育碧首席素材设计师 Vincent | 分享材料设计的奥秘与技巧
作者简介：Vincent 是一位环境艺术家，专攻材质制作，拥有概念设计师草图师的文凭。他的职业生涯始于法国的Eden Games，后来成为了Ubisoft Annecy的关卡艺术家。2015年，他搬到了加拿大，在那里参与了《刺客信条：辛迪加》、《荣誉战魂》以及后来的《刺客信条：奥德赛》的制作。在制作《刺客信条：奥德赛》时，他负责建筑材料的制作，创建基准、进行艺术演示以及培训外包员工。Vincent曾是2019年GDC的演讲者，他的作品被刊登在《3D艺术家》（3D Artist）、80lvl 和 Substance Academy 网站上
我们将讨论贴图表面、基于物理的渲染（PBR）以及混合技术的原理。然后，我们将继续深入研究像素比例布局及其应用。最后，我们将得出结论，为那些渴望深入了解特定主题的人提供一个简短的实用指南。
首先，我们来了解一下什么是材料艺术家。在一些工作室中，会聘请联合国志愿者或3D全才来处理3D资产和材料。有时，工作室非常高效，专门有人致力于材料的研究，我们称他们为材料艺术家。要了解材料艺术家的角色，就需要知道他们的职责和任务。
材料艺术家可以专注于游戏材料的制作，也可以处理离线或引擎库中的材料。这就是我所说的生产资产，它们通过实际数据在游戏中被使用。我们还可以运用Alpha智能贴图模板等技术，以及运用诸如阴影或基准测试等工具来支持所有管道资产。这意味着创建的数据旨在支持或强化制作过程。
最后，材料艺术家可能需要从头开始创建纹理数据，或者仅用于协助和编写文档。这些文档可能属于支持类别，具体取决于艺术家所在工作室的制作阶段或里程碑。作为材料艺术家，您可能需要处理上述全部或部分工作内容。
我们将集中讨论材料的部分，从我的角度来看，这是一个很好的入门，也是人们在实际工作中最常遇到的部分。因为在艺术领域，它的表现非常引人注目。然而，正如我一开始解释的，我们将着重关注基本原理和生产限制，以帮助人们提高效率并在整个过程中应用这些原理。所以当我们谈论材料时，它既包括游戏中有还是没有表面的部分，这些表面可以是简单的材料，具有或不具有结构，可以进行分层混合贴花。这些贴花属于特定类型，因为它们有各种装饰性的用途，例如地板上的划痕、清漆、灰尘斑块或破碎的混凝土角等。当谈论资产类型时，我还想到了另一个类别，即烘焙资产，它们也是特定的类型，可以是象征性的，也可以是有机的或人造的，都有其特殊性和限制。今天我们将关注真实表面，在创建材质或纹理资产时，首先想到的是一些基本概念
Brief 概要01-首先想到的基本概念是上下文，包括方向、预算、时间、软件等，这些都是我所说的上下文的基本内容。02-然后是参考，照片、概念艺术、扫描，甚至视频也是很好的素材来源，这些都是简报的一部分
Core Materials 材料核心03-接下来，我们进入材料本身的创作过程。大多数情况下，第一步是识别组成材料的形式，如主要的分割和特征04-然后是颜色，基本上是颜色调色板及其和谐05-在此之后，你有老化，它是一个全新的材料，老化了多少，如何破碎、褪色、晒白等，这些都是我称之为核心材料的一部分。这三个类别可以帮助你在将不同的核心材料叠加在一起以创建复杂的配方（如金属、油漆、锈等）之前总结任何表面
Layering 分层06-然后你有污垢，它可能只是一个核心材料本身，但它可能与下面的特定层（如锈迹）非常具体07-过渡部分成为一个自身的问题，因为它可以详细说明材料及其状态，比如那两层之间发生了什么，以及在定义和微观表面方面发生了什么。这两者都构成了任何非全新真实材料必需的分层部分
Material Response 材料反射
