【流程向】模型复原与Unity渲染

项目简述

简单记录下学校里的一个项目，涉及到对/何家村遗宝/的模型复原，记录一下模型制作的全流程，同时涉及到Unity中一些优化画面的技术点。项目中渲染效果优先，没有怎么考虑性能。

流程：Blender高低模与展UV -> Substance Painter贴图制作 -> PS贴图编辑 -> Unity渲染

Blender高低模与展UV

此次项目之前DCC使用的一直是C4D，借着这次机会学习了一波Blender，这部分涉及的内容均是一些备忘技巧。（参考视频在后面）

一些好用的Add-ons，从名字应该能大概了解到用途：

Object: Bool Tool;
Mesh: LoopTools;
Mesh: AutoMirror;
Import-Export: Import Image as Planes;

Object关于平面镜像（无修改器）：

Shift+C，游标归位原点
选中被镜像的物体，Shift+D复制
Pivot Point设为3D_Cursor
选中复制出来的物体，Control+M，拖动鼠标中键镜像

内置雕刻笔刷的适用情景（个人习惯）

Blob -> 可用于浮雕等凸起平面，反向凹陷
Pinch -> 捏边，增加细节，及时Control+R平均布线
Grab -> 大体修形
Inflate -> 对凸起内容进行膨胀，鼓起，增加体积，反向同理
注意：使用Layer、Clay等笔刷时小心模型背面，如果太薄可能编辑前面时同时受到影响。

Blender工作流

首先低面体建模之前设置一下视图的渲染，有效提升幸福感（确信

好像比较规范的高低模工作流是使用Multi-Resolution Modifier，因为没有来得及细研究，并且项目只涉及到引擎用的低模和烘焙用的高模，所以对于上面的牛来说，直接由高模添加Remesh修改器，使用其中的Sharp项更好的保留细节；对于左边的马来说，主体部分直接使用低面体加表面细分修改器作为低模，雕刻信息交由贴图烘焙。

UV展开的比较草率，尽量保证了接缝处在看不到的地方，并没有苛求通过缩放来最大程度填满uv，painter里直接出高分辨率贴图来填补，也没有管uv拉伸的程度。此外，由于UV组还没有搞明白，像是牛鼻子这些部件实际上是另外的一个模型，本质上在Unity中一个模型Prefeb里是由好几个分开的mesh组成的。

雕刻部分应该只是刚能雕出东西的水平。。上面的马高模细节并没有很多，却搞了700万个顶点出来，进入雕刻模式要卡一下，要是手滑Tab进了编辑模式要20G的内存占用，M1Pro的16G内存可以说是完全不够用，疯狂Swap，一个星期没关机看硬盘读写有1.4T。。

Substance Painter 贴图制作

绘画流程对于一个不会美术的人来说可以说是很痛苦了，好在大多可以通过一些讨巧的手段获得还不错的效果。以下面这个马的主体为例。

这个壶的主体是一个没有什么细节的简单模型，直接使用雕刻好的高模主体烘焙贴图，会得到与马有关的Normal，AO，Curvature，Thickness等信息。不过注意，此时AO是不会像上图中一样有链条等遮挡信息。保存当前的AO，单独导出一个包含所有部件的模型并烘焙AO，得到链条等AO信息，再将两张图在PS中变暗处理即合成最终AO。

过程中还遇到另外一个问题，以下面这个低模高模均没有雕刻细节的壶盖举例。这个模型上表面的花瓣形状的凸起是新建带有Height信息的图层，并加以遮罩实现的，所以由高模烘焙的法线和曲率贴图并不存在这个信息，智能材质也就不能据此来创建磨损等细节。

解决方法是直接导出法线贴图，也就是将高度信息烘焙到法线上去，然后再将得到的法线贴图放入烘焙贴图的槽内，最后去除为烘焙指定的高模，只勾选World Normal，Curvature，AO即可以当前模型的法线进行烘焙了。同样的原理也用在了下面这些小狮子的制作，十几只形态各异，而书中给了轮廓描边，于是将它们转换成贴图倒入SP，再进行了上面的操作。

此外其他的几个注意点：

低模在导出的过程中注意在Blender里设置为Shade_Flat，不然导进Painter里也不是平滑的。

由于金属部分在Unity中直接使用了Standard Shader，所以自己进行了输出贴图配置。

Unity模型渲染

最终效果展示比较简单，主要是向着这个视频中的交互，仅仅涉及到天空球的切换和旋转观看文物，所以这部分主要围绕天空盒的更换以及天空盒对物体的受光展开。

玉石Shader

制作的这几个模型中，大部分都是金属材质，可以直接使用Unity的Standard Shader，可以根据启用不同的Reflection Probes呈现出不同的受光效果。不过为了做这个玉的效果，很自然就会想到SSS，Unity资源商店发现了付费的Shader，不过对于玉石这种并没有很透的物体，又查到了DICE模型的实现，在将示例的Surface Shader整合到和庄懂老师学习的Shader中，得到了这个玉石Shader。

这部分的Shader分成两个Pass，第一个Pass处理环境光照和直射光，使用Phong光照模型完成基础光照，使用球谐光照作为环境光源，采样unity_SpecCube0作为环境反射。

