Texturation, ou ce que vous devez savoir pour devenir un artiste de surface. Partie 5. Système de matériaux

Dans les parties précédentes des didacticiels, nous avons examiné comment les textures sont créées. Plus précisément, l'apparence de tout sous le capot (comme Yoooriii l'a dit dans les commentaires de la 4ème partie). Des termes ont été mis en place - pixels et texels. Démonté un peu de modèles de scan et de grille, PBR et matériaux. Et enfin, nous avons tracé une ligne sous le métier d '«artiste en textures». Il semblerait que vous puissiez déjà arrêter et commencer à travailler.

Partie 1. Pixel ici .
Partie 2. Masques et textures ici .
Partie 3. PBR et matériaux ici .
Partie 4. Modèles, normales et balayage ici .
Partie 5. Système de matériaux - vous le lisez.

Bloc d'introduction

Dans cette partie, nous n'aurons pas de pratique, car la cinquième partie s'est avérée assez importante. Toutes les informations sur la façon de créer des matériaux et de les personnaliser dans Unreal Engine 4 se trouvent dans les didacticiels Flakky et bien d'autres. Notre tâche consiste maintenant à analyser la théorie de la manière la plus détaillée possible (et s'il manque des informations, veuillez m'en informer).

En 2017, l'artiste technique Harrison Moore s'est produit au Unreal Dev Day Montréal. Il a parlé de l'approche de texturation que lui et son équipe utilisaient pour s'assurer que le jeu Paragon avait de très beaux matériaux. Ci-dessous un lien vers sa conférence.


Le fait est que nous créons un projet VR où la qualité des textures est d'une grande importance. Par exemple, en créant des textures pour de grands objets (murs, sols, grandes armoires, boîtes, etc.), nous sommes tombés sur le fait que la méthode standard donnait des textures très pixélisées et les chanfreins qui étaient créés en utilisant des bords durs et une carte normale (nous avons trié cela 4 parties) lorsque les objets étaient proches de leurs yeux, ils avaient l'air si pixélisés et misérables que nous avons dû augmenter la taille des textures pour y remédier. Finalement, pour obtenir au moins une approximation du résultat souhaité, nous avons commencé à riveter la texture 8k. Il s'est avéré qu'il était très coûteux de créer des textures 8k sur les principaux gros objets, mais visuellement, c'était satisfaisant (maximum).



Au début, tout s'est bien passé. Les textures étaient rivetées, la qualité est normale, mais après avoir assemblé une scène à partir d'objets avec de telles textures, nous avons réalisé que cela ne fonctionne pas. Le volume de textures était très important - pour que notre projet fonctionne avec l'utilisateur final, il fallait que la carte vidéo ait au moins 3 gigaoctets de RAM. Et la taille d'une telle texture était de 67 millions de texels. Même si ces textures sont déjà entièrement calculées et cuites, pas une petite puissance de calcul de la carte vidéo n'était nécessaire pour piloter tous les texels et les afficher sur l'écran. Mais nous comprenons que pour la mise en œuvre complète de PBR, nous n'avons pas besoin d'une texture (et non d'un canal), mais d'au moins 9 canaux.
En conséquence, nous avons obtenu des scènes dans lesquelles le volume de textures était énorme, nécessitait des calculs les plus fous et échouait FPS des images dont nous avions besoin à 90 à 45. Il est devenu clair pourquoi presque tous les jeux utilisent uniquement des textures BaseColor, tandis que d'autres ne se connectent pratiquement pas. Par exemple, le jeu Torn pour VR:



La plupart (je dirais 90%) des objets sont simplifiés - le matériau est exclusivement composé de BaseColor. Pas de cartes normales, pas de métal ou de rugosité. Malheureusement, les captures d'écran du jeu disponibles sur le réseau ne vous permettent pas de montrer les inconvénients de cette approche, et vice versa, très souvent les captures d'écran montrent qu'il y a toutes les cartes, et l'image est très belle. Mais ne parlons pas de ce jeu.