08-接下来是材料的反射率，这是一个宽泛的术语，用来讨论粗糙值，还可以用来讨论模式对比。就像我们将要看到的那样09-它在处理微观细节时非常方便，这是频率和高环流的领域。我们将讨论这些问题。这些组成了我称之为材料响应的部分
10-最后，最难理解的部分是夸张，这不应与风格化相混淆。这只是一个艺术选择的问题，即从参考中选择什么，舍弃什么，强调什么以及如何强调。根据情况和表面，这些支柱可以用不同的杠杆进行讨论和应用。这就是基本概念。
在总结材质创建时，一些显著的词汇包括纹理，即代表表面特性的图像，如颜色、AO（环境光遮蔽）、粗糙度和法线向量等。这些纹理通常作为PSD图像层的输出或阴影中的数值常数
阴影是一组定义了光线如何根据这些纹理与物体产生反应的数学函数。它涉及物体是否发光、投射多少阴影以及颜色的反射等。阴影通常用节点方式表示，这对于那些不进行编程的人（如我）来说是非常方便的，因为可以使用着色器节点进行操作
最后，我们来谈谈材质。材质是一个容器，它包含了您可以使用的纹理和阴影。您可以在阴影中公开选项并与材质级别的选项进行交互。这些材质是允许您创建3D资产和环境的最终产品。
在这里，有一些几年前为《刺客信条：奥德赛》制作的材料。这些材料是为了在游戏制作过程中使用而设计的。在设计这些材料时，不仅要考虑材料本身，还需要考虑它在混合方案中的大部分使用场景和时间。这意味着在创建材质时，要充分考虑到它们在游戏环境和资产中的实际应用以及与其他材质的协同作用
我们将探讨创作过程中的基本方面，这些方面在我看来具有更广泛的应用，分享它们是非常重要的。具体地说，我们将讨论在这个过程中应用的形状、颜色、频率、对比度以及材料的响应。这些方面将帮助我们更好地理解材质制作过程，并为我们的游戏资产和环境带来更高的质量和真实感
在设计师制作的材料中，大多数表面都是从八张贴图开始的。这八张贴图的创建过程包括一系列形状和特征的识别；您需要识别这些度量特征，并逐渐从大到小构建它们，添加最大、平均和覆盖等元素。在我的八张贴图中，您可以看到一些最重要的步骤和主要特征。您已经可以看到大、中、小特征之间的相互作用和关联，以及它们之间的平衡。这种形式的思路适用于每个纹理，而不仅仅是八张贴图
关于形式的一个小建议：大多数时候，在制作表面时，我喜欢在法线贴图的某些部分进行一些抛光处理，将它们视为平面或稍微光滑一点。这样做确实有助于拥有不太均匀的表面，并更好地吸引观察者的注意力
我们将进一步说明关于每个纹理中形状含义的详细信息。这里是我的法线贴图和颜色贴图。您可以看到我为法线和颜色贴图创建的度量形状。这些形状是构成颜色贴图的主要元素。您可以观察到形状之间存在层次结构
谈论颜色，颜色可能是现实或抽象领域中最让艺术家们望而生畏的主题之一。掌握色轮的使用非常重要，这意味着还需要了解如何使用或构建调色板。例如，理解单色调色板的效果和特点。
类似色、互补色确实很重要，并且了解冷色和暖色之间的区别
为了获得可靠且准确的颜色，同时确保其在特定的范围内，您可以毫不犹豫地依赖PBR（基于物理的渲染）图表。此外，还可以使用像texture.com或quixel.com等网站提供的高质量纹理扫描，甚至是您自己拍摄的校准照片。
您可能会问PBR是什么PBR是基于物理的渲染（Physically-Based Rendering）的缩写，它是一种旨在模拟现实世界中表面和光线行为的渲染类型。PBR最早的研究可以追溯到20世纪90年代，并在21世纪初开始应用于实际生产。迪士尼为电影《长发公主》创建了一个简化的PBR模型，并在随后的实时渲染技术（Real-Time Rendering，简称RTR）中使用PBR。目前，PBR已经成为视觉效果、动画和视频游戏等多个行业的标准。