可以看到下面代码中环境光反射部分尝试了指定Cubemap贴图、指定Hdr贴图的方法，最后找到了unity的api，果断用Reflection Probe最香。

float4 fragOne(VertexOutput i) : COLOR
{float3x3 TBN = float3x3(i.tDirWS, i.bDirWS, i.nDirWS);float3 nDirTS = UnpackNormal(tex2D(_NormTex, i.uv0)).rgb;// 切线空间法线float3 nDirWS = normalize(mul(nDirTS, TBN));                        // 世界空间法线 float3 vDirWS = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.posWS.xyz);  // 世界空间视线float3 vrDirWS = reflect(-vDirWS, nDirWS);                          // 视线反射方向          float3 lDirWS = _WorldSpaceLightPos0.xyz;                           // 光线方向float3 lrDirWS = reflect(-lDirWS, nDirWS);                          // 光线反射方向float ndotl = dot(nDirWS, lDirWS);                                      float vdotr = dot(vDirWS, lrDirWS);float vdotn = dot(vDirWS, nDirWS);float3 var_MainTex = tex2D(_MainTex, i.uv0).rgb;float var_AOTex = tex2D(_AOTex, i.uv0);// 环境光反射部分//Cubemap反射// float3 var_Cubemap = texCUBElod(_Cubemap, float4(vrDirWS, lerp(_CubemapMip, 0.0, var_SpecTex.a))).rgb;//手动全景贴图反射// float3 dir = mul(RotationY(_Rotation), vrDirWS);// float2 uv = float4((atan2(dir.x, dir.z) / UNITY_PI + 1.0)*0.5, 1.0-acos(dir.y) / UNITY_PI;// float3 var_SkyTex = tex2Dlod(_SkyTex, uv, 0.0 ,lerp(_CubemapMip, 0.0, var_SpecTex.a)))//采样Reflection Probe反射float4 var_specTex = UNITY_SAMPLE_TEXCUBE_LOD(unity_SpecCube0, vrDirWS, 0.0);// 光照模型(直接光照部分)float3 baseCol = var_MainTex.rgb;                   // 模型基色float lambert = max(0.0, ndotl);                    // 兰伯特模型float phong = pow(max(0.0, vdotr), _SpecPow);       // Phong高光float shadow = LIGHT_ATTENUATION(i);                // 接受的Shadowfloat3 dirLighting = (baseCol * lambert + phong) * _LightColor0 * shadow;// 光照模型(环境光照部分)half3 envCol = ShadeSH9(float4(normalize(nDirWS.xyz), 1.0));// 球协环境光float fresnel = pow(max(0.0, 1.0 - vdotn), _FresnelPow);          // 菲涅尔float occlusion = var_AOTex;                                      // 采样环境光遮蔽float3 envLighting = (baseCol * envCol * _EnvDiffInt + var_specTex * fresnel * _EnvSpecInt) * occlusion;// 返回结果float3 finalRGB = dirLighting + envLighting;return float4(finalRGB, 1.0);
}

第二个Pass模拟SSS效果，根据Thickness贴图提高模型局部亮度，代码透明部分参考GDC2011发表

float4 fragTwo(VertexOutput i) : COLOR
{float3x3 TBN = float3x3(i.tDirWS, i.bDirWS, i.nDirWS);float3 nDirTS = UnpackNormal(tex2D(_NormTex, i.uv0)).rgb; float3 nDirWS = normalize(mul(nDirTS, TBN));                           float3 vDirWS = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - i.posWS.xyz); float3 var_MainTex = tex2D(_MainTex, i.uv0).rgb;float3 lightDir = _WorldSpaceLightPos0 - i.posWS;UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, i, i.posWS.xyz);half3 transLightDir = lightDir + nDirWS * _Distortion;float transDot = pow(max(0, dot(vDirWS, -transLightDir)), _Power) * _Scale;fixed3 transLight = (atten * 2) * (transDot + tex2D(_AOTex, i.uv0)) * tex2D(_Thickness, i.uv0).r * _SubColor.rgb;fixed3 transAlbedo = var_MainTex * _LightColor0.rgb * transLight;return float4(transAlbedo, 1.0);
}
ENDCG

天空盒同步Reflection Probes

为了实现了为了实现视频中天空盒切换的效果，可以分为切换Skybox Material，以及切换场景中当前启用的Reflection Probe两部分。

第一部分开始想的是只针对一个Material，把它设置为Skybox Material，更改它的_MainTex贴图，但貌似要开hdr贴图的read/write enable，还是选择了每个Hdr贴图配置一个Material，还可以分开调曝光。而在代码里直接给 RenderSettings.skybox赋值Material对象就行了。（Hdr来自HDRIs • Poly Haven）

第二部分对每一个Skybox要进行一下Reflection Probe的烘焙，这里有个坑，注意一下Reflection Probe的类型，并不是多建几个Probes分别在不同天空盒下Bake一下就好了，经常会在启动后或者再烘焙别的什么Probe的时候，当前Probe的光照就变了。正确的做法是设置为Custom然后为其指定为已经烘焙好的Cubemap了，然后再启用不同的Probe就可以控制物体的反射。

后处理 Post Processing

最后再简单的使用PostProcessing stack v2处理一下大概的效果如下，在运行中更改天空盒。

参考

故宫文物虚拟仿真展示 unity制作与渲染非HDRP(2016年制作) 3D扫描建模玉石3S材质模拟 3D交互_哔哩哔哩_bilibili
庄懂-BoyanTata的个人空间_哔哩哔哩_Bilibili
一小时等于5年blender低模建模经验，不香吗？_哔哩哔哩_bilibili
HDRIs • Poly Haven
https://www.slideshare.net/colinbb/colin-barrebrisebois-gdc-2011-approximating-translucency-for-a-fast-cheap-and-convincing-subsurfacescattering-look-7170855