次世代場景紋理再現老農場

來源：CG王國

Creating Next-Gen Environment Textures using Total Textures
作者：Daniel Vijoi, Lead Texture Artist - AMC Studio

這個教程適合中水平建模和貼圖的讀者，我在這裏不會一步一步的介紹整個製作過程，這裏隻介紹次時代遊戲開發中的特色部分。而這些部分的製作方法不是固定的，在我們的製作組裏采用了很多種方法，這裏我們將介紹總的製作方法。

我的靈感來源於典型的美國農場，加入了一些英式的風格來增強建築和環境的個性。就算場景整個來說是比較寫實的，但是細節來說，比如比例，物體的位置，顏色等都有一點誇張，來讓遊戲看起來更有透視感。這當然取決於遊戲的類型，因為玩家在遊戲裏的位置在此是很重要的。製作多少細節是由玩家與物體的距離，還有玩家是否經常看這個物體所決定的。這些要求常常解釋為多邊形和貼圖數量的限製。 、

這裏使用的軟件是MAYA和Photoshop。

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分為以下5步：

收集材質和參照圖
概念設計
建模和UV
貼圖展開和UV
繪製貼圖
1.收集材質和參照圖

這步裏我收集了參考照片和農場上的物體的圖片，仔細的挑選，注意要保持風格的一致，讓他們看起來是同一個年代的，相互呼應。這裏我要做一個屋子，一個小水塔和一個貨車。通常，像水塔和貨車這樣的物體都叫做道具。

顏色和細節在之後都會做一些修改來讓各個元素看起來更協調。

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2.概念設計

有了這些參考圖片，我畫了一些場景裏要用到的細節的速寫，還加了一些多餘的細節，這部分細節在之後的製作裏可能因為技術限製而被取消。

這些草圖是之後更為詳細的概念設計的基本，之後會加入顏色，材質，反射還有更有立體感 和建築感 的經、喇叭。詳細的概念設計會使用到SketchUp這樣的軟件，但在這個教程裏，概念設計隻是用做基本物體方位和比例的參照。

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3.建模和UV

用其中一張概念設計圖，我估計了一下房屋的維度，做出了大體的形狀。之後，會一步一步加入細節。

同時，我要注意不要做太細小的或者是用太多多邊形完成的細節。因為這些都是可以靠貼圖來完成的。依據遊戲引擎來判斷細節是用多邊形來完成還是用貼圖來完成。確保結果是最佳的，最好是讓同一個人來做建模和貼圖。在遊戲工業裏，加快執行速度是很重要的。建模裏出現的任何看不到的，多餘的細節都必須移除。網格大多都得是四邊形，隻有在四邊形不能用的地方才能使用三角形。

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以下介紹一下一些典型的可以用多邊形完成的細節：

下圖是我建模窗戶和優化屋頂的過程：

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別外，以優化幾塊斜靠在牆上的厚木板為例。在之後會通過貼圖加入一些細節，這些細節包括缺磚的牆麵和厚木板的形狀。

以上兩個例子是為了強調幾何體在貼圖之後還需優化這一事實。比如，如果我們在貼圖前做了缺磚的細節，貼圖時會遇到一些麻煩，反之，就方便多了。

正如你所見，幾何體是低精度的，因為很多的小細節，像磚，屋頂的瓦片，木板等都是可以在貼圖的時候用法線貼圖來完成的。所以在這裏，隻有大體的形狀會用幾何體來表現，因為幾邊形的數量限製是1300個三角形。水塔要用將近1000個三角形，因為它的圓形需要很多的三角形來表現。如果做細節，這個車需要2500個多邊形。不過，玩家不能去開車，所以不用為車做內裏，這樣，車也不用做太多的設定，比如車門不用做成可開合的。

通常車對玩家來說都是一個可以藏身的地方，水塔則可以眺望遠方或者點火。這些操作細節在建模時都必須考慮到，因為有的東西是可以用的，所以場景裏要為這些東西留一些空間，這樣才能讓玩家夠到這些物品，而不至於被卡住。次代遊戲意味著玩家可以去，可以近距離看到大部分的物體，這樣就要求貼圖的分辨率要很高，並且和旁邊的物體的分辨率保持一致。

從建模一開始，我們就要讓模型保持在最終的多邊形數的限製以內，因為一些細節在之後還會添加進去，或者需要加一些邊來幫助完成貼圖。

遊戲藝術家通常遇到的一個問題是兩個選擇：是要用低精度建模後再按需求增加多邊形數，還是一開始就用高精度模型，最後再按限定來減少多邊形數目。每個藝術家會根據自己的喜好選擇不同的方法。通常，遊戲建模中，輪廓沒有房屋的比例來得重要。一個複雜的輪廓會讓人錯以為物體有很高的分辨率。

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正如之前提到的，我會加一些細節在房屋的輪廓上，比如缺瓦的屋頂，木塊，碎片，突出或者是陷入的磚塊，破碎的樓梯等等，這些細節讓房屋看起來更自然，所以它們會放在玩家能夠輕鬆到達的地方。

