Моделювання матеріалів: поради та трюки

175

Олександр Глухачов розповів порталу 80.lv, як він працює над створенням неймовірних матеріалів з допомогою Substance Designer.

Моделювання матеріалів: поради та трюки

Введення

Привіт! Мене звати Олександр. З 3D графікою я познайомився в старшій школі. Заради жарту, я купив на ринку диск з піратською версією програмного забезпечення для 3D моделювання і фото редагування. Вдало і безболісно я встановив кілька програм. Це були 3D max 5, Photoshope 7, Bryce 5 і, здається, Maya, але не пам’ятаю точно.

Тоді у нас не було нормального інтернету, і я по суті не знав, що з цими прог робити. Перший досвід в 3D не зайшов далі обертання якихось базових фігур у вікні перегляду і парочки срендереных піксельних рядків, вбудованих в 3D max.

Пізніше я зацікавився графікою на 4-му курсі університету. Тоді я займався гео-моделюванням для диплома і поняття не мав, що робив це в 3D.

Моделювання матеріалів: поради та трюки

Моделювання матеріалів: поради та трюки

Довелося якось попрацювати з Blender. Я встановив його, створив кілька моделей за обучалкам на форумі, і мене затягнуло. За рік-півтора 3D моделювання стало моїм хобі, поки я не почав шукати іншу роботу (після закінчення університету я працював в одній IT-компанії) і мене взяли в невелику дизайн-студію в якості 3D-дизайнера. Студія працювала зі всякою всячиною за типом логотипів, макетів сайтів, фото суші для служби доставки японської їжі. Довгий час я дизайнил кадри високо полігональної навколишнього середовища для промо матеріалів.

Потім я пішов зі студії, півроку пропрацював над проектом, який називався Cyclop (Циклоп). Це повинна була бути пост апокаліптична онлайн стрілялка. Але, на жаль, з ряду причин проект заглох, так і не реалізувавшись.

Кілька років я працював у студії над розробкою покрокової стратегії, і заповнював своє портфоліо неробочими проектами.

Моделювання матеріалів: поради та трюки

Знайомство з Substance Designer

Вперше з Substance Designer я познайомився в 2014 році, з його четвертою версією. Тоді мене збентежив інтерфейс, здавалося, що простіше створювати карти по-старому, Photoshop, ніж намагатися зробити щось путнє з тієї купи точок. Проблема полягала в тому, що я навіть не уявляв, на що здатна програма. Тоді я робив середу в Unity 4, Designer використовував тільки щоб згенерувати шум, з яким потім створював текстури в Photoshop. Таке собі ефективне користування програмами.

В основному я починав з Photoshop, запікав в xNormal, а текстури брав з cgtextures.com. Всього рік потому я впритул зайнявся Substance Designer, на той момент з його п’ятою версією. Дивився туторіали по моделюванню цегельної кладки, потім створював своїх поверхні.

По суті, якщо вміти працювати з шарами, масками, режимами накладання в Photoshop, то не буде жодних труднощів у тому, щоб зрозуміти, як працює Substance Designer. І з системою вузлів нодів розібратися просто на рівні інтуїції. Хоча і виглядає це все спочатку страхітливо.

З нодами я вже був знайомий, оскільки довгий час працював з Cycles, вбудованим в Blender движком для рендера. Він використовує вузли для конфігурації матеріалів і освітлення.

Якщо порівняти його зі старими інструментами, то він як верстат в гаражі, а нова версія більше схожа на стіл для алхімії… посеред лісу… з єдинорогом. Потрібно просто змішати різні інгредієнти і отримаєш те, що хочеш.

До того ж, можна так само брати текстури з сайтів, фотосканы і маски створювати в Photoshop або Illustrator. Або, як багато хто роблять інші, запікати поверхні, створені в Zbrush і більш якісні матеріали за допомогою Substance Designer. Так, інтерфейс зовсім інший і підходи різні, але воно того варто.

Створення

У моделюванні матеріалів, як і у створенні чого-небудь, слід рухатися від простого до більш складного, від великих форм до форм поменше.

Зазвичай я починаю з простої карти. Створюю барельєф, потім альбедо і просуваюсь до інших нерівностей поверхні. Якщо буде потрібно, завершуючи карту, додаю різні дрібні деталі і мікрорельєф.

Що стосується структури, то до створення різних матеріалів потрібні різні підходи. Якщо це бруд або штукатурка, все зводиться до того, що потрібно змішати різні шуми, підігнати яскравість і контраст. Якщо ж це масштаб або більш складна поверхня, тут я зазвичай починаю з базових елементів, з яких складається поверхню.

