光影魔術(shù)-三維數(shù)字模型制作 課件 項(xiàng)目3 紅色消防栓

項(xiàng)目三紅色消防栓浙江省普通高校“十三五”新形態(tài)教材光影魔術(shù)—三維數(shù)字模型制作紅色消防栓了解復(fù)雜道具的制作過(guò)程、多邊形模型的創(chuàng)建、UVW展開(kāi)及PBR材質(zhì)的設(shè)置。該項(xiàng)目是對(duì)游戲動(dòng)畫(huà)場(chǎng)景中常用的道具消防栓進(jìn)行再創(chuàng)作。在制作本項(xiàng)目之前先要了解所創(chuàng)建道具的比例和結(jié)構(gòu)。重點(diǎn)是了解多邊形建模的常用方法和技巧；復(fù)雜多邊形的UVW展開(kāi)和材質(zhì)貼圖的制作。項(xiàng)目目標(biāo)項(xiàng)目介紹項(xiàng)目分析01消防栓的結(jié)構(gòu)分析PARTONE一、消防栓的結(jié)構(gòu)分析在生活中尋找消防栓,結(jié)合拍攝的照片,分析消防栓的整體結(jié)構(gòu)和造型(見(jiàn)圖2-3-1)。消防栓的結(jié)構(gòu)主要由四部分組成：第一部分是消防栓的栓帽,它的造型是半圓形，半圓形具有凹凸起伏感;第二部分是消防栓的主體部分，它的造型是圓柱體,在圓柱體的上方有3個(gè)出水口，這3個(gè)出水口的位置結(jié)構(gòu)不同；第三部分是消防栓的出水口蓋，它的造型是圓柱體，和栓帽一樣有凹凸的起伏感；第四部分是消防栓的栓底，它用于連接地下的水管，它的造型和出水口蓋的造型相似。在創(chuàng)建消防栓時(shí)可以根據(jù)分析出的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行制作。02消防栓模型的制作PARTTWO二、消防栓模型的制作01先將參考圖導(dǎo)入視圖區(qū),基于消防栓是圓柱體的基本形態(tài)，在場(chǎng)景中按照參考圖中消防栓的框架形狀創(chuàng)建一個(gè)圓柱體，將圓柱體轉(zhuǎn)變?yōu)榭删庉嫸噙呅?，將圓柱體對(duì)齊在參考圖上，刪除圓柱體的上下面，方便以后創(chuàng)建模型（見(jiàn)圖2-3-2、圖2-3-3）。二、消防栓模型的制作02對(duì)于這種形態(tài)的模型，在創(chuàng)建模型過(guò)程中，可以考慮使用“編輯多邊形”命令，選擇“邊界”次對(duì)象按住Shift的同時(shí)配合鼠標(biāo)來(lái)快速拉伸模型的邊緣，創(chuàng)建出模型的基本形態(tài)，并不斷拉伸形體（見(jiàn)圖2-3-4、圖2-3-5）。二、消防栓模型的制作03對(duì)于創(chuàng)建消防栓模型來(lái)說(shuō)，先要把握模型的大體形態(tài)，不要一開(kāi)始就糾結(jié)細(xì)節(jié)的創(chuàng)建，細(xì)節(jié)部分是在消防栓模型的后期慢慢添加的，當(dāng)然在前期就要考慮添加細(xì)節(jié)的方法和預(yù)留的部分。當(dāng)消防栓模型基本形態(tài)創(chuàng)建完成后，選擇多邊形次對(duì)象中的“邊”對(duì)象，選擇圈線，選擇“連接邊”命令，在消防栓柱體部分添加線，通過(guò)添加線，創(chuàng)建消防栓柱體中間的凸起部分(見(jiàn)圖2-3-6、圖2-3-7）。二、消防栓模型的制作04使用“縮放”按鈕，對(duì)新創(chuàng)建的邊線進(jìn)行縮放操作，改變消防栓模型的形態(tài)（見(jiàn)圖2-3-8）。