Текстурирование, или что нужно знать, чтобы стать Художником по поверхностям. Часть 5. Система материалов

Продолжаем серию уроков о том, как стать художником по поверхностям. Если вы не дождались этой статьи и перешли на статью на хабре, то настоятельно рекомендую прочитать эту. Она написана полностью с нуля и содержит намного больше важной информации.

Hello there! Моё имя Денис Кузнецов. Я - программист =)

Итак, котятки, погнали! =)

К этому моменту мы полноценно разобрали стандартный метод текстурирования, который применяется в играх уже очень давно. Метод достаточно прост - создается объект, или несколько объектов, для которых создаются отдельно текстуры в Substance Painter или в любом другом ПО. А в игровых движках эти текстуры просто накладываются на объект(ы).

Часто не просто накладываются, а к ним еще применяются дополнительные эффекты, такие, как эффекты Френеля, дополнительные маски грязи по высоте объекта, или сухая / мокрая одежда. Есть множество штук, которые можно дополнительно подмешать к текстурам в шейдерах (материалах), чтобы они выглядели лучше.

Но суть остается одна - сам объект полностью текстурируется заранее в специализированных ПО, и на выходе всегда есть отдельный пак текстур для объекта.

Обычно, это 3 текстуры:

И обычно они имеют большой размер от 1024 до 4096 пикселей. Текстура без сжатия размером 4096х4096 пикселей с 1 каналом занимает 16 мбайт. То есть, все 4 канала в такой текстуре займут 64 мбайта.

48 Мбайт занимает одна текстура с 3 каналами, а нам надо 3 таких текстуры, что несомненно займет 144 мбайта. То есть, ради того, чтобы какой-то большой объект в кадре выглядел очень красиво и детально, нам потребуется выделить для него 144 мбайта памяти в нашей видеокарте. А теперь представьте 10 таких объектов в кадре?

И это только верхушка айсберга.

Часто разработчики начинают хитрить и стараются минимизировать риски, проделывая подготовительный большой объем работ:

Есть еще много хитростей, тонкостей, вариаций, некоторые просто уже бесполезны, а о многих я могу и не знать. Но в любом случае всё не пересказать.

Ниже просто сногсшибательный ролик, где кто-то разобрал то, как происходит текстурирование в Assasin Creed II. Смотреть всем обязательно. Очень поучительный ролик.

Атласы текстур появились с целью экономии количества текстур и попыткой сократить Draw Calls. Но в современных движках таким образом DC не уменьшаются уже давно (И не понятно, уменьшались ли ранее).

Экономия заключалась в том, что на один пак текстур выделялось сразу с десяток объектов. Например, вся посуда на какой-нибудь кухне. Как это работает?

На UV-пространстве определяются места, в какой зоне какой объект будет расположен. И теперь на текстуре каждая зона будет отвечать за свой объект. В остальном все так же - красится через ПО для текстурирования, выгружается в движок.

Многие скажут, в что в таком случае выделять зоны в UV-пространстве нет смысла и можно просто упаковать острова максимально эффективно. А я спрошу - вам приходилось с нуля переделывать при такой раскладке один из объектов? Очень приятно осознавать, что в таком случае придется переупаковывать все развертки всех объектов в атласе с нуля. А значит, и переделывать все текстуры. С нуля.

Некоторые компании находили интересные пути решений - при создании Doom (2016) была создана атлас-текстура разрешением 16к х 8к, к которой относилось исполинское количество объектов - все это с целью экономии ресурсов и увеличении производительности.

Мы рассмотрели стандартный метод текстурирования и его слабости:

И что же дальше? Продолжать с этим жить? Покупать видеокарты с более объемной памятью и ничего не делать?

Прежде, чем мы продолжим углубляться в текстурирование, нам необходимо определиться с терминами и еще раз закрепить тонкости работы PBR.

Текстура - это изображение определенного пользователем размера, которое состоит из каналов от 1 до 4. Текстура может быть сжата для экономии места. Иначе говоря - это файл, который хранит в себе данные.

Параметры PBR - это параметры, которые определяют то, как свет будет преломляться на объекте, каким цветом будет объект и так далее. Типы параметров зависят от реализации PBR. в движках. Параметры обычно записываются в текстуры в виде значений в тексели от 0 до 255. Могут занимать от 1 до 4 каналов текстуры. Используются в текстурах для удобства работы с большим массивом чисел.

Не смотря на название, которое я дал параметрам, они могут использоваться не только для PBR. Параметры могут определять высоту ландшафта, использоваться для генерации миров (например, в Minecraft), генерировать детали через тесселяцию на объектах.

