地編項目Shadow中如何創建3D環境？

Hello，大家好，今天給大家帶來地編項目Shadow中如何創建3D環境？我是麥狗。

亞曆山大·薩蒂格（Alexander Sartig）分享了Shadow項目巨大而詳細的分解，一步一步地解釋了整個過程，並討論了此工作流中使用的工具。

1、介紹

你好我叫亞曆山大·薩蒂格。我是一個3D遊戲藝術家。在Axel Springer SE做了多年的平麵設計師後，我於2016年決定在柏林的HTW（應用科學大學）學習华体会hth体育app在线登录 ，我今年畢業於該校。

在我的整個學習過程中，我繼續作為一名自由平麵設計師工作，後來又成為一名3D遊戲藝術家。我曾參與過各種遊戲項目，比如Hekate遊戲工作室的《永無止境》。它仍在開發中，從2019年到今天，我一直以3D環境藝術家的身份參與該項目。

我對這個項目的目標是創造一個具有史詩和紀念意義的環境。它應該有一種黑暗而神秘的氣氛。我的想法是，整個環境非常嚴酷，其特點是一個具有有趣形狀的強光源。為了達到這種氛圍感，我計劃製作出一種強烈的對比。

另一個目標是，盡管場景需要具有很強的視覺效果，但整個場景都要進行了實時優化，並且可以像遊戲一樣流暢地運行。為了實現這一點，我將使用各種技術，使渲染3D場景所需的計算能力最小化，而不會降低可視性和豐富的細節。

2、調研

正如項目名稱“Shadow”所示，陰影和燈光是我工作的重要組成部分。

我希望場景處於大型對象（如山）的陰影中。它應該是在一個黑暗的環境當中，有一個清晰的光源放置在前景當中，這是整個環境的特征。我希望通過這種結構來形成非常美觀的明暗對比。

為了提前想象到這種想法的情緒和氛圍，我查閱了互聯網上的圖像，製作了一個情緒板。

3、概念

我創建概念藝術的方法是直接在Maya或Unreal當中搭建大概的場景氛圍，然後截圖，之後在Photoshop中進行概念的繪製。這種技術的優點是我能夠很快地感受到環境的空間和大小。

在這個工作流程當中，白盒階段也是整個思考構建過程的一部分，因此很難相互分離。因此，此處顯示的概念圖是在構建階段結束時完成的。表達了在陡峭懸崖的陰影下建造一座千年古廟的概念，這座廟是由一種古老的文化建造的，但是曾經卻被匆忙的廢棄了。

除了明暗對比，我還使用了色彩互補對比（藍色/橙色），這也是一種冷暖對比。

4、地形

地形是我創造環境的基礎。以下所有資產均建立於地形之上，因此一個完善的地形至關重要。

Unreal中的地形雕刻工具非常直觀，您可以快速地探索形狀和構建地形。

5、材質

由於白盒也是概念階段的一部分，因此我必須提前創建基本材質，以便在白盒階段不僅探索形狀和空間，還可以探索顏色。舉個例子，白色的房間視覺上感覺就比黑色的房間大得多。因此，在早期嚐試顏色是很重要的。

我製作的第一個材質就是主材質，並作為所有後續材質的基礎（也就是實例材質球）。在這裏，我創建了最重要的參數，以使此材質在製作子材質時能盡可能的靈活。

主材質（MM）作為最終用於資源的材質實例（MI）的父對象，我可以在其中操縱參數，而無需更改MM。

我創建的第二個材質是非常簡單的地形材質。在這裏，我隻是將材質功能分成了3種不同材質的分層，以便稍後使用“地形繪製”工具在地形中創建紋理和顏色變化。

然後我將3個材質函數MF_MySand_01、MF_MySand_02和MF_MySand_03同時輸出到地形材質和實時虛擬紋理中，我稍後會使用該紋理將資源與地形進行混合。

6、替換紋理

首先，我使用來自於Quixel Bridge的替換紋理，我將用我在項目過程中自己創建的紋理去替換它。這些岩石都是用Quixel照片掃描出來的。然後我可以根據我的視覺效果對它進行調整和改變。暗色的岩石和淺色的沙子已經在這裏形成了有趣的對比，我將在接下來的步驟中進一步展開。

7、白盒

下麵的圖片展示了在unreal中白盒的製作進度。對於雕像的頭部，我使用了人物的頭部作為比例參考。在這裏，我對光線進行了第一次調整，以便將顏色和氛圍感帶向所需要的方向。

對於入口區域，我需要進行幾次嚐試和迭代才能獲得好的結果。首先，我計劃讓整個區域變得非常開放，然後製作出一座狹窄的橋去通向寺廟。然而在工作過程中，我改變了主意，決定用一個巨大的大門關閉這個區域，而不是用橋。

