武器制作流程分解：从CAD模型到真实感渲染的实战分享
介绍
大家好！在艺术家社群中，我们都有自己最喜欢的流程阶段。我认为贴图制作是迄今为止最重要的环节，我敢打赌，读完这篇文章你会同意我的观点。我叫Andrew Stokaliuk，是一位武器艺术家，在游戏武器方面拥有相当丰富的经验。我参与过许多不同类型的3A级游戏，但最近我更倾向于现代军事和科幻方向。
目前，我是Team from Earth的首席武器艺术家；我们主要在这里为写实3A游戏制作武器。我将在本文中讨论的AR-15正好属于这一类，我想用它来带你了解我从模型创建到最终渲染的整个过程，并特别关注贴图制作。这是我最喜欢的阶段，我相信它是决定最终结果成败的唯一因素。
温馨提示：本指南针对中级/高级场景美术。我不会涉及按钮或入门流程等基础知识。相反，我们将专注于“怎么做”背后的“为什么”，以及那些将道具从优秀提升到作品集级别的决策。
流程概览
在深入细节之前，我先介绍一下整个技术路线。我在CAD中构建模型，进行细分并准备低模，展开UV并根据目标纹理密度进行打包，然后烘焙——不是用经典雕刻法处理倒角，而是在Marmoset Toolbag中使用倒角着色器。之后进入贴图和渲染阶段。
我会快速过一遍沿途的标准步骤，但有两件事我会多花些时间：用倒角着色器烘焙倒角，以及贴图制作本身。
从参考开始
真实感存在于“不完美”之中。不要只看干净的工厂照片。诀窍在于，你需要一个清单来明确寻找目标，以免被大量杂乱图片淹没。以下是我的经典清单：
- 油渍和油脂痕迹。
- 每个附件上的磨损和使用痕迹。
- 标记、贴纸和其他使作品更有趣的细节。
- 污垢和灰尘堆积、指纹。
- 撞击痕迹和凹痕。
- 基础材质的高分辨率特写。
你不需要为每个部件编造“独特背景故事”。只需追求一种保养良好但已有使用感的外观。这里是一把经历多次战斗的武器；它不是全新的，但也没有被过度损耗。即使玩家在广角画面中看到枪械而无法看清细节，他们也会潜意识地感受到它的真实感。
这个项目的主要目标是机械精度，因此我从各个角度收集参考，确保CAD模型结构完美。
CAD建模
现在进入主要工作流。第一阶段通常是搭建大型，但在我们这里，直接创建主模型。建模方面，我更喜欢CAD。可以是Fusion 360或Plasticity。我个人选择Plasticity，这不仅仅是因为速度。
一个很好的描述是“CAD界的ZBrush”，一个为艺术家而非工程师设计的工具。这里没有严格的层级树，也没有在Fusion中推动激进概念时容易崩溃的参数化操作顺序。你可以即时弯曲、切割和混合形状，专注于设计而非步骤序列。
CAD知识不是可选的；对任何武器艺术家来说都是必备的。在传统方块建模中，大部分精力都花在拓扑管理上。CAD完全扭转了这一点：你将70%的时间花在实际武器设计上。结果就是照片级真实的装备，结构正确、外观漂亮、干净，并且可以导出为.step文件。
细分与低模准备
接着，.step模型需要进行细分，将完美平滑的CAD几何体转换为实际可用的多边形网格。我使用PiXYZ完成这一步。你也可以通过Plasticity的基本导出或MoI 3D（很多人这么做）来完成，但如果使用PiXYZ，网格优化会快得多。这就是为什么我更倾向于在我的流程中使用它。
立即明确术语很重要，因为“高模”在此过程中有两种不同的含义。在CAD中，我们的高模几乎等同于低模，只是多边形数量高得多：所有曲线都很平滑，但没有小倒角。