二、消防栓模型的制作05在消防栓模型的頂部，使用“連接”按鈕創(chuàng)建出洞口的線，然后使用“橋”按鈕對(duì)相互對(duì)稱的多邊形面的缺口進(jìn)行補(bǔ)面使其完整（見(jiàn)圖2-3-9、圖2-3-10）。二、消防栓模型的制作06在消防栓模型圓柱體加線，為創(chuàng)建消防栓出水口蓋布線（見(jiàn)圖2-3-11）。二、消防栓模型的制作07對(duì)于消防栓模型的最終效果，需要添加網(wǎng)格平滑，渦輪平滑或多邊形次對(duì)象下的細(xì)分曲面來(lái)使得模型平滑，所以在消防栓模型制作過(guò)程中，要通過(guò)布線使得形狀盡可能平滑，才能使消防栓模型的最終效果更加完美（見(jiàn)圖2-3-12）。二、消防栓模型的制作08對(duì)該面進(jìn)行擠出操作，然后通過(guò)插入面，不斷進(jìn)行擠壓操作，制作消防栓出水口蓋的結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2-3-13、圖2-3-14）。二、消防栓模型的制作09對(duì)于消防栓模型的側(cè)面出水口蓋部分，使用相同的制作方法（見(jiàn)圖2-3-15、圖2-3-16）。二、消防栓模型的制作10這樣消防栓模型的基本結(jié)構(gòu)就創(chuàng)建出來(lái)了。添加“光滑”命令后，發(fā)現(xiàn)消防栓模型整體光滑過(guò)渡,所以需要對(duì)消防栓模型的邊進(jìn)行卡邊操作（見(jiàn)圖2-3-17）。11最后，添加完消防栓模型邊緣的布線后，給模型整體添加網(wǎng)格平滑或渦輪平滑，然后檢查模型的布線,此時(shí)模型的創(chuàng)建就完成。知識(shí)儲(chǔ)備—PBR材質(zhì)流程1.PBR是基于物理規(guī)則的全新渲染方式PBR(PhysicallyBasedRendering)是一種全新的渲染方式，其對(duì)應(yīng)的是一種全新的工作流程;在PBR流程中，游戲中的場(chǎng)景表現(xiàn)將更加符合物理規(guī)則，對(duì)于光照的計(jì)算也更符合現(xiàn)實(shí)，PBR的目標(biāo)是基于物理的渲染,它對(duì)目前視覺(jué)開(kāi)發(fā)而言是一種變革性的技術(shù)。PBR的核心理念是讓材質(zhì)和光照按照現(xiàn)實(shí)中的物理數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，代替以前那種靠感覺(jué)調(diào)節(jié)參數(shù)的思路。也就是說(shuō)，現(xiàn)在有一個(gè)明確的材質(zhì)和燈光參數(shù)表，大家參照參數(shù)表調(diào)節(jié)即可，這樣即使是不同的引擎和項(xiàng)目,燈光和材質(zhì)都傾向于統(tǒng)一，也就是傾向于寫(xiě)實(shí)。PBR材質(zhì)流程知識(shí)儲(chǔ)備—PBR材質(zhì)流程2.PBR與實(shí)時(shí)渲染可以說(shuō)PBR是為實(shí)時(shí)渲染服務(wù)的。傳統(tǒng)貼圖流程是在建模軟件中設(shè)置燈光及環(huán)境，創(chuàng)造出環(huán)境對(duì)物體的影響，在特殊情況下還會(huì)創(chuàng)造出陰影。在游戲引擎中，環(huán)境光照一旦發(fā)生變化，物體一旦移動(dòng)，必然會(huì)穿幫。而PBR則只關(guān)心物體的物理屬性，一旦給定了數(shù)據(jù)，無(wú)論在任何光照條件下都能正確呈現(xiàn)出物體本來(lái)的樣子（見(jiàn)圖2-3-18）。