用 Substance 3D SDF 管线制作瓢虫材质：Romain Lemaire 的工作流拆解
简介
大家好！我叫 Romain Lemaire，是游戏行业的一名资深材质美术师。我现在仍然和以前一样是一名自由职业者。不过，我也曾有机会在 Arrowhead Game Studios 工作 3 年，参与《Helldivers 2》的制作，还在 Omeda Studios 参与过一段时间的《Predecessor》项目。所以可以说，我比上次更有经验了一些。
瓢虫项目
基本上，自 2021 年我开始那个色彩项目以来，瓢虫材质就一直在我的待办清单上；该项目聚焦于为我选定的每种颜色制作一组材质。自那以后，这个项目长期处于搁置状态，并且不断演变，主要是通过更改一些材质以及整体范围来实现的。
那个项目的目标主要是专注于在 Substance 3D 中处理色彩，而这正是我以前一直比较吃力的地方。我在《绝地潜兵 2》（Helldivers 2）中的经验在这方面帮了我不少忙。但我仍然想完成这个项目，或者至少完成绿色和红色部分！
而新版本的 Substance 3D Designer，尤其是新的有向距离场（Signed Distance Field）管线，似乎是一个绝佳的机会，让我终于可以开始制作那些瓢虫了！
因此，这个材质的主要目标是更多地试验 SDF 流程。当然，第一步是创建一只瓢虫的合格 SDF 模型。
Substance 3D 工作流程
当我开始做出某种隐约像昆虫的东西时，我就进入了每个材质制作的第一步：我称之为概念验证，即一个由极其基础的外形、颜色、摆放等构成的完整节点图。
重点在于看看我的想法是否可行，同时也试验我正在寻找的每一种细节，包括基础形状本身，以及材质的摆放、构图和整体外观。由于这个材质是一个作品集项目，我是在 Marmoset Toolbag 中制作的，但即使在生产环境中，我也会用引擎内的情境场景做同样的事情。
这一步通常需要我 1 到 4 个小时，具体取决于材质的类型。这是一个重要的步骤，因为它能让我对最终材质有一个不错的视觉呈现，使我首先能确保得到接近我设想的结果，同时也让我只专注于真正重要的细节，避免花几个小时去打磨一些在最终结果里几乎看不见的东西。
完成这一步后，我可以重新把注意力放回材质本身，尝试从整体上改进它，并进一步打磨每个部分。重点不是只专注于某一个步骤，而是逐步提升整个材质的质量。
每当我达到一个视觉上的“里程碑”，我都会把其余各个部分都稍作打磨，尽量避免过度打磨某一部分而损害其他部分。这有助于我保持专注，而且由于这是一件作品集项目，它能让我在投入的时间内获得最佳成果。
至于材质本身，它可以拆分为多个部分，例如 SDF、形状散布、颜色或水滴。首先，让我们看看瓢虫最终的 SDF 图：
有点令人生畏，但老实说，它比看起来要容易。很多节点只是其他部分的副本，这主要是因为 SDF 系统的一个限制；你不能创建一个形状并在节点图的其他地方重复使用它。例如，如果我创建一条腿，我需要复制节点图来创建第二条腿，而不是简单地用另一个变换节点复用输出。
这使节点图变得比它本该有的复杂得多，但就目前而言，这是在使用 SDF 时必须记住的事情。我首先处理的是身体部位，在瓢虫身上，这些部位分为三个部分：
- 底层身体：
- 前胸背板：
- 然后是头部：
如你所见，每次它们的节点图中都有一些部分看起来极为相似，原因很简单，就是我在前面提到的那点：我无法复制一个形状并重复使用它。之后，我把重点放在了翅膀上，这大概是整个节点图里最棘手的部分，因为我想在某些侧边做出倒角。这迫使我在需要创建更复杂形体时，不断添加小的切割形状。
节点图中最后、可能也是最令人生畏的部分，实际上却是最简单的：腿。它们只是三个球体，被压扁并挨个摆放在一起，用来伪造出更复杂的东西；因为我早就知道自己不需要比这更多的细节，毕竟我可以快速导出，并用之前的验证场景直接查看。
我只是把这个流程重复了四次，每次都复制整个腿部节点图，改动几个数值把它们摆到正确的位置，最后用对称来完成结果。
剩下的工作就是分配颜色信息以便后续使用、为翅膀添加遮罩，以及添加一些位置和尺寸控制。SDF 系统有一个最大边界框，而我在制作瓢虫时并没有真正考虑到这一点，所以最后不得不调整它的大小。