在展開UV之前，我們要確保幾何體很幹淨，場景已經組織好了，這個場景是通過命名和給物體分層來組織的，同樣的，用Outliner我們可以把場景中不必要的節點刪除。

確保刪除無誤後，我們用以下的步驟來整理場景。 File->Optimize scene size 和Edit>Delete all by type->History來確保物體的法線都是正確的，你可以用Backface Culling來看法線的方向是否正確。

（點擊原圖看大圖）

接下來，這裏有一些常犯的建模錯誤：

建模完成後，我們接下來要展UV了，這步不是UV最終的展開情況，我們隻是將UV全展開。比如說，如果項目要求128像素／米，那麼一個4m x 4m 的區域就需要512x512的貼圖，而一個2m x 4m的區域就要求256 x 512的像素。場景裏的磚牆有2米高，所以就高度而言，它需要一個256像素的貼圖，當然厚度也需要額外計算。作一麵長磚牆，會用去我們很多的貼圖空間，如果我們要保持分辨率的原則。

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下圖是房屋和水塔的UV展開圖。用棋盤材質圖，我們能看到所有的多邊形是不是有同樣的分辨率。這些UV在貼圖的時候會作很大變動，來讓我們找到最好的貼圖方式。

（點擊原圖看大圖）

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4.布局，材質和UV

雖然我們說是UV布局，但布局事實上是指在photoshop中的畫紙上怎麼擺放所有的細節。最簡單的方法完成這個是在一張紙上試著擺放不同大小的區域來找到一個最好的布局，而盡可能用最小的貼圖大小。正確與否的衡量方法是看是不是保持了正確的大小關係。所以幾何體表麵積越大，它的貼圖占用的空間應該越大。在這裏，主要的部分有磚牆，屋頂和小棚的牆，像門窗那樣的細節也會被包括進來。

正如你所見，房屋和道具不是用專門的，像角色使用的那樣的UV空間。所以這樣的UV是通過以下3步合成的：

1.展開UV（建模完成後就可以做了）

2.材質布局（在photoshop或者是紙上完成）

3.貼圖（在maya中完成）。這是在材質完成後，當UV已經準備好可以用於生成材質後。

在左邊，這量個藍牆的材質，在頂和底部都有點髒。為了讓它的用途更大，材質在垂直方向上有壓縮，這樣隻用比較小的空間就能完成牆麵的材質。右邊的圖顯示的是水平布局，還有圓形的布局。這些布局都必須和相應的幾何體匹配。

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下麵是兩個物體的材質貼圖。

回到主要的場景方麵，我試著去優化材質的數目和大小，同時保持足夠大的空間來添加細節。

手繪的布局方法如下圖所示：

（點擊原圖看大圖）

第一部分是房屋的主要材質，有1024x1024那麼大，這包括了長磚牆，木牆和門窗，樓梯等等。屋頂的瓦是用另外的一個512x1024的材質圖，下麵的左邊那張圖是512x512的水塔的材質圖。256x256的alpha貼圖會用在鋼架和樓梯的製作上。這個貼圖能幫我省很多多邊形。材質方麵，車還需要1024x512。

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如你所見，草圖不夠精確，它隻是讓設計者知道元素的擺放，所以這裏沒有餘下的空間。假如有需要更多的材質，比如一些物體最後需要放大，因為分辨率提高，這當然做的時候要小心，因為這樣會讓分辨率不一致。這是一個我畫的格子，每個大小都是128像素，來讓工作更簡單。

漫反射貼圖

因為這是一個寫實的建築，材質必須仔細的選擇。它們必須有很多的細節，不能模糊，不能有人工修飾的成分。最重要的是加入一些有趣的細節，而顏色可以在photoshop中調整。

有一些細節誇張點看上去更好，雖然我們做的是真實感很強的貼圖，但是讓物體和建築有一些獨特的風格是很好的。建築應該通過色彩，風格等來詮釋。源圖必須調整一下，不至於看上去色彩單一，過時的老舊建築。材質必須做得真實，可信來彌補幾何體的不足。

獨立的細節必須有很大的區別，並很好的放置在材質圖上來避免明顯的重複並更容易讓人理解。

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在Photoshop中有一點要避免的是：層混合模式。要盡量使用正常，不過，在不影響最終效果的前提下，覆蓋等其他方式也是可以用的。

層 這類的元素不應該濫用。用得太多了會不好管理，特別是沒有給它們命名和正確分組的情況下。最好的是用盡量少的層，隻留下那些特殊的細節，比如顏色，立體感特征。有一些層能幫助生成其他的層，比如法線能方便的生成高光圖。

下麵是牆壁材質的例子：

Height map 高度貼圖

為了生成好的法線圖，我們首先要做等高圖。生成的方法是用凹凸通過nVidia Photshop插件來轉換成法線貼圖。法線圖首先要仔細研究漫反射材質，因為它看上去隻要將圖降低飽和度後在nVidia 濾鏡裏跑一下，就可以生成了，但是這樣得不到想要的效果。等高圖必須在層裏先用一個灰度來確定細節，然後再把細節加進去產，這樣的步驟才能保證最終的效果。