PBR材質(zhì)流程知識(shí)儲(chǔ)備—PBR材質(zhì)流程3.Substance的介紹Substance是Allegorithmic公司開(kāi)發(fā)的一款PBR美術(shù)制作工具，包括SubstancePrinter和SubstanceDesigner等軟件。SubstancePainter是一款PBR貼圖繪制軟件,我們可以將模型導(dǎo)入該軟件,然后輸出PBR貼圖。SubstancePrinter2019是本書(shū)主要使用的PBR貼圖繪制軟件（見(jiàn)圖2-3-19）。PBR材質(zhì)流程知識(shí)儲(chǔ)備—PBR材質(zhì)流程4.UVW是PBR貼圖從2D映射到3D的橋梁如果想要把貼圖準(zhǔn)確地貼到模型上，則需要使用三維軟件UVW方式的貼圖坐標(biāo)模式。而使用這種模式的前提是該模型已經(jīng)把UVW展開(kāi)了，模型中包含著UVW數(shù)據(jù)。在使用SubstancePainter繪制貼圖之前，模型必須展開(kāi)UVW。UVW展開(kāi)類(lèi)似將一個(gè)紙盒剪開(kāi)，使其平鋪在桌面上。UVW存在的意義就是告訴渲染引擎，如何將一張2D貼圖上的數(shù)據(jù)映射到3D模型上，其過(guò)程就像將一張貼圖包裹在模型上，而如何去包裹會(huì)有很多種方法，所以這時(shí)就需要UVW告訴引擎，如何將貼圖按照我們想要的方法包裹住模型。制作PBR貼圖,就需要開(kāi)展UVW。那么在什么情況下不需要展開(kāi)UVW呢?例如，一個(gè)新浴缸，其表面光滑、顏色單一、整體光澤度一致，這時(shí)可以不用展開(kāi)UVW。但是，如果想要在浴缸的某個(gè)地方產(chǎn)生寫(xiě)實(shí)效果，比如年歲長(zhǎng)一點(diǎn)，有了水垢、掌紋、手印，這就需要展開(kāi)UvW.PBR材質(zhì)流程03消防栓材質(zhì)制作PARTTHREE三、消防栓材質(zhì)制作01先給制作完的消防栓進(jìn)行UVW展開(kāi)，這是制作精細(xì)材質(zhì)的必要步驟。選擇消防栓未平滑狀態(tài)下的多邊形形體模型，在“編輯”命令面板中選擇“UVW展開(kāi)”命令。打開(kāi)“編輯UVW”對(duì)話框，我們發(fā)現(xiàn)消防栓的UVW圖是亂的（見(jiàn)圖2-3-20）。三、消防栓材質(zhì)制作02在UVW展開(kāi)“邊”狀態(tài)下，選中所有物體，單擊“快速平面貼圖”按鈕，可以得到消防栓形體的UVW圖，但是現(xiàn)在的UVW圖僅僅只是物體的一個(gè)投影，要對(duì)其設(shè)置分割線，將物體的各個(gè)部件展開(kāi)(見(jiàn)圖2-3-21）。三、消防栓材質(zhì)制作03在UVW展開(kāi)的次對(duì)象“邊”的狀態(tài)下，選中分割線，然后在“編輯UVW”對(duì)話框中右擊，在彈出的快捷菜單中選擇“斷開(kāi)”命令，使用分割線分割次對(duì)象“邊”（見(jiàn)圖2-3-22）。三、消防栓材質(zhì)制作04在UVW展開(kāi)的次對(duì)象“多邊形”的狀態(tài)下，選中分割出來(lái)的多邊形，然后在“編輯UVW”對(duì)話框中，單擊“松弛”按鈕，將數(shù)量設(shè)置為“1”，直到相關(guān)部分的UVW趨向完成平鋪，就可以停止松弛操作，按照此方法，可以逐步將各個(gè)選取部分的UVw平面鋪開(kāi)（見(jiàn)圖2-3-23）。