Au début, j'ai ignoré la conférence, dont j'ai inséré la vidéo ci-dessus. Plus précisément, j'ai regardé à travers et j'ai pensé que cela semblait être une bonne approche, mais nous n'avons pas changé le pipeline pour créer des objets et des textures dans notre équipe, car cela nécessiterait un temps suffisant pour maîtriser, introduire, développer des compétences. Et pourtant, face au problème de la qualité des matériaux, j'ai décidé de reconsidérer l'approche de la texturation.
Nous avons commencé à comprendre ce que Harrison Moore offrait.

Conditions préalables à la formation du concept d '«artiste de surface»

Et ainsi. Les gars d'Epic Games ont développé une approche intéressante pour la texturation (plus précisément, en ont parlé). Ils ont adopté l'approche pour créer des textures dans Substance Painter (ou tout autre programme de texturation) et ont transféré directement la cuisson des textures du programme vers le moteur (pour être plus précis, ce processus peut être appelé génération procédurale de matériaux). Autrement dit, maintenant les calculs de cuisson des textures sont déjà effectués dans le moteur lui-même, et les textures ne sont pas créées, mais compilées à l'avance. Le résultat de la compilation (shader) est stocké dans un format que le moteur comprend, et lorsqu'un modèle avec ce shader est affiché, le résultat est superposé au modèle.

Comment ça marche?

Dans le moteur, chargez la texture de n'importe quelle texture (matériau) dans des tailles de 1k. Autrement dit, l'ensemble standard est Couleur de base, ORM, Carte normale. Ces textures sont chargées de 10 à 20 pièces. Par exemple, 4 variétés de métal, 5 variétés de cuir, plusieurs variétés de plastique, de bois, etc. Tout cela est combiné dans des fonctions de shader afin que vous puissiez facilement les connecter plus tard. 1 facture = 1 fonction.





Après cela, ils créent des masques pour l'objet dont nous avons besoin. Ici, Substance Painter redevient nécessaire - à l'aide de celui-ci, des masques sont créés sur l'objet. Autrement dit, vous devez spécifier à quels endroits de l'objet quelles textures doivent être affichées, puis dessiner la texture souhaitée au bon endroit sur l'objet:





Ci-dessus dans la capture d'écran, vous pouvez voir comment le robot volant est peint de couleurs vives. En bref - cela est fait spécifiquement pour voir quels masques sont situés où où. La deuxième capture d'écran montre l'un des masques.

Ces masques sont téléchargés sur le moteur. Ils créent également une carte normale pour chaque objet séparément afin de lisser les chanfreins, d'afficher quelques petits éléments techniques à l'aide de celui-ci et de le charger également dans le moteur.

Ensuite, un nouveau shader (matériau) est créé, dans lequel les masques créés sont ajoutés. Les fonctions de shader nécessaires sont ajoutées avec les textures nécessaires (par exemple, métal rouillé, plastique et métal frais), puis le code est écrit (presque rien n'a besoin d'être écrit, après tout Epic Games a fait tout son possible pour nous permettre de travailler plus facilement), dans lequel nous indiquons comment mélanger correctement les masques, quelles textures afficher sous quels masques, comment afficher la texture de la saleté, etc.

Une fois que tout est assemblé, le shader est compilé et le résultat s'affiche.

Eh bien, il semblerait qu'une telle chose - après tout, la même chose peut être faite dans Painter et obtenir un résultat prêt à l'emploi. Mais ce n'est pas le cas. Et le carrelage est à blâmer.

