序中，調用這些文件，形成程序內部的3維數據，并實時顯示。主要分為創意階段－分析階段－程序設計和美術設計階段－程序編寫和數據制作階段以及整合階段。

Microsoft Visual Studio .Net 2003 集成開發環境界面

PCPOP：這次你們遠赴巴西,和很多別的國家的選手進行了交流,在這個過程中,你們有什么感受,

劉宏春：我覺得在技術上大家都差不多，但是國外選手的思路比較開闊，有的思考方式和我們不太一樣。

PCPOP：這次你們得到冠軍之前 認為實力最強的競爭對手是哪只?為什么？

李曉毅：實際上所有的隊伍做的都很出色，但是我們覺得來自立陶宛的隊伍是相當出色的，別看他們只有兩個人，但是無論是技術還是創意都十分強，是一只令我們十分佩服的隊伍。<

PCPOP：你們在做這個程序的過程中,遇到了什么樣的困難,怎樣解決的。

寧為：在一開始，設備是一個很棘手的問題。因為這個項目使用的都是很新的技術，需要在最新的設備上才能使用這些技術，尤其是顯卡。另外，由于場景和角色模型數據量很大，在美工編輯場景和角色時，如果沒有好的顯卡，速度將慢的不可忍受。還好PCPOP和NVIDIA支援了我們一塊quadro1100專業顯卡，在運行3維模型編輯軟件來編輯我們的場景時保證了交互界面的流暢，使我們的數據建模編輯工作得到了很大保證。

    另外一個困難就是場地。在一開始我們是分散開發的，但是到了項目后期需要進行集中開發，并且有時需要徹夜開發。這時計算機學院的院領導和老師為我們提供了可以在夜間加班的場地，使我們能夠保證后期開發的進度。

PCPOP：2005年創新杯將在日本橫濱舉行，能不能透露一下你們有沒有再次參加的計劃。

李曉毅：2005年的創新杯比賽將會更加激烈，因為這次2004年的比賽已經做了很好的鋪墊，并大大增加了影響力。而且據說到時還會增加比賽項目，我們覺得那時將有來自更多國家的更多的隊伍參與比賽，我們應該也不會例外，而且我們可能會組更多的隊參賽。

PCPOP：這次中國除了你們還去了不少隊伍，在算法比賽中，中國人包攬了345名，能不能介紹一下他們的情況

劉宏春：這次中國代表團一共21人，我們一起在巴西度過了難忘的7天，可以說所有的人都十分的認真和努力，互相之間也十分的團結。除了我們，一起去的還有上海交通大學、復旦大學、華東師范大學和中山大學的同學。在那邊互相鼓勵，互相照應，一起克服了很多困難。

    還有3位隨行教師，為我們提供了很大支持。微軟亞洲研究院和微軟中國分別派去了一位領隊，她們的組織工作很出色。還有一位在美國讀書的中國女孩去巴西那邊幫助我們。<

PCPOP：對于你們的作品，能不能介紹一下都使用了哪些技術

劉宏春：主要的技術：

四矩陣骨骼蒙皮動畫：龍的動畫是通過這種技術實現的，而且這個過程是由GPU實現的。

 四矩陣骨骼蒙皮動畫

 每象素光照特性：每象素的Diffuse，Specular光照，凹凸紋理，實時的帶有凹凸效果的環境反射。這些都是通過使用Microsoft High Level Shading Language編寫Shader程序實現的。

場景欄桿的表面色貼圖 Alpha 蒙板貼圖 凹凸貼圖

 鏡頭眩光：寶珠是一個很亮的光源，在鏡頭中間飛時鏡頭上會有一串鏡頭眩光出現。

鏡頭眩光

 陰影：使用陰影貼圖技術實現的實時陰影，根據光源的位置和運動，陰影也會在正確的位置出現并運動。

 體積光效果：使用Vertex Shader實現的因薄霧而顯出光線的效果。
 其他：動態天空效果，高質量渲染效果（自定義的抗鋸齒方法），閃電等。

龍的體積光和實時陰影

PCPOP：對于NVIDIA和ATI新一代的顯示卡，你們對這些新的技術的看法是怎樣的？你們覺得哪項技術最有前途？

寧為：在NVIDIA和ATI的新一代顯卡中，最重要的新的部分就是對Vertex Shader和Pixel Shader的3.0版本的支持。我們覺得自從有了Vertex Shader和Pixel Shader以后，計算機實時渲染發生了一次質的飛躍。在實時渲染過程中也可以使用類似于Renderman那種由程序員編寫的控制具體渲染過程的程序，大大提高了渲染效果的多樣性。在3.0版本的Shader中，對程序的約束更少，功能更強。

    另外，高精度顏色存儲技術使得在渲染過程中的紋理和圖像能夠以浮點級的顏色精度進行存儲，使顏色范圍大大增加，使場景更加真實。

    總之，這些技術將在電腦上實現實時完全模擬現實效果的進程又推進了一步。<