從左上的圖你能看到等高圖裏慢慢加入了細節。右邊的圖是具體的細節加入的情況。每一層高度都能轉換成一個法線貼圖，然後疊加模式選為疊加。需要強調的層就複製一下，這樣效果就更明顯了。當然，你也可以調節層的透明度來控製。

高度圖生成的過程是很重要的，因為好的高度圖的生成能大大減少法線貼圖的工作量。

Normal map法線貼圖

下圖是改進法線貼圖的步驟。一些地方要強調，隻要複製有這些地方的層，並疊加。更明顯的細節是不能直接用濾鏡來生成的。

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更好的轉換結果可以用CrazyBump來完成，它會計算材質的深度來生成法線貼圖。它還能通過材質的大小和細節來分別對待不同的材質。通常，這個軟件適用於較大的細節。另一個用途是它生從圖片中提取出平行光源。結果能生成環境圖，等高圖，凹凸圖等等。這些也能用來增強材質的效果。

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另外，這是nVidia Normal Map Filter 在此教程裏的參數設置：

Specular map 高光貼圖

高光圖隻要是指示有多少光從表麵反射回來的。木材，磚，水泥等的反射度很低，而像玻璃，金屬等就有較高的反射度。為了正確的生成法線圖，高光圖必須很小心的研究。一些3D引擎隻要用灰度的圖就行，一些則要彩色的。

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下圖是最終的高光圖的一部分。亮的地方是窗戶，暗的地方是汙點。接下來，金屬的表麵有一個較高的反射值，不過，其上的汙點部分剛反之，像門把，釘子，鉸鏈等地方都要這樣來處理。最暗的地方是磚，水泥和木材。當然，如果木材是油漆過的，反射度就會高些，一些濕的磚或者拋光過的磚也會高些。還有一個原則是舊的東西比新的東西反射值低，因為受到汙點，灰塵什麼的影響。

一般，高光圖會比漫反射圖的對比度更高。

貼圖的過程要求設計者在每次材質保存後，在3D視圖中仔細的檢查，在完成所有的材質後再來調整材質的亮度和顏色也是可選的。一個原因是在法線貼圖和調光貼圖完成後，物體的視覺效果會有很大的改變。

5.繪製貼圖

因為之前的布局，在材質圖上已經沒有多餘的空間可以利用了。同時，UV鏡像也要盡量避免，因為這會產生蝴蝶效應。

同樣的，縮放UV時也要注意保持比例，以避免分辨率的不同。

這些問題的效果在下圖中都有所展示：

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下圖是UV的主要貼圖，如你所見，所有的地方都用上了。

在整個建築貼圖後，還有一些空間來添加一些像變形，損壞的瓦片那樣的細節。這樣估能讓幾何體材質細節更容易生成。

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水塔也是用同樣的方法完成的，我試著保持一樣的材質來保證分辨率。相同的材質用在了屋頂和蓄水池的底部。除此之外，我的架子上還用了256x256 alpha貼圖。

總之，技巧因建築的不同而不同，但是方法變化都不太大，主要的最優化，不管是幾何體，UV還是貼圖方麵，這些都必須在不改變物體外形的基礎上完成。

接下來，我們要用不同的方法來完成貨車了，因為交通工具的製作方法是不一樣的。這就意味著在建模完成後，UV就得在材質完成前先做好。

上圖的上半部分是貨車一開始的造型，下麵是報廢後的造型。這樣做的好處是我們可以根據情節使用不同的模型。

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下圖是完成後的UV，展開了，放到合適的大小以便使用更大的材質空間。

（點擊原圖看大圖） 

生成這類交通工具的UV必須仔細參考圖片，來決定哪些地方要特殊的UV空間，因為有的部分不能鏡像或疊加，不然會看出人工的痕跡。仔細參照圖片看要加入哪些細節。布局決定了大部分的材質都得鏡像，但是一些特殊的地方，像坐倉，緩衝器，散熱器等都不能鏡像得到。下麵是鏡像後得到的細節圖：紅色的部分有著同樣數目的UV。

車的側麵也能鏡像，因為在同一時刻它們不會被同時看到。鏡像得到的一些區域需要特別注意，比如車罩和車床。鏡像區域的蝴蝶效應能通過添加少量的對比細節來減少。

如你所見，車罩部分缺少灰塵等其他細節來讓鏡像看起來沒那麼明顯。同樣的，後部也有同樣的問題。

同時，值得注意的是材質沒有照明。引擎會根據幾何體形和法線圖的細節來添加燈光和陰影。劃痕等細節在與法線貼圖結合後看起來效果會好很多。

在漫反射圖上添加陰影也會影響到引擎的細節，讓物體看起來有些失真，所以最好不要用。

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下圖裏，你會看到最終的法線圖的生成，與房屋用的是一樣的方法。金屬製品是在CrazyBump裏生成的，這樣看起來更真實。

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這個場景 的最終渲染效果：

回想一下，整個場景裏大多用的都是一種方法，隻在具體的一些物體上有一些細微的差別。每個物體都要有細節的變化來吸引玩家。但是最主要的還是場景的最優化。

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