近年来虚拟数字人技术发展迅速，成为多个行业备受关注的热点。Unity作为业界领先的实时3D内容创作平台，其高清渲染管线（HDRP）为虚拟数字人制作提供了强大的技术支持。本文将深入探讨HDRP的技术特点及其在虚拟数字人制作中的实践应用，以期为业界同仁提供有益参考。
图1：虚拟人市场规模
图2：HDRP渲染效果
（二）骨骼绑定和动画
（三）动画制作和编辑
在动画制作环节，我们综合运用动作库和手工调整的方式。通过动画曲线编辑、动作过渡融合、波形微调等手段，提升动画的平滑度和细腻度。
在唇形驱动方面，基于52键ARKit，还原真实的面部动作。使用Unity内置的BlendShape，将口型数据映射为虚拟角色的BlendShape系数，实现精细的表情控制。同时，我们还自研了表情修整插件，可对口型同步、眼睛运动等细节进行精调，使面部表情更加丰富生动。
图3：角色模型52键ARKit制作中
（四）材质贴图制作
逼真的材质贴图是提升数字人真实感的关键。我们充分发挥HDRP的PBR材质系统，构建了一套基于物理参数的标准化材质制作流程。利用次表面散射(SSS)模拟光在皮肤内部的传播，再现皮肤的半透明质感。对于眼球材质，则采用了复杂的虹膜-晶状体-巩膜的分层构造，并加入IOR、泪液光泽等物理参数，逼真模拟眼球的湿润感。
在贴图制作方面，我们以8K的超高分辨率制作角色的漫反射、法线、AO等贴图，全面还原肤质细节。基于HDRP贴图打包规则。经过细致入微的材质制作，数字人物的真实感得到极大提升。
图4：遮罩贴图的各个组成部分
图5：细节贴图的各个组成部分
（一）实时渲染和高质量渲染
在画质提升方面，HDRP带来了诸多先进的后处理特效。我们采用了时间抗锯齿（TAA）算法，大幅改善画面的锯齿感，并柔化运动摩尔纹。体积雾效果则采用了逐体素光线步进算法，考虑雾与灯光的精确交互，塑造大气氛围。我们还引入次表面散射技术，模拟皮肤真实的散射-吸收过程，提升数字人的质感。通过对后处理管线的精细把控，我们实现了影视级画面呈现。
（二）虚拟数字人的唇形驱动和身体动作
在肢体动作方面，Animator Controller允许角色具备若干不同的动画，这些动画对应于该角色或对象可在对话中执行的不同动作。使用状态机来管理各种动画状态和它们之间的过渡。例如，角色可以在空闲时轻微呼吸或摇摆，在得到指令时进行手势等动作。
图6：Animator Controller
图7：展厅3D虚拟数字人制作流程
图8：服装材质贴图绘制
最终在Blender中将所有模型资产合并绑定，并根据唇形驱动算法，完成形态键的制作。至此，一个完整的3D虚拟数字人角色资产就可以导入Unity进行开发了。
项目初期，基于展厅数字人项目，定制了一套动作库。使用Animator Controller状态机，使数字人在不同状态时，根据不同的对话内容，做出相应的动作，通过对动画曲线的精修调整，使每个动作流畅衔接，从而达到生动逼真的效果。
唇形驱动属于一个技术难点，因为其涉及到TTS、ASR、BS、大模型等诸多技术方面的融合，其中任何一个环节出问题，就可能导致整个对话出错。对话驱动的大致流程为：ASR-内容处理-文本转音素-TTS-口型动画-参数调节和优化几个步骤。
· ASR：使用ASR将语音转换为文本，由于Unity本身可能没有内置的语音识别功能，这里主要通过引入第三方的语音识别API来实现。
· 内容处理：将识别到的文本发送到大模型，基于大模型或Chatbot，得到相应的答案。
· 文本转音素：将大模型返回的答案文本转换为音素序列。
· TTS：将大模型返回的答案文本转换为声音，同音素序列一起返回到Unity。
· 口型动画：在Unity中，使用Blend Shapes来实现口型动画。根据文本中的音素序列，将其映射到相应的BS动画序列，通过控制Blend Shapes来实现口型动画。
· 参数调节和优化：根据实际情况对系统进行调优，确保唇形驱动技术的性能和表现达到满意的水平。
图9：虚拟数字人-驱动效果
项目后期，考虑到效果和性能的平衡，采用打包PC文件（exe）的形式，部署在PC终端上，使用HDRP来打包PC平台的可执行文件（exe）有以下好处：
· 图形质量提升：HDRP提供了更高质量的图形渲染效果，包括更逼真的光影效果、更精细的材质贴图和更真实的渲染效果。这可以提升画面的视觉质量，使其更加引人注目。
· 视觉逼真度增强：HDRP支持现代渲染技术，如实时全局光照、体积光、屏幕空间反射等，这些技术可以增强视觉逼真度，使场景更具真实感。
· 性能优化选项：HDRP提供了各种性能优化选项，可以根据目标硬件配置进行调整，以保持运行的流畅性，使用PC包，可以自由定制终端配置，以达到最好性能和效果。
· 未来发展潜力： HDRP是Unity未来图形渲染的重点发展方向之一，因此使用HDRP打包PC平台的可执行文件可以使项目保持与Unity最新技术的接轨，并且能够充分利用未来的图形渲染进步。
参考资料