在我製作好入口區域的白盒過後，我在Photoshop中再次對截圖進行了修改，並最終確定了我對大門創作的概念。隨著白盒階段的結束，我的概念階段也結束了，我清楚地知道了我需要哪些資產來創建我的場景。

8、建模

建模階段在概念/白盒階段結束之後開始，並貫穿整個項目。即使到現在，我仍在探索不同的形式和想法，但這些形式和想法在本質上彼此相同，因為我現在有了一個具體的創作概念。

我製作出完全符合我對比例和形狀想法的基礎模型（中模），以便在以後的工作步驟中使用ZBrush對它們進一步處理為成高模。在創建複雜的中模（如頭部雕像）時，我不會特別為之後的拓撲考慮，因為我將在重新拓撲階段從根本上重新拓撲它們。我隻注意簡單資產的拓撲結構，我在ZBrush中隻是稍微更改了一下它們，這樣我就可以將中模當作低模來在引擎中使用。

9、模塊化資產

我決定給寺廟的牆壁和天花板製作模塊化資產。我在Maya中的柵格中去製作它們，以便於我製作的每一塊牆的零件都彼此正好相鄰。為此，我始終將各個資產的軸心點放在最外層的上角。這允許我在遊戲引擎中使用頂點捕捉工具將牆的各個部分排列成一行。

這個場景中的其他模塊化資產我可以通過不同的磚塊來組裝unreal中的瓷磚地板和台階。與廟宇牆壁相比，磚塊是否完美地結合並不重要，因為我正在設計一座古代破舊的廟宇，小磚塊的鬆散排列會使自然風化的效果看起來更真實。

10、雕刻

我把中模導入到ZBrush中雕刻高模。在這一步中，我可以雕刻一些在Maya中很難實現的有機形狀和生物細節。

我更改替換頭部的形狀，並添加與眾不同的麵部特征。我使鼻子變形，使它看起來有不一樣的定型。我還嚐試將寺廟的形狀融入雕像中。聖殿裏的光縫和圓形開口特征現在也可以在雕像上找到。我想，創造這座廟宇的古代文化，是將光源和由此產生的形式視為一種神聖的外觀，並在一定程度上崇拜它，並將其建造用於儀式場合。

小型資產的高模雕刻會具有更高的精度以用來作為後期的特寫和渲染效果。、

我稍後將用模塊化磚塊的高模造型來裝飾神廟的內部。

通過雕刻，我會在建築的邊和角上添加了磨損和撕裂效果，稍後我會在低模上烘焙這些效果。

另外因為廟宇從入口到燈槽處有一個斜麵，柱子頂部應該齊平，因此我設計的雕像的底部需要有兩種尺寸。

我也會為一些巨大的物體做一些高模效果，比如有開口的岩石和樓梯。而烘焙出來的法線貼圖稍後將作為附加的細節法線貼圖添加到可平鋪的紋理當中去。

11、再拓撲

我將高模從ZBrush導入到Maya。在這裏，我會使用四方繪圖工具對高模進行重新拓撲。我會確保拓撲的非常幹淨，並提供良好的布線，這些會讓我以後更容易展uv。

12、展UV

我選擇在Maya中進展uv。在此過程中，我展uv的方式都是為紋理貼圖做鋪墊。我專門在三維模型進行剪切，以便在UV坐標係上展開它們。稍後我可以直接將對這些UV殼進行紋理處理。製作過程中重要的是要將接縫放置在不重要的地方，最理想的情況是觀眾根本看不到接縫。

我確保產生盡可能少的接縫，並將UV殼分布在UV貼圖的最大範圍（提高利用率），並合理地去排列它們。因為我要給花瓶上紋理材質，我選擇用一個應該可以平鋪的圖案去製作花瓶的UV外殼，使其在V軸上占據0到1的位置。這樣就可以確保花瓶瓷磚上的圖案可以無縫連接。

為了獲得均勻的貼圖密度，我使用UV棋盤格去查看模型。在這個視圖中，我可以看到後期紋理的可能存在的扭曲。不太重要且不需要太多細節的地方，其分辨率可以低於模型資產中顯而易見且更有趣的部分。

13、貼圖

我在Substance Painter中烘焙低模上的高模信息。烘焙法線貼圖、AO貼圖、曲率貼圖和世界位置貼圖等等。

在Substance Painter中，我會使用手繪板手動地將一些顏色和細節（如小劃痕或汙垢）添加到模型上去。材質製作對我來說很有趣，我在這個階段花了很多時間。即使是小的模型資產，我也會注意色彩的選擇搭配，並且保證了有有趣的對比和變化。