Но я оставлю это название, чтобы было проще ориентироваться, так как просто слово "параметры" слишком абстрактное.

Сама технология PBR - это технология рендеринга, которая может и не использоваться в движках. Зачем в пиксельной игре PBR, если там все только на текстурах?

Материал - это совокупность текстур и параметров PBR, конечный результат которого - повторяющийся (бесшовный) материал поверхности. Немного сложно, правда?

Вспоминайте, как мы разбирали PBR в третьей статье и рассматривали то, как выглядит кожа с точки зрения совокупности параметров:

Текстуры кожи сделаны бесшовными. То есть, если мы текстуру повторим слева, справа сверху и снизу их - это будет больше размером рисунок с повторяющимся паттерном. При этом, на самом рисунке не будет швов, которые бы портили нам изображение, как например здесь:

Так вот. Материал - это бесшовная поверхность. Вроде бы все понятно. Но теперь чуть-чуть глубины - материал может быть простым и сложным.

Простой материал - это чистая поверхность (Pure Material). Например, кожа, дерево, рисунок ткани, пластик, металл и так далее. Чистая поверхность не имеет никаких повреждений или пятен. Может иметь мелкие царапины, которые просто подчеркивают особенность поверхности.

Иногда простые материалы называют еще Слоями Материалов (Material Layer), так они, как слои подкладываются друг под друга и через маски создают сложные материалы.

Сложный материал - это набор из простых материалов и масок для их отображения, который определяет сущность одной поверхности. Например, есть телефон, который состоит из пластика, покрытого сверху черным металлическим напылением. У этого телефона на краях сильные потертости, и по ним видно, что под черным напылением прячется белый пластик.

Сложные материалы еще называют Smart Material (умный материал). Однако это связано с тем, что в таких ПО, как Substance Painter умные материалы способны, например, определять грани объекта и генерировать в нужном месте внутренние маски повреждений, через которые отображается нижний слой материала. Или генерировать подтеки жидкостей / краски и так далее. То есть, в таких ПО умные материалы - это уже генераторы сложных материалов с определенными эффектами.

Шейдеры - совокупность кода, цель которого создать визуальный ряд или эффект, который можно наложить на любой объект. Если мы делали шейдеры для лавочки, используя текстуры, то в целом - шейдеры не обязаны вообще использовать текстуры. Можно написать таким образом шейдеры, что визуальный результат будет генерироваться налету и создавать вполне себе красивые текстуры.

В UE4 шейдеры очень дружелюбны для начинающих и не знакомых с языками программирования OpenGL / DirectX. В шейдерах все работает через ноды, очень логично и легко осваиваемо.

Результат вычислений шейдера на картинке выше - вот такой материал:

Еще можно посмотреть на набор Smart Material'ов здесь. Это очень красивый набор сложных материалов. Настоятельно рекомендую к ознакомлению для общего понимания.

Маски - это текстуры / параметры PBR, состоящие из одного канала и определяющие, что будет отображаться, а что - нет. Маски могут быть жесткими и мягкими.

Жесткие маски - те маски, которые имеют тексели со значением только 0 или 1 (черное / белое). Такие маски не позволяют создавать полупрозрачные тона. С ними не сделать, например, материал стекла. Но они бывают нужны, например, для четкого разделения зон материалов.

Мягкие маски - те маски, которые имеют значения в текселях от 0 до 1. Они позволяют делать переходы более плавными и красивыми. Самые часто используемые типы масок.

Самый маленький итог из всей серии статей - мы разобрали основные понятия, которые нам потребуются в дальнейшем =)

Система слоев материалов - это качественно другой уровень текстурирования, который минимизирует использование сторонних ПО и концентрируется на создании сложных материалов в шейдерах самого движка. В этом методе есть свои плюсы и недостатки, которые мы обязательно рассмотрим позже.

А для начала разберемся в том, как это работает.

В первую очередь нужно понять, что Система Слоев Материалов базируется на том, что любая поверхность абсолютно любого объекта состоит из простого или сложного материалов. И это относится не только к фотореалистичным материалам PBR, но так же к любым любым другим стилизованным типам материалов.

Например вот такой красивый стилизованный бесшовный материал:

Понимая это мы постепенно должны начинать учиться определять то, из каких материалов состоят объекты и учиться деконструировать их на эти материалы.

Для работы Системы Слоев Материалов создается пак текстур на каждый простой материал с его минимальным разрешением (об этом позже). Этот пак текстур загружается в движок, где красиво распределяется по папкам, чтобы было проще найти.