这不同于ZBrush中的高模——一个带有倒角、碎片和表面纹理的繁重数百万多边形雕刻，所有细节都需要手工精心制作。稍后我会解释为什么在这个项目中实际上不需要雕刻高模。以下是高模和低模版本网格的区别：
在进入细分曲面之前，LP需要先做一些准备工作。你需要移除那些后续要烘焙到贴图中的所有内容，例如螺纹、握把纹理，基本上是任何将由法线贴图处理的小细节。规则很简单：轮廓和主要接缝保留为几何体，而小螺丝、螺纹和其他精细表面细节则放入法线贴图中。
另一个好主意是，将任何有意义的部件缝合到一个网格中：弹匣零件、消音器等等。在进入PiXYZ之前，LP越干净，之后优化的麻烦就越少。
UV展开
关于展开，我个人很喜欢Rizom UV。它功能强大，且与Blender完美搭配。这里的目标是尽可能拉直UV壳以避免锯齿。不过我并不会拉直所有东西。对于长圆柱形部件来说，这样做是合理的。但当涉及有机形状和复杂曲线时，你需要沿着一条边轻轻地对齐它们，使UV壳更直；否则，你可能会拉伸UV，在棋盘格上留下难看的扭曲条纹。因此，总体规则很简单：拉直那些原本就是直线的部分，其余部分手动对齐到垂直或水平轴。
打包与纹素密度
首先，我们需要理解为什么模型要分成多个纹理集。在我们的项目中，最终有12个纹理集。对于移动游戏或细节要求不高的项目，武器通常打包到一个图集里。但当涉及近距离的AAA品质时，高纹素密度迫使你根据材质ID将模型拆分成独立的纹理集：上机匣、下机匣、弹匣、枪托等等。
这种模块化也有助于性能。因为瞄具和消音器通常是可选的，引擎可以动态加载和卸载这些纹理，节省显存并减少绘制调用。
现在来看纹素密度。我的目标是120–170 px/cm。这是AAA第一人称射击游戏的最佳点。它保持了4K清晰度，同时又不会使项目内存占用过大。
不要在玩家看不到的部分浪费任何空间。我将内部或隐藏的UV壳缩放至50%，而仅在动画中一闪而过的部分缩放至30%。在你不会被注意的地方，大胆进行优化。细节隐藏得越深，你就可以越大幅度地降低其缩放。目标纹素密度还决定了纹理本身的形状，以及它将是方形还是矩形。
选择取决于部件的几何形状、尺寸和项目需求。这里直接以我们的AR-15为例：如果将消音器打包到方形4K纹理上，纹素密度会显著超出实际需求。但在矩形4096×2048上，它正好落在目标范围内。
上面截图的上半部分显示了打包到矩形纹理上的布局，纹素密度为165，在我们的目标范围内。截图下半部分显示了打包到完整4K纹理上的结果：纹素密度增加到234，超出了预算。因此，在这个特定项目中，我们两全其美，将所有纹理集打包到方形和矩形纹理（4K、2K）上。
我使用UVPackmaster进行打包。根据我的经验，它总是能比其他工具更好地最小化浪费空间。我在下面的截图中包含了我的设置。其中不太明显的一点：如果你使用矩形纹理，记得启用“Custom Target Box”并相应调整比例。
烘焙倒角
这里有一个秘诀，可以实实在在节省你几天的工作量：完全跳过ZBrush倒角，使用Marmoset Toolbag 5中的倒角着色器直接从CAD几何体生成柔和边缘。在您开始操作之前，让我先暂停一下，提一下这种方法有其局限性。当你只需要HP来平滑尖锐边缘的倒角，并且不打算在上面雕刻其他东西时，倒角着色器效果完美。
对于CAD模型来说，这就是完美的情况：几何体已经干净且结构准确，只是在边缘缺少曲线。但当你需要在HP上表现表面纹理（缺口、锈迹、焊缝，这些通常赋予武器个性的东西）时，比如在《地铁》项目中，倒角着色器在这种情况下就变得不太有用了，这时还得用ZBrush。所以这种方法非常特定于情况。它只适用于干净的硬表面几何体，但一旦奏效，回报巨大。
