Моделирование материалов: советы и трюки

Александр Глухачёв рассказал порталу, как он работает над созданием невероятных материалов с помощью Substance Designer.

Введение

Привет! Меня зовут Александр. С 3D графикой я познакомился в старшей школе. Шутки ради, я купил на рынке диск с пиратской версией программного обеспечения для 3D моделирования и фото редактирования. Удачно и безболезненно я установил несколько программ. Это были 3D max 5, Photoshope 7, Bryce 5 и, кажется, Maya, но не помню точно.

Тогда у нас не было нормального интернета, и я по сути не знал, что с этими прогами делать. Первый опыт в 3D не зашел дальше вращения каких-то базовых фигур в окне просмотра и парочки срендереных пиксельных строк, встроенных в 3D max.

Позже я заинтересовался графикой на 4-ом курсе университета. Тогда я занимался гео-моделированием для диплома и понятия не имел, что делал это в 3D.

Довелось как-то поработать с Blender. Я установил его, создал несколько моделей по обучалкам на форуме, и меня затянуло. За год-полтора 3D моделирование стало моим хобби, пока я не начал искать другую работу (по окончанию университета я работал в одной IT-компании) и меня взяли в небольшую дизайн-студию в качестве 3D-дизайнера. Студия работала со всякой всячиной по типу логотипов, макетов сайтов, фото суши для службы доставки японской еды. Долгое время я дизайнил кадры высоко полигональной окружающей среды для промо материалов.

Потом я ушел из студии, полгода проработал над проектом, который назывался Cyclop (Циклоп). Это должна была быть пост апокалиптическая онлайн стрелялка. Но, к сожаленью, по ряду причин проект заглох, так и не реализовавшись.

Несколько лет я работал в студии над разработкой пошаговой стратегии, и заполнял свое портфолио нерабочими проектами.

Знакомство с Substance Designer

Впервые с Substance Designer я познакомился в 2014 году, с его четвертой версией. Тогда меня обескуражил интерфейс, казалось, что проще создавать карты по-старинке, в Photoshop, чем пытаться сделать что-то толковое из той кучи точек. Проблема состояла в том, что я даже не представлял, на что способна программа. Тогда я делал среду в Unity 4, Designer использовал только чтобы сгенерировать шум, с которым потом создавал текстуры в Photoshop. Такое себе эффективное пользование программами.

В основном я начинал с Photoshop, запекал в xNormal, а текстуры брал с cgtextures.com. Всего год спустя я вплотную занялся Substance Designer, на тот момент с его пятой версией. Смотрел туториалы по моделированию кирпичной кладки, затем создавал своих поверхности.

По сути, если уметь работать со слоями, масками, режимами наложения в Photoshop, то не будет никаких сложностей в том, чтобы понять, как работает Substance Designer. И с системой узлов нодов разобраться просто на уровне интуиции. Хотя и выглядит это все поначалу устрашающе.

С нодами я уже был знаком, поскольку долгое время работал с Cycles, встроенным в Blender движком для рендера. Он использует узлы для конфигурации материалов и освещения.

Если сравнить его со старыми инструментами, то он как верстак в гараже, а новая версия больше похожа на стол для алхимии… посреди леса… с единорогами. Нужно просто смешать различные ингредиенты и получишь то, что хочешь.

К тому же, можно так же брать текстуры с сайтов, фотосканы и маски создавать в Photoshop или Illustrator. Или, как многие другие делают, запекать поверхности, созданные в Zbrush и более качественные материалы с помощью Substance Designer. Да, интерфейс совсем другой и подходы разные, но оно того стоит.

Создание

В моделировании материалов, как и в создании чего-либо, следует двигаться от простого к более сложному, от больших форм к формам поменьше.

Обычно я начинаю с простой карты. Создаю барельеф, потом альбедо и продвигаюсь к другим неровностям поверхности. Если потребуется, завершая карту, добавляю разные мелкие детали и микрорельеф.

Что касается структуры, то к созданию различных материалов нужны разные подходы. Если это грязь или штукатурка, все сводится к тому, что нужно смешать различные шумы, подогнать яркость и контраст. Если же это масштаб или более сложная поверхность, тут я обычно начинаю с базовых элементов, из которых состоит поверхность.

Органические вещества

Метод моделирования органических веществ не сильно отличается от создания любого другого материала. Главное – иметь как можно больше референсов под рукой и уметь их анализировать.

Однако же, я могу указать на некоторые нюансы.

Например, органические вещества очень часто имеют прозрачную или полупрозрачную поверхность. Такие как мукоза или различные жидкости.

Можно создать полупрозрачную оболочку, комбинируя два материала с помощью маски с гладким градиентным переходом, таким образом имитируя степень плотности просвечивающегося вещества на разных участках оболочки.

На изображении высокого разрешения видно подкожный слой и оболочку мяса. Слева видно альбедо поверхности, которое создавалось наложением двух материалов. Заметны потемнения по краям неравномерного слоя маски, сымитировано утолщение оболочки, как если бы на месте деформации было повреждение оболочки.

— Можно также сделать видимость полупрозрачного слоя, снизив шероховатость оболочки или добавить размытость в альбедо. Получится якобы подсвечивающая пленка, с имитированным рассеиванием света. Еще можно добавить эффект тени в местах, где более прозрачные части поверхности соприкасаются с менее прозрачными.