Un peu de carrelage

Carrelage (littéralement - carrelage, tuile) - Il s'agit d'une répétition de la texture, comme si la tuile, si elle est plus petite que la zone de texturation (UV). Cela est nécessaire pour combler les lacunes qui se forment dans l'espace UV, si la texture est plus petite. La carte vidéo commence juste à la dupliquer autant de fois que nécessaire pour combler l'écart. La mosaïque fonctionne de manière intéressante - la carte vidéo calcule chaque texture de texel (par exemple, 1 k de taille). Et quand il s'agit de la pièce qui est dupliquée, aucun calcul n'est déjà fait, car ils existent déjà. La carte vidéo copie et colle simplement les données. Copiez-collez. Et cela ne coûte pratiquement rien pour les performances. Ce n'est pas si exigeant en ressources qu'il n'affecte rien, même si vous effectuez un pavage de 10000 * 10000 répétitions (et répétez cela avec notre exemple d'environ 10 milliards de texels pendant une minute sur les chiffres), votre projet ne s'arrêtera pas une seconde.

Continuez

Autrement dit, nous pouvons maintenant prendre la facture. Montrez-le au bon endroit dans l'installation et colorez-le (dupliquez) exactement autant que vous le souhaitez pour obtenir la qualité souhaitée. En raison du carrelage, la taille des texels est très réduite, ce qui augmente la qualité de la texture elle-même.
L'inconvénient de cette approche est les mathématiques - maintenant, pour afficher les textures sur un objet, le shader doit calculer plusieurs fois plusieurs opérations pour afficher le résultat final, et au lieu des 3 textures standard, le moteur doit prendre en compte les masques, mélanger les normales, les couleurs, etc.

En fait, la perte dans les calculs est nivelée:

1. Vous pouvez et allez réutiliser les fonctions facturées. À maintes reprises sur d'autres objets. Autrement dit, les calculs seront les mêmes au total, mais le nombre de textures elles-mêmes sera parfois moindre. Vous n'avez plus besoin de créer de nouvelles textures pour chaque objet, il suffit de définir des zones pour les textures et d'utiliser les mêmes textures.
2. Vous pouvez créer des tailles de masque plus petites - par exemple, 128 x 128 pixels. Ce qui réduit les calculs de centaines de fois.
3. Vous pouvez carreler les textures à votre guise, obtenant un résultat qui ne peut être obtenu en utilisant la méthode de texture standard.
4. En ajoutant d'autres calculs et masques, vous pouvez jouer avec des canaux individuels, par exemple, rendre le pavage du canal de rugosité plus petit que les cartes en couleur, perturbant ainsi la répétition visuelle de l'image et créant une sensation d'unicité de toute la surface.
5. Vous pouvez imposer des fonctions de texture de telle sorte qu'elles se déplacent par rapport aux coordonnées de l'objet dans l'espace mondial - de cette façon, vous pouvez placer 2 objets identiques avec les mêmes shaders, mais ils auront tous deux un aspect unique.

Il faut comprendre que cette approche n'est pas valable pour toutes les plateformes. Par exemple, les jeux mobiles sont déjà difficiles à assembler de cette manière en raison de la complexité des calculs.

Final Fantasy 15. L'exemple le plus simple des inconvénients de l'approche standard de la texturation et du nouveau système de couche de matériau (comme les gars d'Epic Games l'ont appelé) est Final Fantasy 15. Afin d'améliorer la qualité de l'image, ils ont sorti un pack avec des textures 4k. Et quelle est la texture 4K? Cela représente 16 millions d'erreurs de calcul par canal. Et s'il y en a 9 pour la norme PBR?
Et ici, la puissance du Système de couches de matériaux commence à émerger autant que possible. Pour collecter des vêtements sur le personnage en utilisant des textures, il suffit d'utiliser 3-4 textures (peut-être plus). Au total, elle sera inférieure aux textures haute résolution standard, les performances sont à peu près au même niveau et la qualité peut être contrôlée en mosaïque et réglée beaucoup plus haut.

Système de couche de matériau

Les gars d'Epic Games sont allés plus loin et ont présenté une version bêta du «Material Layer System», qui n'a pas créé de battage médiatique et s'est avéré être assez bogué.
Un exemple de son travail peut être vu dans cette vidéo:


Étant donné que le système n'était pas encore adapté au travail, nous nous sommes familiarisés avec lui, nous étions heureux qu'un jour nous le terminerions, mais pour l'instant nous avons refusé de travailler avec lui et sommes passés à la création manuelle de shaders, en indiquant directement chaque masque dans le shader.
En conséquence, nous avons commencé à essayer et à expérimenter.