完成之后，下一步就是放置这些昆虫。设置很简单。我使用了 Shape Splatter V2 节点，这样就能用上我们刚刚看过的 SDF 功能，但更重要的是，可以利用全新的分布系统以及强大的泊松圆盘（Poisson Disc）分布——它能在填充画布的同时防止形状重叠，这对任何 Substance 3D 用户来说都是梦想成真！
我在第一个 Shape Splatter 上使用随机遮罩，在第一次层分布上创建孔洞，然后遮罩这些孔洞以及它们之间的空间。这让我可以使用第二个 Shape Splatter V2 和非常有用的 Slope Rotation 功能，营造出第二层瓢虫与第一层重叠的效果。
分层完成后，我开始着手颜色设置。我首先需要确定的是，我该以什么思路来处理它。
最初的想法很简单：使用 Shape Splatter Mapper，因为它原生支持 Shape Splatter V2 的输出，然后制作一个瓢虫颜色纹理的俯视版本，这样会更容易制作。然而，在第一次尝试中很快就出现了一些问题。
使用 Shape Splatter Mapper 投影纹理共有三种模式：
- 三平面（tri-planar）版本，顾名思义，会沿每个轴投影纹理。这是为具有高频细节的资产制作纹理的非常好的方法，但它会让创建精确纹理变得困难得多，尤其是在这样的圆润形状上。
- 第二种选项“From Splatter UVs”使用的是由 SDF 系统原生生成的 UV。遗憾的是，这些 UV 完全损坏了，即使有可能修复，也需要花费太多的工作。
所以我采用了第三种方案，自己编写投影函数，而这实际上比听起来要简单得多。我知道我想从昆虫的俯视图来制作颜色贴图，因此我所要做的就是获取形状的位置，提取其 X 轴和 Y 轴，并把它们当作 UV 来采样我的颜色纹理。对于熟悉 Pixel Processor 节点的人来说，这相当简单。
不过有一个小问题。映射单个纹理无法让瓢虫的颜色产生变化。我想要至少四种变化，也就是四个采样器，并且我还希望这些变化能在所有瓢虫之间随机分布。
我使用了每个形状的 Shape ID，并结合取模运算，基本上就是每隔四个形状选取一个，隔离出每种变化，然后使用这些隔离出来的 ID 在四个采样器之间进行 lerp。
完成这一步之后，我只需要创建四张平面纹理。这个设置相当基础，所以我不会把整个流程逐一拆解。你只需要知道，我使用了一个 Shape Splatter，并以单个 SDF 形状作为基础：
颜色设置完成后，剩下的就只有水了。首先是水滴，这也是一个简单的设置，基本上就是使用两个 Shape Splatter V2 节点来散布球体形状。
其中一个生成较大的水滴，第二个则生成大量较小的水滴。将这两层合并，并叠加到现有的 Height 贴图上，再加上高光泽度数值，就达到了效果。
有一个我认为值得说明的小细节：我如何利用 shape splatter 新增的密度参数，为水滴的数量增加一些变化，使结果更自然，也更接近参考图。
剩下的工作就是创建水状背景并添加涟漪，让瓢虫看起来像是在与水面的互动。
以及一些昆虫周围的水张力。
至此，材质就完成了。只需要在 Marmoset Toolbag 里设置好渲染环境即可。
结语
最终材质大概花了一周时间，每天工作 1 到 3 小时，所以本质上是一个小型个人项目。最大的挑战无疑是 SDF 部分，因为它还非常新。虽然我理解它的工作原理，但我还没有像使用 Substance 3D Designer 其他部分那样形成同样的直觉和习惯。
至于我关于创建吸引人的材质的建议，首先要收集你需要的参考，并仔细研究它们，以理解其中的所有细微之处。我材质中许多吸引人的细节都直接来自参考：水珠、翅膀轻微的透明度、饱和的红色调等等。
提升的一个好方法是尽可能贴近地复刻参考，以此训练你的眼力。我认为这是学习如何为材质添加令人信服的细节的最佳练习之一。至此，我想这个拆解就完整了。
感谢 80 Level 团队提供这次拆解的机会！
Romain Lemaire，资深材质艺术家
采访由 Gloria Levine
相关链接
原文链接：https://80.lv/articles/how-to-design-a-vibrant-ladybug-material-using-substance-3d
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