老式麵包店： 研究道具並嘗試攝影測量方法(3D Scan)製作虛幻引擎場景

介紹

我叫凱文·巴克（Kevin Buck），我是蘇黎世SAE學院遊戲藝術和3D動畫課程最近的畢業生。在此之前，我曾在一家瑞士銀行擔任IT系統工程師，但是由於我渴望成為一名環境藝術家的願望日益濃厚，因此我辭掉了工作，開始全職從事我的作品集。我目前正在尋找我在遊戲行業的第一份工作。

當我四歲的時候，我開始通過在Gameboy和Nintendo 64上玩一些最初的神奇寶貝遊戲來涉足電子遊戲。從那時起，我一直對電子遊戲產生無限的熱情，這導致了我對遊戲開發感興趣，尤其是3D藝術方面。我只是知道我想成為遊戲開發過程的一部分，並致力於出色的項目。 

在進入蘇黎世SAE研究所的遊戲藝術與3D動畫計劃之前，我遵循了Pluralsight提供的一些教程來開始3D藝術的學習。然後，我在那裡嘗試並了解了遊戲開發中的一些不同藝術學科，例如動畫，概念藝術，角色藝術，環境藝術等。我很快就知道，環境藝術是我想要深入的東西，我對可玩遊戲空間充滿熱情，這些遊戲空間在視覺上令人驚嘆，並具有很好的講故事元素。

在繼續閱讀本文之前，我想提到三位藝術家：Kenan Wilsher，Patrick Ziegler和Sean Gorman。他們通過花一些寶貴的時間在不同的階段為我提供反饋，以及有關如何解決某些問題或場景可以進一步使用的建議或想法，為我提供了幫助。 

老式麵包店：目標和啟示

在提出構想之前，我已經確定了場景的目標。我想創建一個很小的空間，裡面塞滿了許多不同的道具。我還想改善3D環境創建的所有方面，包括建模，紋理，合成，佈景，講故事和照明。另一個目標是在我的工作流程中實施攝影測量，因為我認為這是一種資產創建方法，將來會越來越多地使用它，特別是對於遵循逼真的美術風格的遊戲。   

一家位於19世紀末20世紀初的麵包店恰好是遵循和實現我的目標的理想之選。多個不同的來源啟發並給了我這個想法。一種來源是我的愛好之一。當我不坐在電腦製作藝術時，我有可能與朋友或家人一起享受美食。當我去雜貨店時，我總是注意到新鮮麵包和其他糕點的可愛氣味。我非常感謝麵包師們花費大量時間和精力為人們提供我們的主食之一。最後，我真的很喜歡在19世紀和20世紀出現的大量木材用於建築和家具。 

參考，計劃和草稿

在收集參考資料時，我通常會先搜索概念圖以及代表我要重現位置的真實照片。我使用的工具是Google圖片和Pinterest。這兩種工具的好處是，如果您看到並單擊了可能有用的圖片，則該工具會建議其他與您當前正在查看的圖片相似的圖片。這樣，您無需嘗試其他關鍵字即可在搜索中更深入地尋找參考。

就我而言，我沒有找到任何特定的概念藝術品，因此我只停留在現實生活中。我主要尋找過去和現在的麵包店以及雜貨店。收集後，我將圖像在PureRef中組裝為一個單獨的參考板，並標記為“佈局”。PureRef是一個很棒的免費應用程序，用於組裝參考板。當我分析收集的參考資料時，會尋找問題的答案，例如在這些地方可以找到什麼，如何組裝東西，從中得到的心情是什麼，這些地方非常典型的東西等。

除了圖像之外，我還喜歡閱讀有關與要重新創建的場景相關的不同主題的信息。Wikipedia和類似的網站對此非常有用。還值得一提的是，線上商店和轉售網站可以作為查找特定道具的平均尺寸及其製成材料的重要來源。 

一旦有了用於佈局的參考圖板，就創建一個列表，其中包含要建模並放置在場景中的所有資產。當您開始一個新的環境時，您可能會急於提出一些關於道具建模的想法，然後稍後再忽略它們。因此，我認為寫下這些想法是一個好主意。在創建環境時，您可以不斷從列表中添加和刪除道具。如果我暫時沒有想法，我會開始為清單上的每個資產創建較小的參考圖板。在創建我的老式麵包店場景的過程中，我了解到，不僅添加道具本身的圖像而且添加道具材料也並非明智之舉。這些圖像還應顯示這些材料如何隨時間變化。