PBR的特点在于它使用了BRDF（双向反射分布函数）随机模型，考虑了能量守恒和物理上合理的反射微表面，同时还区分了金属或非金属材料的类型。有许多不同的PBR实现方式，但在此我们不会详细介绍每个模型的特性、限制或用法。请记住，PBR模型的目标是为艺术家提供更真实、简单和统一的渲染效果
对于初学者来说，值得记住的一个好规则是，颜色越深，其对光照的贡献就越小。这是一个很好的理由，再次强调在选择颜色时遵循良好的颜色范围来源，例如基于物理的颜色范围
在我看来，PBR 的另一个重要的艺术方面是它是一种渲染方法，它不是一种美学，它可以在我们的方向的很大范围内使用，只要它们需要接地
演讲下部分让我们先从像素比开始，我认为讨论这个概念非常重要，它对生产有很大的影响，并且非常实用。像素比，或称纹理像素密度（也叫Texel密度），基本上是指构建图像的像素数量。在这里，我们可以看到具有不同像素数量的例子。
如果这些像素不是随机像素，而是实际纹理，那么不同密度的纹理将呈现出不同的清晰度。显然，像素越多，您拥有的细节定义越多，但这总是取决于您使用的尺寸例如，如果我们在2米的表面上使用2K分辨率的材质，我们最终会得到每米1K的常见Texel密度。而如果使用256像素分辨率的材质，其密度将降低到每米128像素。在这种情况下，与左侧分辨率较高的材质相比，右侧的256像素材质将表现出较低的清晰度，这将被称为贴图不足
我们尽可能保持材质较小的原因是，有时增大材质在视觉上并无益处，尤其是在使用混合时。例如，如果我们要创建一个4米高的墙壁纹理，选择4K材质在这种情况下并不理想。相反，最好使用2米高的材质并将其平铺，以便在保持适当的Texel密度的同时，减少资源消耗小尺寸材质在大多数情况下仍可提供足够的细节，同时还能提高性能和降低内存占用。因此，在制作材质时，需要权衡分辨率与性能之间的关系，选择适当的尺寸以满足视觉需求，同时不过分影响游戏性能
在创建材质时，您需要确定纹理的尺寸和像素密度，同时还要考虑在物理世界中如何使用该表面以及所需的尺寸范围。就像我之前提到的，如果在2米的表面上使用2K材质，那么Texel密度就是每米1K，或者每厘米10.24像素。这为您提供了一个很好的参考，有助于识别合适的纹理分辨率和模式【根据项目要求进行制作这里只是作者举例说明】
请记住这个很好的规则：保持一致的Texel密度可以帮助您创建视觉上一致的场景，这样的场景将以均匀的方式加载
Texel密度与纹理权重之间的关系非常重要。以这个破墙材质为例，它具有相同的纹理密度，每米1K。我们正在谈论它代表一个2米的表面。该材质由多个纹理组成，包括颜色、法线、粗糙度和AO贴图。为了说明这个例子，让我们假设我们将这些纹理组合在一起，以减轻内存成本。所以现在我的材质由两个纹理组成：两个sRGB纹理，一个包含颜色和高光贴图，另一个包含法线、粗糙度和AO贴图。最终，每个材质的纹理占用2MB，总重量为4MB
如果我们想增加像素比，譬如将2米表面的2K材质升级为4K材质，我们会注意到纹理权重随之显著增加。因为我们不能只乘以2，而是必须将边尺寸从2K放大到4K。那么现在我们有一个4K材质，保留在2米上，这给我们带来了2K的像素比。但请注意，增加材质的尺寸并不仅仅是将其乘以2，而是将其乘以4。这意味着纹理权重不是增加到8MB，而是增加到16MB。我们不想将材质的权重在如此大的程度上增加，更不用说应用于战争游戏的纹理了。如果您的工作因内存原因而需要降级纹理，那么它在视觉效果上可能会降低四倍