Важно отметить, что BaseColor при этом часто загружается не цветным, а в оттенках серого, где белые тона преобладают, а сам BaseColor теперь можно и часто нужно использовать в качестве 1-го канала. Зачем? Ох, все будет, все расскажу. Просто отметьте себе это важное замечание в подсознании и не забудьте найти ответ на него в этой статье.

Как сказано было выше - сначала готовятся простые материалы. После этого подготавливается сам объект.

Подготовка объекта теперь выглядит иначе, чем при создании текстур в стандартном методе.

В новом методе мы красим один объект под 1 развертку, не используя атласов текстур. И здесь мы уже не подготавливаем красивый сложный материал в сторонних программах.

Мы определяем только зоны где будет находиться какой материал. И для этого подготавливаем черно-белые маски-зоны.

Так же мы определяем то, в каких местах слои материалов будут смешиваться между собой, чтобы потом можно было по этим маскам создавать сложные материалы.

То есть, теперь в ПО для текстурирования нам стали нужны не сами текстуры, а маски 2х типов и карта нормали под весь объект. Это сложно объяснять на словах, но я попробую, и потом закрепим практикой:

Это все, что теперь нам требуется от ПО текстурирования - создавать маски и основную карту нормали, которая на 90% теперь чиста и непорочна. Если вы еще ничего не поняли, то на втором шаге все станет более или менее понятно. Или нет. В любом случае, мы проведем практику, в которой все рассмотрим.

Теперь мы загружаем объект и готовые маски в движок. Далее мы создаем шейдер и вставляем маски-зоны и маски слоев материалов в шейдер и начинаем магию.

Перемножая маски-зоны в шейдере с простыми материалами мы определяем, в каком месте на объекте будут те или иные материалы отображаться.

Через маски слоев материалов мы начинаем подмешивать к простым материалам другие слои, создавая сложные красивые слои.

И теперь самое интересное.

Помните про BaseColor, и что его теперь можно загружать одним каналом в серых тонах? Так вот, в шейдерах этот канал можно перемножить с любым нужным нам цветом, таким образом мы можем из одного материала, например, кожи, получить кожу любого цвета.

А помните, что текстуры бесшовные? Так вот - теперь вы можете увеличивать тайлинг текстур сколько угодно раз, повышая качество отображения самого материала до беспредельно высокого уровня. При этом у вас все еще текстура может быть очень низкого разрешения.

Это сложно объяснить словами, но я пытался =)

Есть вот такой вот еще тутор от Epic Games, откуда мы, собственно, и узнали об этом методе текстурирования, а потом и модернизировали его.

Вот здесь еще дополнительно запись стрима о том, как создавались подобные текстуры для игры Paragon:

А еще есть вот такой ролик, который примерно дает представление, как это выглядит изнутри:

В итоге можно получить вот такой красивый материал. например, для пола.

Этот пол мы использовали в одном из наших проектов. Для этого пола мы использовали 2 материала:

Так же здесь использованы 2 маски:

Сам по себе шейдер получился очень сложным и тяжелым для расчетов - здесь большая комбинация математических выражений. Однако за счет настолько маленьких размером материалов все эти расчеты пробегают настолько быстро, что ни один другой метод текстурирования не сможет с ним сравниться, а за счет тайлинга слоев материалов результат получился шикарный!

Я думаю, как бы хорошо я сейчас не описал, у большинства из вас, особенно тех, кто впервые начал текстурировать и/или никогда не сталкивался с шейдерами в UE4, мозг поплыл в сторону. Поэтому.

А за одно разберем, как работают шейдеры, и насколько там интересная математика =)

Чтобы было проще понять, я разбил практику на несколько очень подробных этапов. Если вам знакомы определенные моменты - просто пролистывайте до нового для вас =)

Что такое тайлинг? Это возможность использовать одну и ту же текстуру бесконечное количество раз для покрытия поверхности объекта. То есть, мы можем наложить на объект текстуру и растянуть ее на весь объект. А можем ее не растягивать, а повторять, тем самым увеличивая качество рисунка.

Тайлинг подразумевает бесшовные текстуры, которые могут повторяться в любом направлении и не создавать швы. Об этом я уже писал выше, описывая значение слова Материал.

Для простоты работы мы сейчас возьмем 1 текстуру карт нормалей размером 64х64. Качать здесь.

Далее нам обязательно понадобится пак материалов от Epic Games для начальной работы - так будет проще на старте. Скачать и добавить здесь.

Для установки пака не требуется практически никаких усилий:

После того, как мы все скачали и установили - откроем проект и создадим папки в проекте для наших тестовых работ. Так же сразу добавим нашу карту нормалей.

Вам не обязательно повторять за мной иерархию и нейминг, однако это может упростить в дальнейшем понимание моих действий.

