次世代遗珠:Specular(高光)贴图


3楼猫 发布时间:2024-08-26 17:32:59 作者:柠檬弓工作室_dr Language

现如今提到“次世代”的游戏画面和美术,不少人会将其和更加细腻的模型面数和贴图精度联系起来,而暂时不会期待有什么革命性的图形技术再次出现。毕竟在画面表现的探索上,尤其是“写实”这个风格的赛道上,已有的美术制作管线已经在方法上达到了以假乱真的边界。当虚幻5亮相时,怎样增强美术的光影细节和软硬件的优化,已经是次世代游戏美术的主要进攻方向。
而在几年前(2014 ~ 2017左右),游戏的美术制作曾经出现一次历史性的突破。这个突破就是PBR(物理渲染)的出现。

生化危机7 2017

生化危机:启示录2 2015

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不知道玩家们有没有印象,那几年间,游戏画面陡然间写实了很多,游戏中的材料质感也向着现实材质跨了一大步。这种变革,就是源自于PBR技术的普及。
我记得当时有一些文章提到,《王者荣耀》最近在研究新的图形技术,将要让游戏画面焕然一新。文章前摇了很久,才提到他们用了PBR技术,并且将这个技术讲得极其神秘和玄妙……

我记得当时有一些文章提到,《王者荣耀》最近在研究新的图形技术,将要让游戏画面焕然一新。文章前摇了很久,才提到他们用了PBR技术,并且将这个技术讲得极其神秘和玄妙……

而PBR这个技术的突破,产生了两种制作方法。在当时的美术制作流程中,这两种方法在主流商业游戏中的使用量平分秋色。这就是以Specular(高光)贴图和Metallic(金属度)贴图为主要区分的制作思路。
而最终,Specular贴图惨败于Metallic,因为它为当时的美术团体带来了挥之不去的梦魇……
这张图只是个基础区分,实际情况会复杂一点