现在让我们在考虑Texel密度的同时，深入了解一下称为修剪（Trim）的概念和修剪领域。修剪通常是指一种方形或非方形的可平铺材质，具有条状结构（我们以二方连续或者四方连续的贴图形式，多年前做端游手绘时期主要采用这种方式节省资源，只是那个时期并没有多少模块化概念(个人)）。这个概念源于建筑学，其中模块化通常用于表示完成或具有结构性质的墙壁、屋顶等元素，在顶部、底部或任何需要结构的地方，如门框我们可以为建筑物或其他道具创建这种类型的材质，无论是装饰性的还是非装饰性的，如灰泥。
现在让我们用一个具体的例子来说明：不是混凝土，而是一堵石头墙，作为建筑物的立面。这里有一些非常经典的装饰元素，来自我在街上拍摄的照片，例如作为主要参考的这栋建筑。我可以开始从中识别一些可能想要的装饰元素。我正在寻找形状方面非常不同的图案，如凹凸细节、平坦、圆形等，以及在使用方面也有差异的底部装饰、中部装饰、顶部装饰、门框等在确定了一些关键参考后，我还添加了一些关于尺寸的参考，这一点非常重要。这里有一些特写镜头和参考，我在街上另一栋建筑中获得了这些素材
在这里，我将详细介绍几个过程中的元素，这样您就可以掌握思维过程并进行复制。让我们以这两个部分A和B为例。根据我的尺寸参考，我需要为A和B创建这两个图案。这意味着修剪A在展开平铺时的尺寸为90厘米，而B部分上方的装饰约为50厘米。现在，如果我要为这两个装饰部分添加额外的50厘米，使它们适应材质，我将需要创建一个250x50厘米的表面。这将比我的标准2米x2米的2K材质大得多。虽然我可以转向4K材质，但我们已经可以看到，只为两个部分添加这么多额外尺寸可能是过度的
那么，让我们重新审视我能做什么。我可以简化我的调度过程，并思考如何将如底部或顶部这样的部分从我的装饰板的其他区域复用。因此，我决定去除那些使我的两个核心部分仅剩下70厘米的部分。现在，让我们看看简化后节省了多少空间，这是非常显著的。关键点是，我们不需要为每一面都重新创建修剪的部分，这可以节省大量的时间，同时避免了将参考数据转换为实际3D数据的繁琐过程。接下来，我要考虑的是，我是否有足够的空间来放置我参考中提到的五到六个修剪件。从目前的布局来看，我或许能够幸运地在这里容纳其中的三个。接下来，我会进一步探索并优化我的空间布局
因此，在做出决定后，我将按照先前描述的流程继续操作，但选择使用高度为4M单位的材料。为了确保一切顺利进行，我遵循相同的规划流程，并使用了一些简单的涂鸦来勾画我的图案布局，以检查其是否合适。正如你所看到的，这些装饰板并非随机堆叠的形状，尽管它们可能给人一种这样的感觉。但实际上，它们并非如此，或者至少，在理想情况下，它们不应该是这样的。每个部分都经过精心规划和安排，以确保最终的呈现既美观又符合实际需求。
既然我已经根据参考资料制定了计划，现在我可以进入Substance Designer、3ds Max或Blender等软件，开始为简单的形状搭建结构。例如，在Substance Designer中开始创建基本形状。在这个阶段，我会尽量保持一切简单，以便在需要时更改、组合或替换任何步骤中的元素
一些小技巧可以帮助我在尺寸和像素比方面保持准确。例如，我会手动创建一个小网格，因为Substance Designer没有内置网格。它是一个非常简单的线框网格，代表一个白色网格，每20厘米一个，黄色网格线每40厘米。在这个步骤中，尽快根据上下文检查尺寸非常重要
在处理立方体或圆柱体上的装饰时，至少对我来说，可能很难完全掌握它们的效果。有时候，感觉就像有许多堆叠的形状，但它们可能并不那么实用。因此，我通常会将它们映射到一个小平面上，并进行切分，以便更好地理解我正在处理的内容。您可以欣赏到我制作的非常复杂的UV贴图。同时，我创建了一个2米高的小墙石材质，因为装饰通常很少单独出现，而是作为配方的一部分，就像我之前提到的那样，这意味着混合装饰材质和基本材质，甚至是烘焙贴图来进一步解决图案问题