Comment nous nous sommes débarrassés des cartes normales

Au début, travailler avec des textures ne s'est pas déroulé sans heurts - nous avons obtenu l'effet souhaité avec les textures, mais nous étions toujours très inhibés par la carte normale, car elle devait être générée pour chaque objet afin de créer une sensation de beaux chanfreins. Malgré la qualité des textures créées par nous, à l'approche de l'objet caméra, les biseaux laissaient beaucoup à désirer même avec des textures 8k (je me souviens que nous développions un projet pour VR). Mais la texture 8k est un très grand volume de texels. Si gros que 2 jeux complets de textures ont pressé FPS jusqu'à 45 images (pour VR, vous en avez besoin de 90).

Ensuite, nous nous sommes familiarisés avec la méthode de création de biseaux, dont j'ai parlé brièvement dans la 4e partie. La création de chanfreins sur des modèles d'objets a permis de se débarrasser des cartes normales presque complètement. Oui, nous avons augmenté les modèles de polygones, mais pas plus de 20 à 40%, tandis que la qualité des biseaux montait en flèche.

Cette approche nous a permis de nous débarrasser d'un autre problème: les coutures sur les bords. En créant des chanfreins sur le modèle, il n'était plus nécessaire de couper le modèle le long des bords durs. En principe, il n'y avait pas de bords durs sur les modèles, donc les îles sont devenues grandes, elles ont commencé à inclure de grands espaces, et maintenant que nous appliquons de la texture aux modèles, il n'y a pratiquement plus de coutures sur les modèles.

Cela ne signifie pas que maintenant, sur tous les objets, nous n'avons pas de carte normale distincte. Simplement, la plupart des objets standard peuvent faire avec des chanfreins dans les modèles sans carte normale supplémentaire.

Finalement, en réduisant progressivement les masques, en augmentant et en compliquant les shaders, nous avons commencé à créer des matériaux complexes qui nous permettent de texturer de très belles surfaces:



Au-dessus du sol se compose de 2 textures - bandes de fer - 32x32 pixels et hexagones - 32x32 pixels. Le matériau a une formule très complexe - un très grand nombre d'opérations de calcul - environ 295 instructions. Pour un matériau ordinaire, un tel shader nécessiterait plus de puissance de calcul, mais nous n'utilisons que 32x32 = 1024 texels par canal. 9 canaux = 10k texels, qui doivent être pris en compte lors du calcul de ce matériau + masque 128x128. Un très grand nombre d'opérations sont nivelées par un petit nombre de texels pour le traitement. En conséquence, nous avons obtenu une belle image avec un shader très rapide et facile.
Grâce aux masques, au contrôle compétent du carrelage et des canaux, vous pouvez créer des shaders très complexes qui généreront de beaux matériaux et en même temps ne consommeront pratiquement pas de ressources.

Par exemple, pour le moment, nous utilisons environ 10 à 15 textures pour l'ensemble du projet (plus plusieurs objets uniques entièrement texturés à l'aide de la méthode standard). Le même métal se trouve sur presque tous les objets. Il est modifié dans les shaders - nous ajoutons différentes couleurs au matériau, nous décalons les cartes de rugosité de la texture, appliquons des rayures sur le masque et leurs coordonnées sont contrôlées par les coordonnées de l'objet (si nous parlons d'objets statiques), ce qui conduit à des objets uniques avec leurs copeaux, fissures, saletés .
Lorsque vous augmentez la résolution d'écran, il nous suffit d'ajuster simplement la mosaïque de sorte que le nombre de texels corresponde au nombre de pixels sur l'écran. Avec la méthode standard de texturation, vous devrez pelleter toutes les textures, récupérer les anciens projets dans Painter et les enregistrer à nouveau. Et vous devez vous assurer que la texture ne va pas. Et puis tout cela devra être réimporté dans le moteur et s'assurer que tout ira bien là-bas, que les shaders calculeront rapidement des textures plus grandes qu'auparavant.