為了突出高光部分和邊緣，我在模型上繪製了陰影和燈光效果。這些明暗對比會使形狀更明顯，更具表現力。

以下是SP的截圖，左側模型不包含烘焙貼圖，右側模型包含了烘焙貼圖。

為了獲得統一的外觀，我為最常見的材料（金屬和石頭）製作了自己的智能材料球。這些智能材質球包含所需的所有層。這種方法非常有用，因為它確保了統一的外觀，節省了大量時間，然後我可以花費更多的時間在材質的細節。

左圖：直接添加我製作好的，“MyRock”智能材質球，我已經為進一步的材質製作打下了良好的基礎。邊緣的亮邊效果有些強，因為這不是最終的效果。

右圖：此圖是我手動優化材質後的效果。

14、紋理裝飾板

我用一塊紋理裝飾板來為入口大門或寺廟牆壁等超大物體製作紋理。我首先在Maya中創建一個簡單的平麵，並將其劃分為不同的分段。在ZBrush中，我在上麵雕刻細節。然後我在一個平麵上烘焙我製作好的高模效果。

然後我用我提前製作好的智能材質球對貼圖進行紋理處理。在這裏我用Adobe Illustrator設計出了一種象形文字字體，之後我把它放在裝飾板的金屬表麵上，作為一種風格化的裝飾。

我將製作好的裝飾板加載到Maya當中，然後就可以在Maya中對資產進行紋理處理。

包括裝飾板的材質製作，我已經為這個項目創建了5種不同的瓷磚材料。而其他四種材質，我都是利用Quixel Mixer來進行修改創建。

這是我為我場景創建的所有資產的彙總展示。

15、燈光

我的燈光都是完全動態的，因此不用進行烘焙。因為我的這個項目想創建的是一個實時應用的環境，所以我想保留動態燈光選項，以便能夠實時去更改燈光。使用這種照明方法，就可以實現光源（太陽、月亮）在遊戲過程中移動，場景的陰影隨之變化的效果。

人工打光對於一個看起來需要可信的夜景場景是一個巨大的挑戰。因為一方麵，這個場景當然應該是黑暗的而且要烘托出夜間的氣氛，而另一方麵，環境必須有一定的亮度，保證場景中的資產是清晰可見的。

為此，我使用了幾個平行光。我在這個場景中沒有任何烘焙全局照明（GI），也沒有使用光線追蹤。因為全局照明主要是間接光，由光的反射表達出來。為了更好地控製這種間接光，我用從下到上的平行光來代替它。我現在可以根據環境定製顏色和強度來修改這種假的間接光。

我還用點光源或矩形光源來照亮一些過暗的區域，作為一種補光的存在。我還會使用點光源來突出一些我想在場景中強調的資產，例如雕像頭部的痕跡等等。

除了光線本身，指數高度霧的體積也非常重要，因為大量光線通過霧進行表達更好的效果。此外，我還用霧卡（Fog Cards）和聖光輝光（God Rays）來營造出一種特別的霧和雲的效果。我從Unreal的Megascans的一個女神神廟項目中獲得了霧卡和聖光的效果，這些都可以從Epic商店中免費下載下來。

另一個挑戰是穀內燈光和穀外燈光的設置不能相同。每次我為場景的兩個部分中的一部分更改燈光時，另一部分的燈光就不再好看了。因此，我使用相同的方法編輯環境的兩部分，但會使用不同的設置和單獨的燈光。

為了遊戲中山穀可以在兩個燈光設置之間進行轉換，我在入口區域的狹窄區域放置了一個觸發框。玩家角色一進入神廟內部，就會與該觸發器碰撞，從而關閉外部燈光，打開內部燈光。

下圖是虛擬世界大綱視圖的屏幕截圖，裏麵展示的是我製作的帶有項目的文件夾結構。其中燈光文件夾已展開，在這裏您可以看到內部和外部部分的各種燈光設置。

16、頂點繪製

為了使整個環境更加古老原始，我非常重視視覺上的處理，而頂點繪製就非常適合這種情況。

第一個屏幕截圖顯示了石牆和岩石間相交的區域，您可以清楚地看到資產之間的邊界在哪裏。

由於第二個屏幕截圖使用了頂點繪製，使同一區域看起來更加自然更加古老，使岩石和石牆之間的過渡沒有那麼清晰明確。

17、RVT(虛擬紋理）混合

運行時虛擬紋理（RVT）非常適合將資源和地形進行混合。這種方法製作節省資源，外觀良好，並且與頂點繪製不同，它可以實時進行工作。使用頂點繪製，我必須手動地在材質之間切換。移動資產過後，我可能必須手動去更正頂點繪製參數。而移動資產時，RVT混合會自動更新。這使得變換資產更容易。