我总是喜欢在一个装饰上添加几面镜子，并创建一个类似于门框结构的设计，或者可能仅添加一些将要放置在地板上的装饰。这确实有助于我了解这些形状是否可以在垂直和水平方向上工作，以及在它们的交叉点处，它们是否仍然具有良好的可读性
对于UV贴图，它们相当基本。您可以看到我已经堆叠了一些UVs，一切都运作得很好。在右侧，您可以看到刚刚出现的新的小占位符。这是另一个稍微复杂一点的例子，当我逐渐建立我的配方并使我的示例变得更复杂时
在这里，您可以看到我的小石墙，底部有装饰，顶部有装饰，中间还有四块石头。修剪尺寸为4米x4米，而这个示例中的石头尺寸为2米x2米，与我的测试相类似
这是最终的每个纹理的材质，因此颜色法线粗糙度等
一切都按预期进行。我创建了一个小的锯齿形状墙，其结构与底部和顶部的占位符装饰相似，中间放置了石头。这给了我一个对上下文的视觉理解，有助于在Substance Designer和Unreal Engine之间进行快速的迭代。这真的非常有价值
在这里，我可以看到我的石头纹理层次太均匀且强烈，所以我需要平衡纹理的频率。对于我的口味，中间的石头有点太小了。此外，顶部装饰过于复杂，底部则难以阅读。即使我遵循了我的结构和参考资料，也需要在设计过程中进行一些调整
因此，我基本上试图解决所有这些问题，同时继续优化我的形状。我添加了一个带有一些柱子的门窗设置，并调整了我的石头纹理的大小和我选择的装饰元素。再次，这为我提供了一种在测试我的配方时展示装饰使用情况的方法
我在门顶部添加了一个小山形墙饰。这实际上只是一个将我的装饰材质映射到上部的3D盒子模型。所以，我基本上在这里使用了大约一半的装饰。我在ZBrush中进行了快速雕刻，然后用可平铺的表面贴上纹理。如果我堆叠其中一些，我会创建一个特定的墙角石。您可以将注意力集中在角色旁边的角上，可以看到它如何迅速覆盖并很好地完成角度，同时仅作为一个快速的占位符
所以想象一下，如果您已经为每种材质优化了数据，您还可以创建一些变体来制作混合配方，例如石膏。所以您看到的灰色墙壁是我的基础材质，我创建了一个更轻、更光滑且中等频率较少的版本。此外，我再次创建了一个基本版，其中包含更大的装饰元素，以增加另一种节奏。还可以创建一个肮脏的版本，以调整亮度和颜色。一些材质可以完全按照原样使用，但您还可以仅导出法线贴图或具有不同亮度和颜色的基本颜色，如更宽的密封件或浅色和深色版本。例如，门窗、地面和贴花都可以使用这种方法进行调整和优化。然而，这将是另一个演示的内容
作者：Vincent DérozierA站：https://www.artstation.com/artwork/29JEDJhttps://x.com/VincentDerozier演讲视频：B站已同步
https://www.youtube.com/watch?v=kSEatGIamdc&t=2648s延伸阅读资料---基于物理的渲染https://reference.wolfram.com/la ... BasedRendering.html
坚持与您“分享”最有价值“干货”内容本期分享就到这里，我们下期见！：欢迎留言，大家互相学习讨论交流
#探寻游戏细节：解析53种贴图的制作与用途以及对环境、角色的影响！#游戏模块化组件 | 简介、创建与使用、轴点与命名规则、材质创建与UV展开
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