纹理贴图：3D 艺术家的终极指南

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究竟什么是纹理贴图？

纹理贴图应用于 3D 模型的表面，以创建重复的纹理、图案或特殊视觉效果。这些可用于定义特定细节，如皮肤、头发、衣服或其他任何东西。

有非常多的纹理贴图（我们将在本文中讨论 13 个），其中一些具有复杂的名称，可能会让人感到非常困惑。

关于模型，您需要了解的第一件事是它将与什么软件一起使用。这决定了您是将纹理贴图用于 PBR 材质还是非 PBR 材质。

PBR 代表基于物理的渲染。它自 1980 年代以来一直被使用，专为渲染令人难以置信的逼真纹理而开发。PBR使用精确的照明模型来实现这一目标，并逐渐成为所有材料的标准。

目前使用 PBR 纹理的软件包括虚幻引擎 4、Unity、V-ray、Substance Painter、jMonkeyEngine，GLTF 编辑器 -NSDT。

其他软件使用非 PBR 工作流程进行纹理处理。您还可以从这些非 PBR 纹理中获得令人难以置信的逼真效果，但您必须使用更多的设置和贴图来实现结果。

有些人更喜欢这些纹理，因为它们具有更大的灵活性和制作更抽象纹理的能力。

如果您不打算将模型移动到游戏的 PBR 引擎中，而只是将其渲染为宣传镜头，那么非 PBR 纹理贴图可以正常工作。

使用非PBR工作流程的软件示例包括Maya和3ds Max（不带V-Ray）以及Modo。

请注意，无论您是否使用 PBR 纹理工作流程，您仍然需要解开模型 UV，以便纹理按照您希望的方式运行。

PBR 纹理

PBR 纹理工作流程往往在您使用的任何软件中都是标准化的。

PBR 中使用了 10 种不同类型的映射：

1. 反照率
2. 正常
3. 粗糙度
4. 金属性
5. 镜面
6. 高度
7. 不透明度
8. 环境光遮蔽
9. 折射
10. 自发光

这些贴图加在一起，可以创建最终材质，因为它将显示在场景中的模型上。

重要的是要知道这些地图中的每一个单独做了什么，这样你就知道在寻找最佳结果时你在设置中调整了什么。

反照率

反照率贴图是整个材料的基础。

它们要么是单色，要么是您要使用的图案（例如砖块）的平面光图像。

如果您正在处理详细的纹理，那么照明是平坦的，这一点很重要。您不希望显示任何阴影，因为您的照明可能与源照片不同。

这将导致纹理的照明不一致，并使其看起来不真实。

反照率纹理的要点是定义纹理的颜色。虽然它确实也有一些次要用途。在金属纹理中，它定义了材料上反射的颜色。

正常

法线贴图对于赋予纹理深度非常重要。

这使用复杂的计算来伪造光线与材料表面相互作用的方式，以伪造较小的凸起和凹痕。

需要注意的是，法线贴图不会更改基础几何图形（请参阅本文后面的高度贴图）。

因此，一旦你超过某个视角，它就会失去效果，尤其是在更大或更夸张的上升或下降时。

法线贴图的基色是浅紫色，这是法线贴图的“底部”，表示多边形网格体的表面。

从那里，RGB 值用于在模型中产生裂缝、凸起或气孔。R、G 和 B 值等于基础网格上的 X、Y 和 Z 坐标。

如果您使用的是法线贴图，接缝是需要考虑的重要因素。

由于法线贴图会影响光照与模型的交互方式，因此它们可以使接缝非常明显。尽最大努力隐藏它们。

粗糙度/光泽度

粗糙度（也称为光泽度或微表面散射）是一张半不言自明的地图。它们定义了光线在模型表面上的散射方式。

这从零值开始，您的模型根本不会散射光，从而使材料上的反射和照明更加清晰和明亮。

另一方面，如果将粗糙度调到最大，光线将更多地散射到材料周围。这使得照明和反射在模型周围进一步扩散，但看起来更暗。

这些设置非常重要，因为现实生活中不同的材料显然具有非常不同的粗糙度。例如，木材可能具有更高的粗糙度值，因为它不是一个非常反射的表面，而抛光铬则位于该刻度的另一侧。

这些地图是灰度的，白色是最大粗糙度，黑色是光滑的光泽表面。

金属性

金属性是另一张相当不言自明的地图。它用于定义您的材料（或其中的一部分）是否为裸机。

金属贴图也是灰度的，但最佳做法是仅使用白色和黑色值，并使用粗糙度贴图在两者之间进行变化。

金属度贴图中的黑色表示贴图的一部分将使用反照率贴图作为漫反射颜色（纹理在光线照射时显示的颜色）。

白色将改用反照率颜色来定义反射的颜色和亮度，并将材质漫反射颜色设置为黑色。在这种情况下，不再需要漫反射颜色，因为该部分材料的所有颜色和细节现在都将来自反射，从而将其变成黑色。

金属度贴图的优点是它们易于使用，可以模拟真实世界的材质。

然而，在极少数情况下，它们与反照率的结合方式可能会受到限制。然而，还有另一种选择......