Далее создадим папку и в ней материал.

Далее добавим нашу текстуру нормалки в этот материал, подключим ее к параметрам нормали, а так же подключим ей настройки тайлинга, которые пока что будут иметь множитель равный 1.

Так же подключим в BaseColor цвет виде Вектора из 4 каналов.

И так. Я уже упоминал, что создание материалов, красивых шейдеров - это не только знание рисунка. Это еще и математика базового уровня.

В шейдерах вам придется работать с простыми математическими выражениями типа - умножить, разделить, прибавить или отнять. На самом деле в этом нет ничего сложного.

Например, чтобы нам настраивать тайлинг , нам нужно умножить координаты текстуры на одно число. Это число мы указываем в 2 пункте в виде скалярного параметра (Scalar Parameter). Найти эту ноду, как и все остальные, можно вправом меню под пунктом 5. Или вызвать это меню, кликнув в пустом пространстве ПКМ.

Итак. Возвращаемся к текстурным координатам.

Изначально из ноды TextCoord приходят данные в виде 2Vector'а с значением размера текстуры - {1, 1}. И мы перехватыаем это значение и перемножаем на наш параметр, который я назвал TilingParam. То есть, это самое простое умножение скалярного значения на двумерный вектор.

Теперь, когда мы знаем, что TilingParam - это скалярное значение, а TexCoord выдает 2мерный вектор, то мы имеем представление, как будет происходить перемножение этих значений, и какой будет результат.

Выделив TilingParam, его можно изменять в разделе деталей (пункт 4, значение по умолчанию).

То же самое и со цветом - мы так же его можем изменять, как нам нужно. Только теперь здесь не вводить числа нужно, а можно выбирать сам цвет.

Опять же, мы можем каждого канала ввести значения вручную, просто развернув default value:

Последний важный элемент, о котором я хочу вам рассказать - это то, что параметры со значениями в UE4 бывают двух типов:

Почему это важно? Шейдеры - это сложные математические формулы, которые выдают конечный результат. Если вы обратите внимание, то когда вы что-то в шейдере меняете - он компилируется (собирается) с небольшой задержкой. И чем сложнее код шейдера, тем дольше он компилируется. Результат компиляции записывается в память и потом в режиме игры просто воспроизводится.

Так вот. Параметры - это те значения, которые могут изменяться прямо на лету игрового процесса. Это говорит о том, что код шейдера компилируется, но не до конца, оставляя место, где подключены параметры для дополнительных маневров и расчетов на лету. Таким образом, используя параметры, мы усложняем расчеты, но при этом добавляем в материал нужную нам динамику.

Константы наоборот - те значения, которые вы указали один раз, поэтому шейдер компилирует код с ними полностью, зная, что они никогда не изменятся.

Просто щелкните ПКМ по TilingParam и в меню увидите возможность конвертировать в константу. Но пока нам это не требуется.

Теперь нам нужно посмотреть, что же мы с вами натворили, поэтому сохраним материал и создадим из него Material Instance.

И откроем его.

Инстанс шейдера (Material Instance в движке) - это копия материала, которая хранит свои настройки, отличные от материала. Можно сохранить, например, пять таких инстансов и у каждого указать отдельно цвет.

Текстуры так же можно создавать, как параметры и менять их инстансах на любую другую.

Кстати, в панели Details есть наши параметры - Color и TilingParam. Нам надо поставить галочки рядом с названиями, чтобы мы могли редактировать их.

Укажите тайлинг на 50, а цвет поменяйте на любой более светлый. У меня получилось вот так:

Теперь чуть-чуть усложните материал, добавив настройки параметров Metallic и Roughness. Помните, что у этих параметров используется по одному каналу. А значит, достаточно скалярного параметра. У меня это теперь выглядит так:

Мы прекрасно помним, что все значения так или иначе не могут быть выше максимального диапазона. В параметрах это всегда от 0 до 1. Помните об этом, когда будете указывать параметры =)

Размер нашей текстуры нормали чуть больше, чем ничего - 12Кбайт. Однако с помощью тайлинга мы смогли создать простейший материал поверхности, качество которого вы теперь в состоянии регулировать самостоятельно.

Этот материал теперь можно наложить на любого размера объект. Регулируя тайлинг, можно добиваться нужного уровня плотности текселей и всегда оставлять качество материала на самом высоком уровне.

Материал получился максимально простой, всего из одной карты нормали и параметров в самом шейдере. Но иногда и даже часто именно базовые материалы состоят из самых простых комбинаций.