这张图只是个基础区分,实际情况会复杂一点

(大家看到这里先别关闭页面,这次不是技术分享,而是回忆一下当时的业内情况。作为这一段乱世的参与者,我发现中文网络环境中没有什么文章将这一段历史科普给广大玩家,这一点颇为遗憾……所以,我会尽量以人人都能看得懂的语言说明当时发生了什么。)
首先,“贴图”类似于给一个3D物体表面蒙上一层膜,这层膜不光会给物体增加一个颜色,也会定义表面的一些特性。Specular就是贴图的一种,给一个物体添加了Specular,就是给它贴了一个特殊代表反光强度的膜。类似于很多交通指示牌上面的荧光涂料。当你给一个3D物体添加Specular时,如果Specular的某个位置是黑色,那这里就没有荧光涂料;如果某个位置是白色,那么这里就有极其强烈的荧光涂料,也就是说,这里会有很强的反射效果;如果一个位置是灰色的Specular,那么这里就会有一个中等的反射度。
听起来好像不难理解吧?但是,这中间就有一些不好定义的部分。
第一,Specular的值和现实材质并没有统一的度量值。比如同样是石材,砖头、水泥、大理石、混凝土等等,各自该设置多强的Specular呢?当时有很多有经验的美术很快通过自己的勤奋与观察,迅速找到了自己的一套参数,来模拟出不同的材质。但是你猜怎么着?同样的Specular值,不同的游戏引擎,不同的项目,出来的效果都不同;甚至不同的美术总监,不同的美术人员,都会有自身感受的差异。这就导致很多美术每次做新物件,都会花很多时间在材质参数的确定上。
而这还只是开始。
第二,想做出写实的效果,有时还要进行一些弯弯绕绕的理解。当时我正在参与Arkane工作室的游戏《掠食》的制作,这个项目就使用了Specular流程:金属材质要把基础的漫反射颜色(Diffuse)做成黑色,而金属本身的材质要体现在Specular贴图上。比如,你要做一个白色陶瓷品,但是它的一部分是黄铜,那么,在主体部分,基础色就是白色,Specular是深灰色;而在黄铜部分,基础色是黑色,Specular则是黄色。这还只是一个最简单的例子,在实际制作中,还需要考虑材料是否上漆、是否镀层、是否有磨损、划痕、机油、脏迹、指纹、甚至材料本身是否是拉丝或者车漆等等有花纹的表面。每一种情况都要考虑到Specular的值,都要看看是否会产生不真实的反光。
还不算完!
第三,Specular贴图有个特点,就是当你加入Glossiness(光滑度)贴图时,需要更加小心。(至于Glossiness贴图,不在本文的讨论范围,只需要知道这个贴图也是物理渲染必不可少的一环,并且原理和Specular类似。)而使用Specular时,同一个位置,与Glossiness的亮度值加起来是不能超过1的,不然最终效果就会不真实(黑为0,白为1,中间的灰度就是从0到1的渐变值。简单举例就是,Glossiness如果用了亮灰色,那么Specular就只能用暗色或者黑色)。
当时,提到“次世代”和“PBR”时,往往各种技术理论和专业术语就纷纷出现。为了清楚地理解这一套制作方式背后的原理,甚至还需要参考物理学。这不是夸张,我就是在那段时间明白了物体表面的反光特性和本身的导电性有关……同时,我亲眼看到过艺术家们被各种专有名词折磨得痛苦不堪。(如果你在有英文环境的游戏公司待过,你就知道,“美术”这个岗位被称作 Artist,也就是艺术家的意思。)想象一下,你本是一个资深美术。以前,你在做好模型后,只需要按照现实情况,把写实的颜色绘制在模型上就行了(虽然中间出现了法线贴图Normal,但是那个没有理解上的难点)。而现在,你需要先确认引擎,参考这个引擎的Specular使用方式,然后总监沟通好主要材质的Specular参数,然后再制作的时候还要时不时想到Glossiness和正在制作的Specular加起来会不会太亮……
不光是制作,连检查流程也是要人老命。以至于当时工作室还准备了PBR理论的教学和考试;而新人来到工作室以后的一个重要考核指标,就是“PBR理解是否正确”。
在经历过这些磨难后,Metallic贴图终于出现了。
在尝试过Metallic这一流程之后,Specular的没落几乎是必然的。我并没有全职地担任过技术美术,不知道这两者对于硬件和图形处理上各有什么优劣;但是对于一个不了解技术的纯3D美术来说,Metallic简直就是救世主。它最大的优点就是:好使。
首先,它很好理解。在这个贴图中,白色就是金属,黑色是非金属,就这么一个简单的区别。不同引擎的不同效果?这个层面上不用考虑。这个世界上还会有什么常见材料既是金属又不是金属吗?(我知道有特殊情况下这个贴图会用到灰色,但是已经简单很多了。)
然后,它不必考虑和其他贴图的互相影响。这个材质看起来是什么颜色,和Metallic无关。颜色你就去颜色贴图上加就行了,Metallic只管定义是不是金属。
最后,Glossiness?那更是关我鸟事,自己玩自己的部分就行了。
当美术们做了一次Metallic流程后,就像是高考过后的学生,根本不想回到之前那个拼命学习的状态,脑中只有一个虔诚的祈祷:拜托各位都来使用Metallic贴图吧!果然,没过几年,主流游戏的美术管线全都用上了Metallic流程。
不说别的,从使用的便捷度来说,Specular被Metallic全面战胜就是不可逆转的了。或许Specular贴图仍然有自身的优势,毕竟现在的主流引擎中仍然为它留下了使用接口。
但是,工具是需要贴合使用者的。方便、易用才是最好的宣传。美术人员不是技术人员,微波炉再先进,你让我用微波炉做雪糕,这不是为难我吗?

以上只是我对那个年代的感慨。可以看到,任何一种革命性的技术和方法出现后,都会经历一段时间的混沌期。虽然当时感到了一定程度的痛苦和迷茫,但是事后回忆,也有一定的乐趣存在。就像零几年时期的网络流行文化,现在回想起来很多都是又土又尬,但是那种单纯的蛮荒与生命力也是今天难以想象的。不知道下一次的图形革命又会是什么?我听说虚幻5的多边形支持数已经到达了亿级,或许很多贴图和制作流程会被淘汰掉。不过嘛,现在我已经彻底来到了独立游戏这个赛道,很多新技术来到我身边的那一天,或许还有很久。
写这篇文章的过程中看到了黑猴的销量,无疑是给了我等国产单机创作者一剂强心剂。希望整个游戏行业能像前几年的图形革命一样,混沌之后迎来辉煌吧。
参考:
https://www.modding-forum.com/guide/17-diffuse-specular-and-normal-maps/
https://cgobsession.com/complete-guide-to-texture-map-types/
https://www.chaos.com/blog/what-is-pbr-physically-based-rendering-a-complete-guide
http://wedesignvirtual.com/what-does-a-specular-map-do/

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