Моделювання матеріалів: поради та трюки

(процес створення венозної системи)

У цьому прикладі я використовував Форму (Shape node), додав викривлення основи, потім з’єднав все розгалуження за допомогою двомірних вузлів.

Моделювання матеріалів: поради та трюки

(Структура однієї гілки вузлів)

Таким методом я змоделював кілька венозних типів.

Потім продублював їх, використовуючи Копіювання фрагментів.

Моделювання матеріалів: поради та трюки

(Структура масок венозної системи)

В кінцевому результаті у мене вийшла маска. Яку пізніше я використав для створення рельєфу венозної системи, а також щоб відокремити відня від поверхні мозку з альбедо і нерівностями поверхні. Матеріал фактично обрамляв основну маску.

Моделювання матеріалів: поради та трюки

(кінцевий матеріал з венозною системою)

Моделювання матеріалів: поради та трюки

(візуалізація матеріалу)

Органічні речовини

Метод моделювання органічних речовин не сильно відрізняється від створення будь-якого іншого матеріалу. Головне – мати якомога більше референсов під рукою і вміти їх аналізувати.

Проте ж, я можу вказати на деякі нюанси.

Наприклад, органічні речовини дуже часто мають прозору або напівпрозору поверхню. Такі як мукоза або різні рідини.

Можна створити напівпрозору оболонку, комбінуючи два матеріалу за допомогою маски з гладким градієнтним переходом, таким чином імітуючи ступінь щільності просвічує речовини на різних ділянках оболонки.
Моделювання матеріалів: поради та трюки
(речовина з напівпрозорою оболонкою)

На зображенні високого дозволу видно підшкірний шар і оболонку м’яса. Зліва видно, альбедо поверхні, яке створювалося накладенням двох матеріалів. Помітні потемніння по краях нерівномірного шару маски, зімітоване потовщення оболонки, як якщо б на місці деформації було пошкодження оболонки.

— Можна також зробити видимість напівпрозорого шару, знизивши шорсткість оболонки або додати розмитість у альбедо. Вийде нібито котра підсвічує плівка, з імітованим розсіюванням світла. Ще можна додати ефект тіні в місцях, де більш прозорі частини поверхні стикаються з менш прозорими.

— Моделюючи поверхню слизової оболонки, слід звертати увагу на поверхневий натяг рідин. Коли рідина обтікає яку-небудь поверхню, вона не стикається з нею під кутом 90 градусів, створюється гладкий перехід.

Моделювання матеріалів: поради та трюки

(поверхневий натяг)

У більшості органічних матеріалів немає чіткої та постійної структури. Крім як на мікрорівні, наприклад, фасеточні очі у комах. Але навіть в такому випадку існують нерівності, крейда і пошкоджені межі. Слід урізноманітнити форми одного виду. Це стосується, як органічних речовин, так і інших матеріалів. Чим більше нерівномірностей, тим більше різноманітності в розмірі елементів, їх формою і різкості.

— Із приємних бонусів процесу візуалізації органічних матеріалів – шейдер поверхневого розсіювання. Він дозволяє надати матеріалу більш реалістичний вигляд.

Деталі

Складно сказати, де закінчується моделювання простого матеріалу і починається щось реально круте. Я взагалі стараюся, щоб всі матеріали виходили дуже крутими, але, на жаль, не завжди виходить. Як правило, такі деталі запозичуються з рефренсов або додаються чисто експериментально, коли більшість матеріалів вже зроблено і хочеться, щоб вони виглядали цікавіше.

Наприклад, в Slime я спочатку хотів використати ефект простий піни з бульбашками. І першим референсом стало фото квасу. Таким чином, в ході роботи квас перетворився на зелену слиз.

Моделювання матеріалів: поради та трюки

(базовий референс)

Для імітації піни я створив розділений генератор на два входи і чотири виходи.

Моделювання матеріалів: поради та трюки

(генератор піни та згенеровані маски)

На вхід генератора я додав шум, створив форму піни, обриси форми бульбашок.

На виходах отримав кілька типів бульбашок з контурами, створеними за допомогою інструменту Карта градієнт (Gradient map node), і товстий шар піни з маленьких бульбашок.

Поділ бульбашок на різні типи необхідно, щоб налаштувати ступінь опуклості шарів.

Генератор піни насправді дуже проста і використовує Копіювання фрагментів. Форма піни – це сукупність вхідного шуму, переробленого і нанесеного на вихідний шар маски Копіювання фрагментів.