当没有额外需要雕刻的内容时，这个流程可以轻松节省你1到4天的实际工作。这些不是随机数字，它们来自实际项目经验。小型武器如刀或手枪需要一天。复杂步枪带有许多内部零件则需要四天。使用经典方法，所有这些时间都会花在与ZBrush中繁重网格的斗争上：Dynamesh、减面、来回导出几十个子工具。在我们的案例中，你只需要从PiXYZ中导出高模，然后就可以直接烘焙了。
烘焙准备工作是标准的：你遍历场景，将所有网格重命名为_high和_low。对于HP，我创建两种材质。第一种（base）用于大型和中等部件。第二种（small_det）用于所有小型部件：螺栓、铆钉、螺纹、销钉。它们之间的区别是倒角宽度，相信我，这很重要。在小部件上，倒角必须更薄以匹配它们的物理尺度。如果不这样做，倒角会吞没部件，使其变成无定形的糊状物，并且相邻边缘的伪影会在法线贴图上相互爬行。
接下来是Marmoset Toolbag。它有一个专门的烘焙工具，我们将高模和低模加载进去。然后进入HP的材质部分，找到Surface参数，将其切换为Bevel，所有倒角就会出现在HP上。之后，我们像往常一样进行烘焙：LP同时获得了倒角和干净的CAD着色。这就是全部技巧，就这么简单。
还有一件事：如果倒角在高模的视口中没有显示出来，这实际上不会影响烘焙。无论怎样，它们都会烘焙到低模上。但如果你也想在高模上看到它们，那么你需要将渲染模式切换为“光线追踪”。
纹理制作
我们终于来到了这个部分。最有趣也是最困难的阶段。例如，这个项目有12个纹理集，每一个都需要大量的时间和精力。
在下面的视频中，我逐层打开图层，展示每一步的进展和影响。你可以从基础材质一直看到最终状态的全过程。
其核心思想是还原我们在文章开头参考图中那些有趣的细节。这包括几个方面，首先是渐变。艺术家们常常忽略渐变，这是最可惜的，因为它们为纹理增添了一种微妙但非常重要的史诗感，但只在特定区域有效！这里说的“特定”是指重度磨损和高温区域：握把、弹匣、持枪的护木，以及消音器的枪口，那里火药气体和热量会形成标志性的热着色和积碳渐变。
基础材质同样需要给予适当的关注。Quixel是一个很好的起点。它拥有一个可靠的基础材质库，你可以而且应该使用：阳极氧化铝、握把的粉末涂层塑料、钢。之后，你需要进入 Substance 3D Painter，手动分层讲述武器的故事：添加渐变、消音器上的积碳、握把区域的油脂和磨损，以及各种不同的微小瑕疵。基本上，Quixel 为你提供了良好的基础，但在此基础上赋予角色个性，就看你的了。
除此之外，你还需要时刻关注对比度和平衡，既不能太平淡也不能太杂乱。检查自己的最佳方法是时不时将相机拉远，看看大形和中等形是否清晰。我喜欢用一个简单但非常有效的技巧：将模型推远到3米和5米，这是它在角色手中（或背上）的真实尺寸。在3米处，所有的大形如剪影、不同材质（金属与塑料）以及亮暗区域的平衡都应该清晰可读。
在5米处，所有微小的噪声元素如划痕和灰尘应该完全消失，让整体对比度和渐变突出。具体距离取决于项目的相机：第一人称射击游戏（FPS）会把武器放得很近，而第三人称射击游戏（TPS）则会拉远。将所有联系在一起的，是重现物体的真实世界历史。一层一层来。在制作纹理时，尽量遵循武器的自然生命周期：从工厂洁净的基础钢材开始，然后涂上一层耐磨的武器漆，接下来才开始构建表面瑕疵。