Penser avec des textures

Lorsque j'ai parlé avec des artistes 3D sur le sujet des textures, on m'a dit à plusieurs reprises que la plupart des objets ne peuvent pas être assemblés à l'aide de textures, que cela nécessite une texture distincte avec des motifs uniques et d'autres composants. Par exemple, cette tonnelle:



La complexité de représenter cet objet dans le plan texturé est qu'il a des moments uniques:



Le motif de ceinture sur le dessus du tissu peut être une texture séparée et simplement appliqué sur la texture du tissu. Ou cousez une ceinture dans la texture du tissu, puis nous obtenons une texture de tissu unique avec une ceinture:



Lorsque vous utilisez cette texture, la couture des ceintures sur le tissu sera constamment répétée dans la même zone, mais cela ne sera pas évident.

Les taches humides sont faites par un masque et de la saleté ou autre chose est appliqué. Et cela a déjà l'air unique.

La frange se distingue également par sa texture, et sa taille sera très petite, car elle se répète. Vous pouvez l'afficher sur le modèle à travers le masque.

Un motif unique sur un crochet métallique peut être appliqué soit avec un décalque soit avec une couche séparée d'une petite carte normale, qui peut être lissée sous la position de balayage et développée à travers le masque.

Les plis sur un rouleau de tissu peuvent être réalisés par géométrie ou masquage avec ombrage. Dans la génération actuelle de fer, l'ajout d'un petit nombre de sommets ne causera aucune charge, et vous pouvez toujours les masquer avec des lods à distance.

Les objets en bois peuvent être chanfreinés et ainsi supprimer complètement la carte normale des calculs. Et ainsi de suite. La chose la plus importante ici est que tout cela se prête très rapidement à un ajustement sans programmes tiers et sans perte de temps.

Et surtout, toutes ces textures peuvent être utilisées dans n'importe quel autre shader, en ajustant les couleurs et les taches.

Exceptions

La plupart, je dirais, 95% de tous les objets du jeu sont couverts par cette méthode. En général, même la peinture à la main tombe sous la texture et peut être mise en œuvre à travers elle. Cependant, tous les objets à ce stade technologique ne peuvent pas être implémentés. Par exemple, des personnages complexes qui ont des éléments spéciaux. Et même si vous y réfléchissez bien, vous pouvez les recouvrir de textures - il est important de les voir en temps opportun, de les couper et de les assombrir.

On m'a proposé de démontrer le canapé (photo ci-dessous) comme un élément qui ne peut pas être texturé.



Cependant, si vous regardez de plus près, le canapé a 3 textures (cuir sur le dessus, rembourrage, bois pour les jambes) et 2 difficultés - ce sont des plis et des coutures.Les plis peuvent être imités de 2 façons:

1. Sommets supplémentaires.
2. Une petite carte normale supplémentaire qui émettra des ondes de pli (une méthode plus attrayante).

La même chose s'applique aux coutures - elles peuvent être mises en évidence avec un masque et éclairer la texture des coutures ou, encore une fois, avec une carte normale supplémentaire.

Toutes les ruptures, toutes les transitions peuvent être simulées avec des textures et des masques, créant le même résultat, mais avec un plus petit nombre de textures (nous avons juste besoin d'utiliser les textures du tissu standard pour notre projet et juste changer sa couleur directement dans le shader).

Ici, vous pouvez poser une question - que faire avec la décoloration autour des oreillers? Les masques résolvent ces problèmes avec un bang =)

De plus, nous pouvons utiliser les mêmes textures pour les chaises. , . , . — . , , . , , , , .

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Substance Designer — , .
Epic Games " Jobs in Unreal Engine — Surface Artist ", , . , , .

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Snake discord- " Unreal Engine — RuCommunity ", .
Flakky , .

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