我在Quixel的RVT混合指南的幫助下創建了RVT景觀混合的主材料。而噪波紋理來自於Megascans中的神廟項目。

左：無RVT混合。右：使用RVT混合。

18、貼花

貼花可以增添更高層次的細節和後續的顏色變化。特別是對於帶有裝飾紋理的入口等對象，添加貼花具有更好的效果。

我對於這個項目，我製作了六種不同的貼花。除了粗糙度和顏色信息外，其中三個還具有一些法線信息。這些帶有法線貼圖的貼花在ZBrush中創建為高模進行雕刻。我在立方體六個麵中的三個麵上雕刻裂縫。我在一個平麵上烘烤雕塑，使其具有紋理。對於貼花，我在Substance Painter中創建一個不透明通道，並遮罩了裂縫周圍的所有內容。

然後將不透明信息導入到ORM貼圖的alpha通道當中。導出紋理後，我在虛幻引擎中創建了一個貼花材質，並像往常一樣設置正常的參數，如顏色、粗糙度、法線強度等，以便能夠在材質實例中靈活地改變它們。

沒有貼花和有貼花：

19、布景

在這個階段，我巧妙地安排了我在場景中創建的所有資源和貼花。我一定要結合敘事元素，用實物來講述故事。

我想讓觀眾們感覺到這是一個聖地，曾經對建造它的人們意義重大。通過一些小的道具的布置，玩家應該能注意到這個地方在當時是多麼繁忙。

在布景裝飾階段，我還用植被和小石頭填充環境，並使用地形植被繪製工具將其放置在場景中。這些植物和石頭資源都是來自Quixel中華的照片掃描。

通過這個布景，我還創建了一些好的鏡頭點（POI）。稍後我將使用這些POI作為圖像渲染的特寫鏡頭。POI獲得額外的照明，使其更加好看。為此，我使用三點照明，這也通常適用於攝影。

20、展示

我想要一個電影般的場景展示。為此，我用虛幻音序器錄製了這部電影。我以每秒30幀的速度渲染快照，以獲得電影的感覺。然後我在AdobeAfterEffects中稍微編輯了一些鏡頭，並添加了微妙而大氣的背景音樂（標題：垂死的靈魂）。聲音來自YouTube，可以免費獲得。

在那之後，我用引擎中的電影渲染隊列進行圖像渲染。為了給場景一種更史詩、更電影化的感覺和一點敘事性，我在環境中放置了一個角色，這是我從epic Marketplace購買的。

21、運行

在整個開發過程中，我一直關注性能。為了給玩家創造一個良好的體驗，重要的是應用程序運行平穩，並且在播放時至少達到60 FPS。

為了獲得良好的性能，我使用了前麵描述的各種技術。其中包括高模轉低模的工作流，我使用該工作流在場景中保留多邊形麵數，並我將不移動的對象設置為靜態。因此，通過燈光烘焙，使燈光信息存儲在緩存中，隻要燈光的位置不變，動態燈光就不會不斷重新計算。

對於動態環境光遮擋和著色，我還使用了UE4中的DF（Distance Fields）。為此，靜態對象在環境中的位置以及彼此之間的關係會保存在體積紋理中。這是在應用程序啟動之前加載的，因此不會影響實時性能。運行時虛擬紋理，如地形混合效果，也在遊戲開始前加載，因此在使用過程中會非常輕鬆。

引擎提供導入網格體的自動計算細節級別（LOD）。我分別確定了每個資產的LOD數量，以獲得最佳結果。

我還確保通過由許多較小對象組成的對象組合到一個較大的對象中來保持較低的繪製調用（Draw Call）。例如，入口區域或樓梯資源，其中整個樓梯呈現為一個整體，而不是每個步驟都形成自己的繪製調用。

當然，燈光也有繪製調用。我通過為場景中的每個點光源指定其自己的繪製調用距離來保持同時渲染燈光的數量較低。通過這種方式，我可以確保精細的點光源僅在觀察者到足夠近的位置，能看到其效果時才渲染。

22、總結

我想創造一個黑暗和史詩般的環境，在視覺中心創造一個強烈的光源，甚至在我腦海中有一個場景之前就開始工作了。從計劃的角度來看，這個分解看起來相當簡單，但我花了好幾次嚐試才想出一個符合我期望心情的概念。回想起來，我想說的是，盡早考慮環境的設置更明智。然而，這是我迄今為止最大的環境項目，我對結果非常滿意。在這個過程中，我學到了很多東西，也從創作這個場景中得到了很多樂趣。

Alexander Sartig, 3D遊戲藝術家

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來源：Thepoly公眾號