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    • 有机艺术和逼真的皮下着色器

      Daniel Bauer 分享了ZBrush、  Toolbag和 Substance Painter 中逼真的 牙齿模型 和皮下着色器制作的 细分

      有机艺术和逼真的皮下着色器

      有机艺术和逼真的皮下着色器

      介绍

      你好,我的名字是Daniel Bauer,我是一名 3D 艺术家,专门从事有机建模。我的职业生涯始于一家小型 2D 动画工作室,在那里我发现了 3D 建模的魔力。我的道路使我从事汽车领域的 CGI 着色和建模等任务。在我的空闲时间,我对有机建模产生了强烈的热情,并一直追随它。

      在解剖学研究期间,我发现我们的牙齿会影响他人对我们的看法。刚开始的一项研究很快就发展到了我想在这里展示的项目。

      这篇文章的目的是分享我对这个项目的理解和一些有用的技巧。

      牙齿模型

      资源

      我通过在 Google、Pinterest 和 Youtube 上收集参考资料开始了我的项目。

      现在你拥有丰富的资源,难的是过滤这么多的信息。我使用 PureRef 来组织我的资源并保持专注。此类板可包括技术细节,例如解剖学测量值或镜面反射值和牙齿美学。一开始,我将电路板保留为非 CGI,试图从现实世界的例子中获得灵感。

      有机艺术和逼真的皮下着色器

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      提示存储一些“交叉偏振照片”。通过观察纯色可以学到很多东西。

      雕刻

      我使用ZBrush来雕刻主要体积。我保持松散,因为我希望从远处读取形状。我经常缩小很远来检查我的模型。网格经过多次迭代,直到得到满意的结果。您还可以使用 ZBrush 的“透视模式”并将您的雕刻与Sketchfab上的 3D 扫描进行比较

      确保牙齿和牙根尺寸正确,因为观察者可以轻松判断比例是否有误。我很长一段时间都处于低细分级别。我在个人项目上工作的时间越长,我就越了解这种习惯变得多么重要。

      有机艺术和逼真的皮下着色器

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      提示:使用轮廓着色器或黑色材料不断检查您的轮廓。

      我使用 ZBrush 中的转置线测量每颗牙齿并将其调整到正确的大小。由于有些人与 ZBrush 单元斗争,这是一个说明:

      • 将 1-Unit helper 添加到您的场景中,将其 GoZ 到 3D 软件,将其缩放到 10mm,然后将其 GoZ 返回到 ZBrush。

      • 现在将您的转置线从立方体的一侧拖到另一侧,并将您的比例设置为 1 单位。您现在可以使用读取精确值的转置线。

      有机艺术和逼真的皮下着色器

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      我分别雕刻了每颗牙齿,因为这使您可以完全控制ToolbagSubstance Painter 中的烘焙如果您需要修改牙齿,将每个子工具分开可以让您保持灵活。当我了解人类牙齿实际上有多复杂时,这种方法保证了我可以听取其他艺术家的反馈并轻松解决形状问题。第一遍有一些细节被夸大了,还有一些缺失:

      有机艺术和逼真的皮下着色器

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      提示:由于细分的性质,当您切换回 SD 级别 1 时,您的网格会缩小。这导致了不希望的效果,因为我的牙齿、牙龈和混合网格必须完美对齐。我编写了一个宏脚本,在每个细分命令之前存储网格的 morphtarget 并恢复其初始体积。

      我将此宏脚本用作设置为 CTRL+D 的主要细分命令。您可以在此处下载脚本

      完成基础雕刻后,是时候考虑拓扑了。良好的拓扑结构可以支持您的雕刻、镜面反射流和动画。

      牙齿和牙龈的干净多流将有助于混合网格覆盖所有复杂的形状。

      您总是必须在低多边形数与支撑边缘之间做出妥协。我的目标是在第一个 SD 级别上获得干净的牙齿轮廓:

      有机艺术和逼真的皮下着色器

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      这里有一些关于拓扑的好资源:

      完成拓扑和雕刻后,我将抽取的网格导入 Marmoset Toolbag。这有助于对模型在不同照明场景下的外观有一个整体感觉。

      尽早使用 Toolbag 或 Keyshot 来找到您在细节设计阶段忽略的区域。看到一些结果也有助于保持正轨。

      知道我想在实时环境中展示模型后,我构建了一个过渡网格来混合牙齿和牙龈。否则,屏幕空间次表面散射会产生粗糙的过渡。我将介绍我如何提高这个混合网格的细节级别。

      在 ZBrush 中,您可以在空腔区域绘制一根细管来表示唾液沉积物。我们将仅将其用于烘焙目的。这样你就有了一个紧贴的凹面混合网格和一个类似于凸面形状的法线贴图。它将在您的实时渲染器中获得回报,因为您将在凹陷区域获得漂亮的镜面反射,如下所示:

      有机艺术和逼真的皮下着色器

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      紫外线展开

      您可以将网格导入3ds Max或类似的软件解决方案,以进行展开和纹理布局。我想保留 UDIM 布局,以便在不同平台上拥有生产就绪模型。我将我的子工具转到 3ds Max 以设置我的切割接缝,然后进行“快速剥离”和打包操作。然后我回到 ZBrush 使用其强大的解包器(“使用现有的外观”)。如果您想从 ZBrush 导出置换贴图,这一点至关重要。