收集了參考圖像後，我繼續進行環境草圖。即使當時我的資產清單不完整，我仍然會繼續草圖清單上的每個資產。對於建模，Autodesk Maya是我的首選應用程序。如果您無法確定當前正在建模的道具的高度，寬度或深度，則強烈建議您使用測量工具。它使用簡單，可以節省您正確設置秤的時間。放置大約1.85米高的人的參考模型也可以大大幫助您。

草稿模型完成後，我導入並開始將它們放入虛幻引擎4中。如果您使用第三人稱遊戲模板，則可以使用標準角色在場景中四處走動，並再次注視並判斷道具的大小以及結構元素（牆壁，天花板，地板，窗戶）。為了結束草圖階段，我做了一些早期的嘗試來設定心情。  

在Substance Designer中創建拼貼材料

在對結構元素進行紋理化時，我認為使用平鋪紋理是一種好習慣。在分析我的參考文獻時，我發現過去牆壁主要使用混凝土和磚頭。我知道Quixel Megascans的兩種平鋪材料非常適合我的環境。由於我想在此場景中使用頂點繪畫，因此我將混凝土牆材料的紋理貼圖導入了Substance Designer，並對其進行了進一步的調整以創建骯髒的版本。然後，我得到了一個乾淨的版本以及一個骯髒的版本。使用這些貼圖，我能夠創建頂點繪製材料。Epic Games本身已很好地記錄瞭如何執行此操作。 

我希望用於場景的其他平鋪材料是用於地板的木板，用於支撐牆壁的橫樑的過時木材以及用於天花板和牆壁之間過渡的木板的塗漆木材。如果您仍在像我一樣學習Substance Designer，我認為下載其他藝術家的材料並研究他們的圖表以及觀看教程和後續操作是學習此軟件的一種實用方法。Levelup Digital和Gumroad都有不錯的付費教程，而您也可以在YouTube上免費找到優秀的教程。但是，我確實認為嘗試對所創建的材料賦予自己的風格是很好的，而不僅僅是對它們進行一對一的複制。 

擁有所有材料後，我便開始將它們導入虛幻引擎中並將其應用於我的結構元素。 

對道具建模和紋理化

在進行建模時，我會按照資產的大小和在場景中佔用的空間量從列表中對資產進行排序。排序後，我將以自上而下的方式列出該清單。對於此場景，我混合使用了臉部加權法線和烘焙法線貼圖。面部加權法線是一種對道具進行著色的方法，該方法的目的是使它的邊緣看起來非常平滑，並且只需要添加少量多邊形即可。您可以通過將支柱的邊緣倒角（在Maya中稱為倒角）來實現此目的。然後，您可以運行自動為您的臉部加權的腳本，也可以手動將斜角更改為柔和的陰影。我主要在我的大多數大型道具（例如架子和結構元件）上使用此方法，因為我認為這是完全可以接受的，尤其是對於作品集工作。

在建模和UV解開道具時，我想到的另一件事是，我可以重用資產的哪一部分，以減少所述道具所需的紋理集數量。然後，我提出了幾種解決方案。對於容納大部分罐子的大架子，我決定僅對兩個不同的抽屜建模，然後通過翻轉或旋轉它們以各種方式重複使用它們。場景中的其他資產也是如此，例如麵包架的鑄鐵裝飾品或櫃檯架的支柱和某些面。較小的道具（例如咖啡罐，麵包或炊具）可以整體重新使用，並以不同的方式放置和組裝，從而在場景中營造出變化的感覺，並使其更加可信。在解開我的道具時 我一直確保UV shell的紋素密度恆定為10.24px / cm，並且可以有效地使用UV空間。因此，將多個較小的資產打包到一個UV集中並不少見。  

對於窗簾，我使用了Marvelous Designer。我個人認為，對於服裝和織物網格，這是比Autodesk Maya提供的內置nCloth仿真更好的解決方案。窗簾也是在Marvelous Designer中創建的基本內容，因此，如果您剛剛入門，可以期望在網上找到許多免費的教程。很高興知道窗簾或其他織物網格的尺寸，這樣您就可以在Marvelous Designer中設置正確的織物長度和寬度，而不必隨後更改比例。當我對布料的模擬感到滿意時，我將網格導出到Maya，然後進行了重新拓撲。 