镜面

在 PBR 纹理中，有时可以选择使用镜面反射贴图而不是金属度贴图。

PBR 中的镜面贴图可以使用全 RGB 颜色，并影响您设计反照率的方式（或从所需的纹理包中渲染反照率的方式）。

如果要使用金属贴图制作黄铜材质，则需要在反照率中将贴图的该部分涂成黄铜色，以便反射使材质看起来像黄铜。

但是，如果您改用镜面贴图，反照率的黄铜部分将是纯黑色的，并且您将黄铜细节绘制到镜面贴图上以获得相同的结果。

这样做的好处是，您还可以使用镜面贴图来影响非金属材料上反射的处理方式，从而实现更大的灵活性和控制。

这样做的缺点是增加了这种灵活性的复杂性。精确拨入您想要的结果可能更加困难。通常，金属度贴图在某些条件下看起来同样好，甚至更好。

这基本上是个人喜好。

高度

高度贴图与法线贴图类似，因为它们用于在基础网格中添加较小的细节。

两者之间的最大区别在于，高度贴图不会像法线贴图那样伪造凸起和凹陷，而是会镶嵌网格（增加多边形数量）并将数据实际添加到 3D 网格中。

这在上图中尤为明显，在球体的外边缘，您可以看到网格在脊的位置伸出。

如果你回头看一下法线贴图，你会发现边缘仍然是完美的圆形，打破了深度的错觉。

高度贴图是另一种灰度贴图，黑色代表网格的底部，纯白色代表最高峰，灰色阴影代表介于两者之间的一切。

高度贴图的优势在于它们添加了令人难以置信的细节，在所有角度和照明条件下看起来总是正确的。但是，由于需要对模型进行镶嵌，可能会导致游戏或渲染时间变慢。

因此，法线贴图通常是首选。

不透明度

不透明度是一种重要的贴图类型，因为它允许您使材料的某些部分透明。

如果您正在制作玻璃或低聚树枝，这一点很重要。

上图显示了如何在树中使用它。

您可以在单个多边形平面上制作一整堆叶子，并使用不透明度贴图使多边形的多余部分消失。然后，您可以对这些多边形进行分层，以创建几乎不需要计算性能的逼真树。

不透明度贴图为灰度。白色是完全不透明的，黑色是透明的。灰色的阴影是它们之间不同程度的半透明性。

如果你的材料只是实心玻璃或其他完全半透明的材料，那么这里可能只使用一个常量值，而不是地图。0.0 表示不透明，1.0 表示透明（绝对值可能与此示例不同）。

环境光遮蔽

环境光遮蔽是 PBR 引擎在渲染时与反照率相结合的贴图，用于定义它对光线的反应方式。

这是一张灰度地图，白色是吸收最多光线的区域，较暗的区域更处于阴影中，对光线的反应性较小。

折射

折射是光在穿过固体、液体或气体时弯曲的过程，当您通过透明物体观察事物时，它们会扭曲它们的外观。

这种现象使放大镜能够发挥作用，并使在水下观察时看起来不同。

它是材质工作流程的重要组成部分，因为现实生活中的所有透明材质都会引起折射，因此需要对其进行复制，以使CG工作尽可能逼真。

折射图通常只是常量值。无论如何，您不想折射的模型部分很可能是不透明的，因此模型的该部分是否折射光线无关紧要。

自发光

自发光贴图（有时称为自发光颜色）是另一种在名称中解释自己的类型。

它们用于使材料的某些部分似乎发出自己的光，因此它们在黑暗区域仍然可见。

自发光可用于使小型 LED 点亮或用于一些有趣的条形照明效果。

但是，如果使用过多，则会导致细节完全消失，并剥夺场景的生机。

这些地图是全 RGB 的。它们基本上是一张反照率地图，但是为了光线。

虽然可以使用自照明贴图照亮整个场景，但这是一种不好的做法，而且比添加传统照明要困难得多。

非 PBR 纹理

非 PBR 纹理工作流程有点难写。

与 PBR 工作流程不同，这些非 PBR 工作流程在 3D 程序中没有标准化。

但是，我将讨论一些经常出现的常见问题。这些示例出现在 Autodesk 3ds Max 中，但也适用于其他 3D 软件。

漫反射贴图

漫反射贴图是反照率贴图的非 PBR 等效物。

当光线照射到材料上时，它们定义了材料的颜色。主要区别在于漫反射贴图通常不是用平面光配置文件制作的。

它可以更好地解释为将反照率贴图和环境光遮蔽贴图烘焙到一张图像中，因为阴影信息通常是漫反射贴图的一部分。

凹凸贴图

凹凸贴图是法线贴图的一种更基本的形式。

法线贴图使用全 RGB 来近似空间的所有 3 维，而凹凸贴图是灰度贴图，只能在向上或向下方向上工作。

当贴图环绕基础网格时，它仍然会在网格的每个方向上出现凸起。

结果不如现代法线贴图准确，因此凹凸贴图在行业中不再使用。

反射

由于缺少金属度设置，非 PBR 工作流程使用反射贴图。

这些通常是类似于 PBR 折射的常数值，它们的颜色和强度由镜面贴图控制。

所以，在所有这些例子之后，希望你已经学到了很多东西！这几乎是您开始在工作中使用纹理贴图所需了解的有关纹理贴图的全部信息。