三、消防栓材質(zhì)制作05將消防栓形體全部進(jìn)行UVW拆分并鋪平后，在材質(zhì)球中，制作一個(gè)棋盤(pán)格材質(zhì)球，并賦給物體,由于物體的不同部位棋盤(pán)格大小不一致，有些地方甚至還會(huì)扭曲變形，接下來(lái)要對(duì)不同部位的UVW展開(kāi)圖的大小和形體進(jìn)行調(diào)整，最終目的是保證消防栓所有部位的棋盤(pán)格大小一致且沒(méi)有扭曲變形（見(jiàn)圖2-3-24～圖2-3-27）。三、消防栓材質(zhì)制作06將所有的UvW平鋪圖放在方格圖內(nèi)并進(jìn)行排版（見(jiàn)圖2-3-28）三、消防栓材質(zhì)制作07將完成UVW拆分的消防栓保存為FBX格式的文件，F(xiàn)BX格式文件最大的作用是在3dsMax、Maya、Softimage等三維軟件之間進(jìn)行模型、材質(zhì)、動(dòng)作和攝影機(jī)信息的互導(dǎo)（見(jiàn)圖2-3-29）。三、消防栓材質(zhì)制作08打開(kāi)SubstancePrinter工作界面，新建一個(gè)項(xiàng)目，將“消防栓.FBX”文件導(dǎo)入，并將“文件分辨率”設(shè)置為“2048”（見(jiàn)圖2-3-30、圖2-3-31）。三、消防栓材質(zhì)制作09消防栓已經(jīng)被放置在SubstancePrinter視圖窗口中，左側(cè)是消防栓立體貼圖效果，右側(cè)是平面UVw貼圖效果（見(jiàn)圖2-3-32）。三、消防栓材質(zhì)制作10在最右側(cè)的操作面板中，選擇“紋理集設(shè)置TBXTURESBTSBTTINGS”面板，單擊“烘焙模型貼圖”按鈕，將7張主要的PBR貼圖進(jìn)行烘焙（見(jiàn)圖2-3-33、圖2-3-34）。三、消防栓材質(zhì)制作11在SubstancePrinter視圖窗口下面的展架SHBLF中選擇“智能材質(zhì)Smartmaterials”選項(xiàng)，選擇“Machinery”材質(zhì)，將此材質(zhì)拖入圖層面板中，或者直接拖入視圖窗口中的消防栓上，將“Machinery”材質(zhì)賦給消防栓（見(jiàn)圖2-3-35）。三、消防栓材質(zhì)制作12在“圖層”面板中，單擊“Machinery”圖層左側(cè)的文件夾圖標(biāo)，可以看到智能材質(zhì)由多個(gè)貼圖組合而成，在這里可以設(shè)置基本底色、粗糙度、金屬度等，選中“MetalBase”圖層，把原來(lái)的黃色設(shè)置為紅色（見(jiàn)圖2-3-36、圖2-3-37）。三、消防栓材質(zhì)制作13如果想要將鐵鏈換成其他材質(zhì)，則可以在“圖層”面板中，放置一個(gè)新的智能材質(zhì)，可以發(fā)現(xiàn)新放入的智能材質(zhì)將原來(lái)的紅色銹跡材質(zhì)覆蓋了。SubstancePrinter圖層的概念與Photoshop圖層的概念相似，上面的智能材質(zhì)會(huì)覆蓋下面的智能材質(zhì)，所以要給新材質(zhì)圖層添加一個(gè)黑色遮罩，選擇“幾何體填充”工具，然后選中鐵鏈，取消圖層選取后會(huì)發(fā)現(xiàn)，新設(shè)置的金屬材質(zhì)只覆蓋在鐵鏈上。還可以在“屬性-填充”面板中調(diào)整鐵鏈金屬材質(zhì)的屬性（見(jiàn)圖2-3-38～圖2-3-40）。三、消防栓材質(zhì)制作14在紅色鐵銹智能材質(zhì)中，在底色貼圖上再創(chuàng)建一個(gè)新的貼圖，并在這個(gè)貼圖的“Alpha透貼”中放入一個(gè)透貼圖案，設(shè)置此透貼圖案的屬性（見(jiàn)圖2-3-41、圖2-3-42）。三、消防栓材質(zhì)制作15為了達(dá)到更好的效果，可以給圖層添加一個(gè)“MatFxDetailEdgeWear”濾鏡，并