Бонус. Тайлинг абсолютно бесплатный для расчетов. Даже если вы выставите 1 млн множитель, видеокарта все также спокойно будет его обрабатывать без каких-либо просадок. Что нельзя сказать о высокого разрешения текстурах, которые занимают большие объемы в оперативной памяти и требуют намного больше расчетов для отображения.

В паке текстур Automotive Materials от Epic Games есть один шейдер, который нам нужен для сравнения. Располагается он здесь:

Это инстанс готового материала, в котором заменена карта нормали и изменены некоторые параметры. Выглядит материал вот так:

Сама карта нормалей выглядит вот так:

Ничего не напоминает? Правильно, я использовал маленький кусочек этой карты нормали в самом начале практики.

При этом я уменьшил само качество текстуры в 2 раза: здесь паттерн повторяется каждые 128 пикселей. Я вырезал его и еще уменьшил до 64 пикселей.

Моя карта нормалей:

Теперь я создам копию материала от Epic Games и вставлю свою карту нормали вместо оригинальной карты нормали, а тайлинг выкручу до 360 в обе стороны. Это будет соответствовать примерно размеру оригинала.

Теперь перед вами два шейдера. Попробуйте угадать, в каком из них моя карта нормали, а в каком - стандартная карта нормалей?

Впрочем, не уверен, что качество картинки получилось удачным на сайте. Скачайте оригиналы - они большого разрешения.

Если вы сможете увидеть разницу между двумя этими материалами - сообщите мне. Мне всегда были интересны люди, подмечающие невозможные детали =)

Так вот. Если нет разницы, зачем платить больше? Текстура карты нормали "весит" 1365 Кбайт, когда, как моя текстура занимает 5кбайт (12 на диске, 5 сжатая). Экономия просто колоссальная. А теперь представьте. что так можно до 50% фактур урезать.

При прочих равных данных мы сравнили размер карт нормали с повторяющимся паттерном и обнаружили, что раскидываться пространством и объемом совершенно нет смысла - можно добиваться того же качества с наименьшими объемами данных.

Кстати, уменьшение размера текстур так же приводит к уменьшению времени расчета шейдеров. Поэтому, используя небольшие текстуры размеров до 128 пикселей и большими комбинациями формул вы все равно уменьшаете время обсчета шейдера в разы.

Поэтому, если вы стремитесь к максимально красивой картинке и желаете при этом ее оптимизировать и запускать на средних ресурсах, то используйте минимальные размером текстуры.

Вернемся к нашему шейдеру, который мы собирали на первом этапе.

Мы пока не будем трогать инстанс, так как нас он интересует только для проверки наших расчетов.

Итак. Давайте теперь из этого странного материала из пирамидок превратим в кожу. Как будто это оплетка руля.

Текстуры с параметрами материала кожи мы возьмем из этого же набора - в папке с текстурами для кожи:

Возьмем текстуры кожи 6 версии (T_Leather_06). Обратите внимание на эти текстуры:

Заводите привычку оценивать ресурсы, с которыми вам предстоит работать. Возможно, они требуют доработки. Например, текстуры BC и Roughness можно было впихнуть в одну текстуру в разные каналы. И мы сэкономили бы уже немного на оперативной памяти. А разрешение в 4к для фактур - это огромный перебор. Можно было такого же качества сделать текстуру размером в 1к, или даже в 512. Но мы сейчас на обучении и пользуемся тем, что дают.

Добавим текстуры в материал.

Теперь нам надо настроить подачу тайлинга в текстуры таким образом, чтобы тайлинг изменялся равномерно сразу для всей группы текстур. Для этого добавим следующий код:

Далее добавим три параметра, которые позволят нам более гибко настраивать материал.

Теперь сделаем заключительные штрихи:

Вот теперь сохраним наш материал и перейдем к инстансу материала, который мы до этого использовали:

Теперь я выкручу параметры примерно так, как себе представляю, а вы так - как пожелаете. И сравним результаты:

Теперь этот материал можно накладывать на элементы в объекте, которые состоят из кожи. А за счет тайлинга мы управляем качеством результата.

Осталось дело за малым - добавить немного пыли. Прежде, чем продолжить, я предлагаю вам попробовать добавить пыль самостоятельно. Для этого поищите в проекте что-то, что покажется вам подходящим и попробуйте реализовать это. Ну а всем, кто не хочет - продолжаем.

Пугаю сразу - дальше будет немного (или много?) математики.

Для начала вспомним применения масок. Есть много применений масок, но основные из них - зонирование и точное место покраски. Если точное место покраски совпадает с зонированием, то там будет краситься, в остальных случаях - нет.