— Моделируя поверхность слизистой оболочки, следует обращать внимание на поверхностное натяжение жидкостей. Когда жидкость обтекает какую-либо поверхность, она не соприкасается с ней под углом 90 градусов, создается гладкий переход.

У большинства органических материалов нет четкой и постоянной структуры. Кроме как на микроуровне, например, фасеточные глаза у насекомых. Но даже в таком случае существуют неровности, мелки и поврежденные грани. Следует разнообразить формы одного вида. Это касается, как органических веществ, так и других материалов. Чем больше неравномерностей, тем больше разнообразия в размере элементов, их форме и резкости.

— Из приятных бонусов процесса визуализации органических материалов – шейдер поверхностного рассеивания. Он позволяет придать материалу более реалистичный вид.

Детали

Сложно сказать, где заканчивается моделирование простого материала и начинается что-то реально крутое. Я вообще стараюсь, чтобы все материалы получались очень крутыми, но, увы, не всегда выходит. Как правило, такие детали заимствуются из рефренсов или добавляются чисто экспериментально, когда большинство материалов уже сделано и хочется, чтобы они выглядели интереснее.

Например, в Slime я изначально хотел использовать эффект простой пены с пузырьками. И первым референсом стало фото кваса. Таким образом, в ходе работы квас превратился в зеленую слизь.

Для имитации пены я создал разделенный генератор на два входа и четыре выхода.

На вход генератора я добавил шум, создал форму пены, очертания формы пузырьков.

На выходах получил несколько типов пузырьков с контурами, созданными с помощью инструмента Карта градиента (Gradient map node), и толстый слой пены из маленьких пузырьков.

Разделение пузырьков на различные типы необходимо, чтобы настроить степень выпуклости слоев.

Генератор пены на самом деле очень прост и использует Копирование фрагментов. Форма пены – это совокупность входящего шума, переработанного и нанесенного на исходный слой маски Копирование фрагментов.

В той области, где маска белая, я создал множество маленьких пузырьков. Пузырьки побольше с маски для пузырьков маленьких инвертированы и удалены.

Таким образом, образуется пустая область среди маленьких пузырьков для больших.

Маска, взятая из генератора пены, используется при формировке нормалей, цвета пены, альбедо, отделении пены от слизи. Еще я добавил эффект тени внутри пузырьков, чтобы пена выглядела «глубже», смешал базовый цвет слизи и инвертированную маску наложения с помощью Режима умножения и у меня получился такой легкий затенение внутри пузырьков.

Кроме того, добавил затенения маленьким пузырька методом рассеивания тени снаружи-внутрь (AO map). А чтобы пена выглядела немного прозрачнее и не равномернее, добавил зеленый оттенок светло-бежевому цвету пены в альбедо.

В конечном итоге, неравномерное освещение маски, отделение слизи от мены и гладкий переход цвета внутри пузырьков имитируют полупрозрачность и рассеивание. Шейдинг создает впечатление, что слизистое вещество больше в размере и прозрачнее, чем есть.

И наконец, в нормаль вдоль кромки пены я также добавил гладкий скос дабы отобразить эффект натяженности воды снаружи между пеной и зеленой слизистой субстанцией.

Все эти мельчайшие детали едва можно заметить, но вместе они сильно влияют на то, каким же в итоге выглядит вещество. Как говорится, дьявол кроется в деталях.

Использование материалов в играх

Обычно в играх необходимо что-то попроще: плитка, штукатурка, бетон, земля, кирпичи и тому подобное — в общем то, из чего можно построит локации.

Когда же дело касается органических материалов, они довольно специфические и их используют только в определенных случаях. Например, в текстуре существ для хоррор игр или таких штук как Scorn.

Моей основной целью в моделировании таких материалов было научиться это делать. Мне хотелось создавать что-то необычное, приобрести дополнительный опыт работы в Substance Designer. Меня заинтересовала органика, и я начал работать именно в этом направлении.

В чем плюс веществ, так это в возможности их гибкого урегулирования; будь то рельеф или цветовая гамма – можно в любой момент быстро дожать любой элемент этого вещества.

Если вам, например, не нравится форма брусчатки, вам не нужно снова начинать все сначала: переделайте скульпт, запеките и сделайте новые маски. Всего-то нужно будет изменить исходную маску материала.

Или если, предположим, вам нужно два материала для раскрашивания вершин, такие как кусочки черепицы, нужно всего-то создать эти облицовочные плиты. Сохраните маски черепицы, поиграйтесь нодами, чтобы создать обломки или трещины, затем сохраните второй вариант – и готово.

Полезные советы

Не припомню какой-либо курс или видео по тематике, но рекомендую просмотреть курс Substance Academy на официальном сайте Allegorithmic. Еще если вбить в поисковик YouTube запрос ‘substance designer’, выдаст много видео-уроков по различным тематикам, можно любой из них смотреть. Новичкам в первую очередь надо понять общую логику работы и интерфейса, потом уже они сами смогут справиться.

Когда дело касается приобретенных навыков, то работа с масками в Substance Designer почти похожа на работу со слоями и режимами наложения в Photoshop. Вы просто комбинируете различные слои, добавляя или извлекая из них наполнение.

Между прочим, тем. Кто уже знаком с системой узлов, тем будет намного проще понять интерфейс самого редактора.

Самое важное, что обязательно нужно прочесть перед началом работы, – это материалы по PBR (Physically-Based Rendering), тонкости создания масок для PBR и все к этому относящееся. На сайте Allegorithmic размещен подробный гайд.