引入划痕，然后是一层薄薄的灰尘和一点油渍。接着引入人为元素：指纹、污渍、斑点。之后，转向边缘损伤和重度污垢，以打破表面并增加个性。在所有过程之间，尝试不要忘记整合你的文字和标记，使它们与资产的其余部分自然磨损。按这种时间顺序分解过程，可以使纹理逻辑清晰、结构有序且视觉上引人入胜。
在这个阶段，在 Marmoset Toolbag（或你渲染的地方）设置场景也很有用。很多时候，选定角度后你会发现缺少了什么。渲染是一个迭代的过程，所以返回调整一些东西并细化细节是完全正常的，直到你调出最终效果。
关键问题
“为什么不在引擎里直接完成整个纹理？！”你可能会问。我会说这是一个非常合理的问题。但请记住，这绝不是唯一的方法。最近越来越多的人开始探索直接在引擎中使用遮罩进行纹理制作，这已经变得相当流行。思路是，你只需要在 Substance 3D 中准备好遮罩。比如灰尘、磨损、金属边缘等等。然后将它们打包到项目特定着色器的通道中，只有在这之后，最终材质才会在引擎中组装。
这种方法有一个明显的优点：同一把武器很容易定制，从一组遮罩中就能产生干净版、脏污版和重度磨损版。对于有很多附件变体的项目来说，这是必须的。但所有这些灵活性都是以控制力为代价的。在基于遮罩的流程中，你受限于你的遮罩集和引擎的共享着色器：磨损是程序化生成的，并且在整个模型上大致均匀分布。它缩放效果很好，但无法在任何特定边缘上提供手工调整的微故事。
经典流程则不同。你为特定武器烘焙一张独特贴图，并手动调整表面的每一寸。而这些调整正是近距离展示出来的东西。所以如果你的武器要被放在显微镜下观察，那么经典的每资产流程显然胜出。
渲染与光照
第一个非常重要的规则是，为你计划中的每个角度都设置单独的相机。你几乎总是需要重新渲染某些镜头，有了单独的相机，就可以轻松地返回而无需从头重建。
关于光照，这实际上取决于什么样的镜头。我通常使用三种不同类型的灯光，复杂度逐渐增加。对于白色背景上的“地面”渲染，单个光源通常就足够了，也就是一个直接光。为了给镜头增加一些史诗感，可以混合一个强度很低的 HDRI。在我的渲染中，我将其设置在 0.2–0.3 之间，但不超过这个值，否则它会盖过主光。
对于“环境中”的渲染，适用经典的三光源规则：主光、补光和轮廓光。主光确定主要照明和形态，补光提亮阴影，轮廓光勾勒剪影。在此基础上，就是尝试调整角度、灯光方向和强度。
对于“环境内”特写，聚光灯效果绝对最好。它不是一个柔和、泛光的Key光，而是一个直接、集中的锥形光。在特写中，它会增加锐利、戏剧性的阴影和一个集中的光池，真正地将您想要的细节（如纹理、雕刻等）从黑暗中拉出来，将其他一切推入阴影中。下面的截图中，只有一个光源亮着，那就是聚光灯。
仍然需要添加补光和轮廓光，这样阴影不会消失在纯黑色中，同时强调轮廓并在边缘捕捉到酷炫的高光。
经过了所有这些阶段，我们终于完成了！就这么简单。
结论
感谢您坚持到最后！最重要的是，我想强调一点：令人信服的武器来自于其细节的真实程度，而这又来自于所有那些自然呈现的表面缺陷，赋予枪械以性格。本文中的所有其他内容（从CAD到灯光）都在支持这一理念。现在去尝试、实验，研究你的参考直到最细微的细节，你一定会达到目标。我真的希望这篇文章对大家有用，并且每个人都从中有所收获。
Andrew Stokaliuk，武器艺术家
相关链接
原文链接：https://80.lv/articles/breakdown-how-to-make-a-weapon-look-realistic-and-eye-catching
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