А теперь вспомним, что нет такого понятия, как карты чего-либо. Есть каналы в текстурах, совокупность которых образует параметры для чего-либо. Так вот. Если мы взглянем на карту нормали пирамидки в канале B, то обнаружим очень интересный результат:

Это очень походит на маску, только оно еще не готово для полноценного использования. Давайте это исправим.

Для начала нам нужно понять и определить цель результата наших вычислений - нам необходимо получить такую маску, при которой серое станет белым, а белое - черным. Тогда у нас появится маска зонирования внутри пирамидки.

Сейчас сложно, но важно по шагам:

Иначе говоря, мы с каждым пикселем текстуры в канале прогоняем эту формулу и получаем нужный нам результат. Ниже скриншоты каждого шага, что мы делаем с подробным описанием:

Итак, мы получили маску с зоной, где мы можем накладывать пыль. Осталось только найти маску, по которой мы эту самую пыль будем раскладывать.

Выберем из набора готовых текстур следующую текстуру:

Добавим текстуру в наш материал и сразу добавим к ней настройку тайлинга, как мы это делали со всеми нашими текстурами:

Далее немного сложно для понимания, но сначала сделаем, потом распишем:

Теперь посмотрим на результат:

Итак, что же мы сделали:

Почему пыль только внутри пирамидок? Представим, что нашу кожу только что протерли тряпкой, но не потрудились каждую пирамидку почистить =)

Выполнив домашнее задание, можно получить примерно такой результат:

Ох, как же далеко мы зашли. Вы еще не вымотались? Тогда продолжаем.

Мы собирали простой материал, а потом его усложнили вторым слоем кожи и созданием отдельной покраски пирамидок. Мы создали сложный материал поверхности. Но теперь нам нужно его использовать на объекте с другими сложными материалами в одном шейдере.

Наша цель: создать сложный шейдер, по которому будет смешиваться 2 типа материалов - кожа и пластик. Кожу мы подготовили, а пластик вам необходимо будет подготовить самостоятельно.

Как наложить материал на объект таким образом, чтобы пластик был на своем месте, а кожа была на своем? Самый простой способ - это нарисовать на объекте маску зонирования, по которой будет разделение на материалы.

Создавать маску по объекту мы будем в Substance Painter, так как он позволяет очень легко накидывать нужные нам маски и контролировать результат.

Для этого создадим проект с Substance Painter. Теперь, когда нам нужно получить только маски, нам не нужно выбирать какой-то конкретный тип PBR или направление карты нормалей. Для конечного результата нам нужны лишь маски, которые можно создать при любом формате.

Размер маски выбирайте сами - лишь бы удобно было рисовать.

Далее нам необходимо:

Примерно так:

Теперь нам нужно немного порисовать по маске слоя кожи, чтобы отметить места, где должна отображаться кожа. Я на скорую руку накидал такой рисунок маски:

И вы не поверите, но это вся наша работа в Substance Painter. Теперь нам нужно только выгрузить нашу маску. Перейдем к экрану выгрузки текстур.

Сначала нам нужно выгрузить карту металла качестве одноканальной текстуры (Grayscale). Мы специально разграничивали между слоями этот параметр (у одного 0, а у второго 1), чтобы мы могли выгрузить его в качестве канала.

Теперь добавим карту нормалей, которая у нас создается благодаря нашему параметру Height. Для этого создадим выгружаемую текстуру RGB и перенесем в нее Normal DirectX из секции Procedural.

Экспортируем и получаем следующие текстуры:

Заметьте, что не смотря на то, что мы использовали цвет - в итоге мы его не выгрузили. Как я уже писал выше - цвета мы оставляли только для того, чтобы можно было определять визуально, где и какие маски у нас проглядывают.

Пройдя такой долгий путь по моим статьям, сейчас вы должны уже понимать, как эти текстуры использовать. Я не буду приводить пошагово инструкцию того, как создать второй сложный материал и как смешать кожу и пластик. Я просто приведу пример своего результата здесь в виде картинки. А вы можете пока что пройтись по материалам от Epic Games и выбрать второй слой материала самостоятельно.

Так же обратите внимание на мои комментарии к картинкам, там расписаны тонкости некоторых решений.

В этой практике мы разобрали:

Но это далеко не все, что мы можем.

Мы не разобрали, как создавать маски грязи для объекта. По сути - это создается примерно так же, как карта высот моей ёлочки (да, это была ёлочка). Вы создаете свой канал или выбираете существующий - и накладываете его сверху, помечая цветом, чтобы было легко различать маски.

Сейчас вы знаете базу (я искренне надеюсь, что смог ее донести до вас), и теперь сложные комбинации для вас - это дело практики.