      有机艺术和逼真的皮下着色器

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      提示:您可以从Tim Bergholz那里学到很多关于展开的知识

      纹理绘制和置换

      展开后,您可以将模型加载到Substance Painter 中以放置一些油漆。

      • 反照率

      我喜欢使用程序和手绘蒙版来创建反照率贴图。投影交叉偏振照片似乎很诱人,但当您想为另一个项目更换静脉或血管时,这会限制您。您还可以通过自己制作东西来了解颜色值和组织层。这可能不是完美的反照率,但从长远来看会有所回报。

      在早期阶段,我一直使用我的着色器运行 Toolbag。由于牙龈的反射性质掩盖了反照率信息,我夸大了颜色:

      有机艺术和逼真的皮下着色器

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      • 粗糙度

      为了在 Toolbag 中获得潮湿表面的感觉,我编写了粗糙度贴图。它在不同的层中融入了许多非常微妙的变化。我来回走了一段时间才能得到我想要的结果。牙龈的外观有很多变化,因此检查参考很重要。

      我对大多数凹陷区域(如毛孔)使用了稍强的粗糙度值,但排除了牙齿中粗糙度值较低的空腔。我在写这篇文章时一直在调整它,因为我收到了一些新的反馈。我喜欢完成项目,但自我批评和思想开放对于提高技能至关重要。

      有机艺术和逼真的皮下着色器

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      提示:在所有纹理集上创建深灰色,并将其混合模式设置为“替换”,以立即检查不同光照条件下的粗糙度贴图行为。

      • 混合网格的不透明度

      首先为该纹理集选择一个单独的着色器。您将使用“metal/rough-with-alpha-test”着色器获得完美的结果。将“皮肤着色器”应用于其他纹理集。

      在“纹理集设置”中添加一个不透明度通道,并在层堆栈底部创建一个填充层,中性法线和不透明度信息设置为零。

      现在您可以开始在顶部绘制不透明蒙版(我使用红色作为视觉反馈)。

      获得完美的结果需要一些时间,但匆忙完成这个阶段确实会降低渲染的整体质量。

      有机艺术和逼真的皮下着色器

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      提示:您可以通过纹理设置菜单导出您的蒙版,或者只需按蒙版堆栈上的人民币并选择“将蒙版导出到文件”。

      • 移位

      我从 ZBrush 导出置换贴图。

      它有一个简洁的功能,可以分析你的 substools 并平衡置换贴图以覆盖所有高值和低值。我使用Multi Map Exporter将单独的子工具合并到具有以下设置的相关 UV 平铺:

      有机艺术和逼真的皮下着色器

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      着色器

      在 Marmoset Toolbag 中,我为每个纹理集创建了一个着色器。这允许我为舌头、牙齿和牙龈使用不同的着色器设置。

      在设置 SSS 着色器和置换之前,将场景比例设置为正确的值很重要。Toolbag 提供了“Scale”和“Scale-Center”滑块,我用它们来强调置换效果:

      有机艺术和逼真的皮下着色器

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      提示:快捷键 STRG+SHIFT+J 激活快速视口,关闭要求高的计算。

      • 牙齿着色器

      Toolbag 有一个很好的次表面着色器,如果你用好的贴图支持它,它可以给你很好的结果。我使用细节法线贴图为我的烘焙法线贴图添加更多变化。牙齿天生有一种半透明的感觉,一个好的半透明贴图对实现这种效果有很大帮助。我在 Substance Painter 中烘焙了一张厚度贴图,并根据我的需要对其进行了修改。

      这是我的牙齿着色器设置:

      有机艺术和逼真的皮下着色器

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      着色模型

      我想牙齿着色器中最重要的是我设置为“折射”的反射率模型。折射率决定了光路在进入材料时弯曲或折射的程度。为您的材料赋予正确的外观至关重要。经过一番研究,我发现牙本质的 IOR 为 1.540。

      为了强调凹陷区域中较低的反射值,我向着色器添加了一个空腔贴图,并将“镜面反射空腔”滑块设置为 0.4。我将 Diffuse Cavity Slider 保持为零,因为我的 Albedo 贴图已经将红色填充嵌入到了空腔中。

      折射和镜面反射模型之间的比较:

      有机艺术和逼真的皮下着色器

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      提示:检查 Joe Wilson 和 Lee Devonald 解释的镜面反射模型:

      • 口香糖着色器

      皮肤的正确物理镜面反射值约为 0.028。那是一个很好的起点。

      我的牙龈上升到 0.07。此处应保持较低的值,否则着色器可能会产生金属效果。轻微的菲涅耳有助于销售结果。

      湿材料上的菲涅耳值不要走得太远,因为它可能会导致背离相机的表面出现一些问题。

      有机艺术和逼真的皮下着色器

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      提示:以下逼真的实时皮肤渲染技术。

      • 唾液着色器

      您可以在 Toolbag 中使用不同的透明度模式来创建多汁的唾液。

      我使用 Refraction with Dithering 方法在牙齿和牙龈之间完美融合。这些是着色器设置:

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      解释技术的结果:

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      结论

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