В тій області, де біла маска, я створив безліч маленьких бульбашок. Бульбашки побільше з маски для маленьких бульбашок інвертовані та видалені.

Моделювання матеріалів: поради та трюки

(Копіювання фрагмента на вихідний шар маски)

Таким чином, утворюється порожня область серед маленьких бульбашок для великих.

Моделювання матеріалів: поради та трюки

(Структура генератора піни)

Маска, взята з генератора піни, використовується при формуванні нормалей, кольору піни, альбедо, відділенні піни від слизу. Ще я додав ефект тіні всередині бульбашок, щоб піна виглядала «глибше», змішав базовий колір слизу і обернену маску накладення з допомогою Режиму множення і у мене вийшов такий легкий затінення всередині бульбашок.

Моделювання матеріалів: поради та трюки

(затінення всередині бульбашок)

Крім того, додав затінення маленьким бульбашки методом розсіювання тіні зовні-всередину (AO map). А щоб піна виглядала трохи прозорішим і не рівномірніше, додав зелений відтінок світло-бежевого кольору піни в альбедо.

Моделювання матеріалів: поради та трюки

(кінцеве альбедо піни)

В кінцевому підсумку, нерівномірне освітлення маски, відділення слизу від міни і гладкий перехід кольору всередині бульбашок імітують напівпрозорість і розсіювання. Шейдинг створює враження, що слизова речовина більше в розмірі і прозоріше, ніж є.

І нарешті, в нормаль вздовж кромки піни я також додав гладкий скіс, щоб відобразити ефект натяженности води зовні між піною і зеленої слизової субстанцією.

Всі ці дрібні деталі ледь можна помітити, але разом вони сильно впливають на те, яким же в підсумку виглядає речовина. Як кажуть, диявол криється в деталях.

Моделювання матеріалів: поради та трюки

(візуалізація матеріалу)

Моделювання матеріалів: поради та трюки

(загальна структура слизового речовини)

Використання матеріалів іграх

Зазвичай в іграх необхідно щось простіше: плитка, штукатурка, бетон, земля, цегла тощо — загалом те, з чого можна побудує локації.

Коли ж справа стосується органічних матеріалів, вони досить специфічні і їх використовують тільки в певних випадках. Наприклад, в текстурі істот для хоррор ігор або таких штук як Scorn.

Моєю основною метою у моделюванні таких матеріалів було навчитися це робити. Мені хотілося створювати щось незвичайне, придбати додатковий досвід роботи в Substance Designer. Мене зацікавила органіка, і я почав працювати саме в цьому напрямку.

У чому плюс речовин, так це в можливості їх гнучкого врегулювання; чи то рельєф або колірна гамма – можна в будь-який момент швидко дотиснути будь-який елемент цієї речовини.

Якщо вам, наприклад, не подобається форма бруківки, вам не потрібно знову починати все спочатку: переробіть скульпт, запечіть і зробіть нові маски. Всього-то потрібно буде змінити вихідну маску матеріалу.

Або якщо, припустимо, вам потрібно два матеріалу для розфарбовування вершин, такі як шматочки черепиці, потрібно створити ці облицювальні плити. Збережіть маски черепиці, поиграйтесь нодами, щоб створити уламки або тріщини, а потім збережіть другий варіант – і готово.

Моделювання матеріалів: поради та трюки

Моделювання матеріалів: поради та трюки

Корисні поради

Не пригадаю який-небудь курс або відео за тематикою, але рекомендую переглянути курс Substance Academy на офіційному сайті Allegorithmic. Ще якщо вбити в пошуковик YouTube запит ‘substance designer’, видасть багато відео-уроків по різних тематиках, можна будь-який з них дивитися. Новачкам в першу чергу треба зрозуміти загальну логіку роботи та інтерфейсу, потім вже вони самі зможуть впоратися.

Коли справа стосується набутих навичок, то робота з масками в Substance Designer майже схожа на роботу з шарами і режимами накладання в Photoshop. Ви просто комбінуєте різні верстви, додаючи або витягуючи з них наповнення.

Між іншим, тим. Хто вже знайомий з системою вузлів, тим буде набагато простіше зрозуміти інтерфейс самого редактора.

Найважливіше, що обов’язково потрібно прочитати перед початком роботи, – це матеріали з PBR (Physically-Based Rendering), тонкощі створення масок для PBR і всі до цього відноситься. На сайті Allegorithmic розміщений докладний гайд.

Олександр Глухачов, 3D художник

Джерело

Переклад: Сыса Яна ([email protected])