如本文前面所述，我主要使用平鋪紋理作為結構元素，而其他道具則具有獨特的紋理。有時，道具的大小和我保持紋理素密度一致的意願會導致多個材質槽。這些資產在Substance Painter中被紋理化。

對於我場景中的大多數木質材料，我首先從包含由Substance提供的基礎木質材料的圖層開始，然後使用不同的混合模式，圖層和遮罩引入顏色和粗糙度變化。然後，通過在有意義的地方添加更多講故事的元素（例如，灰塵，灰塵和損壞）來結束這一過程。我知道有些人可能只想為這些圖層添加一個智能遮罩，然後稱其為完成。這樣最終會使道具和細節看起來非常程序化，因此始終可以通過使用油漆刷或通過與其他遮罩或紋理貼圖混合來進一步遮掩細節的一部分，這總是好事。

對於我的咖啡罐和餅乾罐的標籤，我不得不在Google圖片和Pinterest上進行搜索，然後從那裡獲取它們。在瀏覽它們時，我確保它們也適合我的老式麵包店的放置時間。我查看了這些標籤的顏色，因為我想引入可以使它們更加突出的顏色。我通過應用色彩理論原理做到了這一點。我知道場景中的很大一部分已經具有棕色調，因此我繼續尋找適合棕色的顏色。Adobe Color是一個很棒的網站。您可以定義一種顏色，網站將自動生成該顏色的互補色，單色，不同陰影等。您還可以上傳圖片並提取顏色主題以及顏色漸變。然後，該工具會顯示圖片中五種最主要的顏色的平均值。一旦從罐中找到合適的標籤並將其導入到Substance Painter中，我就將它們正確地放在了道具上，並再次用一些灰塵和塵土填滿了標籤。

我對紋理感到滿意後，便將其導入到虛幻引擎中，並將其應用於適當的資產。有了草圖，我之前已經做了一個計劃，說明如何以及在哪裡放置道具。當然，您不必堅持自己的草圖，可以不斷更改組成等，但是它可以為您提供良好的基礎。

使用攝影測量法創建烘焙食品

當我設定要在現場使用攝影測量的目標時，我發現麵包資產和其他烘焙食品是實現此目標的絕佳機會。為了快速說明，攝影測量法是一種通過將照片輸入攝影測量軟件來創建3D模型的方法。然後，該軟件將照片對齊並創建一個3D模型，該模型具有高數量的對象，這些對像是照片中的焦點。送入軟件的照片越多，從照片進行的3D重建就越準確和高質量。吉爾赫爾姆·蘭貝利（Guilherme Rambelli）為Gnomon Workshop製作了出色的教程，他在其中講述瞭如何使用攝影測量法為遊戲創建資產。我以此為契機，學習了構成良好的攝影測量工作流程的要素。 

當我購買了我想在場景中擁有的所有不同類型的麵包和其他烘焙食品後，我首先必須為它們拍照。我使用具有18mm -135mm鏡頭的佳能EOS 600D。快門速度設置為1/100，光圈設置為f / 9，ISO設置為自動。我以RAW格式拍攝的圖像清晰且曝光良好。當您為攝影測量資產拍照時，請始終牢記，光線越平坦且物體照明越均勻，則重建效果越好，清理工作也就越少，因為它具有幾乎沒有高光/陰影烘焙到基色紋理中，這對於反照率圖至關重要。因此，在陰天拍攝用於攝影測量的圖像通常是最好的情況。然而，由於我不必在室外環境中為自己的資產拍攝圖像，因此我可以忽略後面的建議。但是我仍然必須確保該地方足夠明亮，並且不會有直射的陽光照射到我的物體上。

對於我的每項資產，我拍攝了約60到80張照片，其中包括頂部圈環，中部圈環和一些不同部位的特寫照片。即使在遊戲中使用它們可能不是最佳選擇，但我也沒有抓住麵包的底面，因為我知道我會“向上看的”組裝它們。對於每個循環，我將對象繞了一圈。拍攝圖片時，重要的是它們之間至少要有30％到50％的重疊，以便軟件更容易對齊它們。拍攝圖像後，我將它們從RAW轉換為DNG格式，然後迅速將其送入攝影測量軟件以測試對齊方式。為此，我使用了Reality Capture。測試結果很好，因此我通過對圖片進行更清晰的處理以及消除陰影和高光來進行圖片的預處理。之後，我再次將它們餵給Reality Capture。這次我兩次重建了掃描對象的資產。第一個模型，後來用作高多邊形，以從中烘焙環境光遮擋，曲率等；第二個模型，用於烘焙基礎顏色紋理以及彎曲的法線。第二個模型的polycount比第一個模型低，需要通過Reality Capture進行紋理化。為此，該軟件使用其對齊的圖片中的顏色。 