Начинайте с простого, смешивайте 2 материала, добавляйте третий и придумывайте, как его отобразить. Добавляйте детали с помощью карт высот и создавайте маски для подтеков, которые будут подчеркивать детали. Практикуйтесь, практикуйтесь, практикуйтесь. Сейчас, самая сложная часть позади - осталось теперь это все комбинировать и получать сложные результаты.

Вы уже видели в начале статьи эту гифку, но тогда у вас не было общего представления, о чем идет речь. А теперь присмотритесь к ней, оцените ее. Подумайте, как была собрана она:

Посмотрите, какие сложные могут быть материалы и от того не менее красивые:

Вы можете обнаружить ранние версии этого метода текстурирования материалами в ассетах из игры Paragon от Epic Games. Но напомню, что это именно ранние версии, и там очень большие объемы текстур, кода в шейдерах и все еще тяжелые результаты.

Ниже представлены скриншот того, как в Epic Games создавали маски для летающего робота:

Если вы не смотрели ролики про текстурирование материалами выше, то я продублирую их сюда, чтобы у вас не было необходимости прыгать от части к части:

Самое теперь важное - как ускорить вашу работу так, чтобы вы могли постепенно ускоряться до сборки одного шейдера за несколько часов +-.

Мы с вами создали сложный материал. Но как теперь его повторить при покраске другого объекта? Копировать и вставлять?

В программировании (поздравляю, вы чуточку теперь программист) есть такое понятие, как функция.

Функция - это кусок кода, который мы теперь можем копировать и вставлять куда угодно в шейдерах, но выглядеть он будет, как простая нода с параметрами.

Мы уже сталкивались с функциями на практике постоянно, просто вы об этом не знали. Все ноды в шейдерах - это функции, которые получают в себя данные, внутри себя повторяют один и тот же код и выдают его в исходящем пине. Так. например, Saturate получает массив пикселей текстуры и каждому пикселю указывает его значение. А если оно выше 1 или ниже 0, то устанавливает 1 или 0 соответственно.

Когда вы наберетесь опыта, когда вы создадите большое количество различных материалов и функций с ними для быстрой работы, вы начнете собирать шейдеры намного быстрее прежнего.

Посмотрите. как просто выглядит подключение материала в нашей игре - мы просто вставляем функции, подключаем нужные нам входные параметры и комбинируем их результаты. Эта функция собирается за 15 минут максимум, а какой результат?

Я уверен, что вам не составит труда найти информацию о том, как создавать и использовать материальные функции =)

Этот раздел Итого настолько большой, что я его поделил на секции.

Посмотрите на шейдер, который мы создали. Посмотрите на его внимательно.

Мы собрали два материала - кожу и (второй материал). Его размеры сейчас огромные! 293 Мбайт!

А теперь представьте, что все текстуры простых материалов, которые мы использовали от Epic Games, будут в разрешении 512 пикселей или еще меньше? Какой объем тогда займет этот шейдер? 2 мбайта? 500Кбайт?

А упадет ли качество при использовании более низких разрешений текстур? Мы видели сравнение и теперь понимаем, что - нет. Качество останется на том же уровне или даже выше.

Мы можем искать паттерны, выделять их и вырезать. Большинство элементов, как моя пирамидка, могут умещаться в 32 пикселя. И огромное количество текстур резко становится настолько незначимым, что мы можем загружать их в большом количестве, а потребление все еще будет в пределах нескольких десятков мбайт.

Например вот такая маленькая текстура карты нормалей металла разрешением 32х32 пикселя:

Вот действительно, когда размер имеет значение =)

Стоить отметить отдельно о размере текстур, которые мы используем в качестве масок для грязи, пыли и прочего. Эти текстуры мы используем в большом размере для достижения более широкого паттерна, чтобы можно было получать уникальные комбинации.

При этом нам не обязательно иметь 247 таких текстур. Иногда достаточно и 10 штук на весь проект. Вы можете, как в случае с пирамидками, определять зоны с помощью индивидуальных масок небольшим размером, и накладывать грязь внутри зон с помощью общих масок грязи с высоким разрешением. Тогда у вас сохраняется индивидуальность расположения грязи объекта и высокое разрешение самих пятен или грязи. или что у вас там будет.

Так же есть маски для самого объекта и переключения материалов на нем. Изменение их размера в меньшую сторону ухудшает качество переходов между материалами. А эти маски нужны в большом количестве. Часто - на один объект по 2-3 текстуры с 3 каналами (удивились количеству масок или материалов?).

Но и от этого можно полностью или практически полностью избавиться. И в следующей, 6 части, я обязательно расскажу вам, как.

Что касается текстур - сейчас, котятки, держитесь. Будет маленький крышеснос.