下一步是將第一個模型導入ZBrush並從中創建一個低多邊形。我嘗試了這兩種方法，分別使用抽取母版和低分辨率的dynamesh。在這種情況下，後一種效果更好，因為沒有不必要的面重疊或許多較小的頂點。在形狀方面，我似乎也沒有丟失太多細節，因此它可以滿足我的需求。使用UV母版，我快速拆開了資產。現在的下一步是烘烤地圖。對於彎曲的法線以及基礎顏色紋理，我使用了Substance Designer。來自Reality Capture的第二個模型用作高多邊形。然後需要將兩個紋理貼圖導入到Substance Painter中，在這裡我從第一個模型中烘焙了其他貼圖。對於麵包的粗糙度圖，我創建了一個填充層，並將基色紋理插入到粗糙度通道中。這會將紋理從RGB轉換為灰度。然後，我玩了關卡過濾器，然後從那裡繼續。對麵包資產的紋理感到滿意後，我將其與網格一起導入了Unreal Engine，並開始放置它。對於我想進行3D掃描的每種麵包或其他烘焙食品，我都重複了上述步驟（拍攝照片，進行預處理等）。

燈光

我認為，照明可能很難正確設置，對我而言始終是一個挑戰。同時，它確定環境或道具看起來是否不錯，是否吸引人。

在時間上，我想去一個早晨/過去的日出時間。首先，我在場景中放置了一個天光，然後僅用它照明場景。另外，我在天空穹頂上應用了HDRI紋理，該紋理在www.hdrihaven.com上在線找到。我旋轉了穹頂，直到紋理中的太陽與後來放置的定向光對齊為止。我調整了燈光質量和天光設置，直到麵包店有足夠的補光燈。如果您在僅使用天光獲取場景中的補光方面遇到問題，建議您使用天光的間接照明強度以及在光量設置中反彈的天光數量。接下來，我添加了定向燈。為了設置燈光的顏色，我使用了3500開氏溫度。同樣，我必須烘烤多次直到對結果滿意為止。然後，我添加了一個體積霧並複制了定向光。第二個定向光設置為可移動，並且體積散射增加，這給了我微弱的上帝射線和陰影周圍的平滑邊界。我仍然認為有些道具的光線太少。為此，我放置了一些微弱的聚光燈，它們不會投射陰影，只會影響照明通道2。但是，要使其工作，還需要在要從放置的聚光燈接收光的任何道具上啟用照明通道2。

作為最後一步，我渲染了其中一張美圖，並將其帶入Photoshop。然後，我調整了諸如曲線，色彩平衡和色階之類的內容。然後，我對Epic Games提供的顏色中性查找表模板進行了完全相同的更改。只需複制粘貼調整層即可完成此操作。然後，我將該模板保存為場景的顏色查找表，並將其應用於Unreal Engine中。在引擎中，有時它的角度可能不同於Photoshop，因此我在後期處理中將查找表的強度減少了一半。 

結論

在這個場景中，正確的照明無疑對我構成了最大的挑戰。它也花費了大部分時間，但是我可以自信地說我在這種環境下學到了很多東西。我也可以用挑剔的眼光看它，在以後類似或更大尺寸的場景中，我應該嘗試優化一些東西。例如，我為許多道具設置了許多獨特的紋理，這在遊戲開發環境中可能效率不高。

我可以給其他藝術家的建議是在製作過程中有所休息，並請其他藝術家（最好是經驗豐富的藝術家）提供反饋，因為這可以極大地幫助創作過程，並讓您更進一步。他們可能經常看到或註意到您自己不會做的事情。然後，通常會出現關於他們如何解決某個問題的想法或建議。DiNusty社區，體驗點和BeyondExtent不和諧之處就是這樣做的好地方。

如果您對我的工作流程，場景或一般主題有疑問，請隨時在Artstation上向我發送消息。我會盡快回复。

環境藝術家Kevin Buck

Arti Sergeev進行的採訪

https://80.lv/articles/vintage-bakery-working-on-props-and-trying-out-photogrammetry