Мы сделали материал. Простой. Мы определили его в шейдерную функцию и теперь можем вызывать ее в любом другом шейдере. Но что на счет текстур?

Если мы используем одну и ту же текстуру в разных шейдерах, то это не значит, что текстура теперь будет загружаться 100500 раз в оперативку, забивая ее. Нет.

Движок UE4 (наверное, как и остальные) очень умный движок. Он загружает текстуру в оперативную память всего один раз. И шейдеры, при использовании этой текстуры, получают ее адрес и используют ее по назначению. Обращаться к ней могут хоть 4 миллионов шейдеров - текстура не изменяется, изменяются только расчеты в самих шейдерах.

То есть, внимание, мы можем построить огромную игру с высокой детализацией на уровне игры Control или COD: Warzone или даже выше и круче и детализированей, при этом используя только 200-400 Мбайт в оперативной памяти видеокарты. Как вам такое?

Я уже рассказывал, как Control сжирает всю мою оперативку в видеокарте и сбрасывает качество текстур, как только достигает предела. А представьте, если бы он был текстурирован методом текстурирования материалами? Сколько бы он занимал? 1 Гбайт? 500 Мбайт? Нужна ли была мне тогда видеокарта с 6 Гбайтами?

На самом деле, да. И я обязательно расскажу вам в одной из ответвленных статей, куда мы можем потратить освободившееся пространство с пользой, еще больше оптимизируя нашу игру.

А в итоге получается, что мы можем создать из текстур 20-30 материалов на всю игру и корректировать их, как нам захочется.

Помните, как в самом начале я приводил пример с огромной сложностью заменить какой-то стилистически важный материал в игре на последних этапах разработки? Сколько это могло вам обойтись? В 10.000 долларов? в 400.000?

Теперь это стоит 1 день работы одного человека.

Ну, допустим, я слишком оптимистичен. И замена стилистики материала может стоить вам переработки всех шейдеров в проекте. А время на переработку одним человеком может уйти до 5 рабочих дней.

Но задумайтесь. 1 человек. 5 рабочих дней. Сколько вам потребуется людей и времени, чтобы перебрать 500 моделей?

Осталась только проблема в самих объектах. Если мы начнем переделывать объект, то нам все еще нужно будет корректировать маски для него под новую топологию.

Однако согласитесь, поменять маски в шейдере куда легче, чем переделывать полностью все текстуры и шейдер?

Повторюсь, даже эта проблема решаема и еще лучше оптимизирована. Мы разберем это в 6 части.

И что же дальше?

Название профессии "Художник по поверхностям" - это не мной придуманное название. На сайте Epic Games вышла интересная статья под названием "Surface Artist", где приведено общее описание профессии и требований к ней.

Статья здесь.

Художник по поверхностям - это специалист, который отвечает за то, как будет выглядеть поверхность любого объекта или персонажа. Он должен уметь в цвета, быть немного (а порой и много) программистом и понимать, какие материалы и как использовать.

Он должен уметь в текстуры, понимать, как они запекаются, создаются и как работают.

Он должен уметь в шейдеры - создавать крутые шейдеры, которые не будут съедать FPS. А где шейдеры - там недалеко и программирование. В идеале. если художник по поверхностям будет знать HLSL (Яык программирования шейдеров в DirectX), GLSL, CGFX (OpenGL и библиотека шейдеров).

Он должен уметь в моделирование. Но скорее, знать и понимать основы работы вертексов (в 6 части мы разберем основные). И уметь скульптить, так как часто крутые материалы начинаются с создания карты нормали через скульпт.

В общем, эти статьи предназначены именно для вас, будущие художники по поверхностям =)

Я 10 раз упомянул, что примеры, которые я расписал в этой статье устарели для нас уже на 3 года. Мы в нашей студии QberCat Studio зашли за это время куда дальше, избавившись от большого количества дополнительного груза.

Сейчас у нас идет работа над стилизованной графикой, где большинство элементов упрощены, но это не значит, что оно не требует оптимизации. Так, например, мы полностью избавились от основной карты нормалей (которая может отвечать за фаски на всем объекте и доп.детали).

Мы полностью избавились от масок для материалов, тем самым ускорили и упростили текстурирование еще сильнее.

Но давайте поговорим об этом в следующей статье? Я обязательно рассмотрю и расскажу вам все наши секреты. Но только никому ни слова, хорошо?

Если мои статьи были вам полезны - подписывайтесь на мой аккаунт, и я обязательно выложу что-то вкусное еще =)

Ссылка на предыдущую статью здесь.

Следующая часть Здесь.

#tutorial #unrealengine #surfaceartist #texturing #gamedev