次世代游戏贴图的概念和制作

xielj18

作者简介:erachen，维塔士公司高级美术经理。

次世代贴图和传统贴图的比较：
造成差别的主要原因有两点，一是由于图像技术的突破，二是贴图数量的提高。这两个因素使得次世代贴图在发挥上有了更大的空间。

图０１：传统贴图
1．彩色贴图肩负多重责任，高光阴影、深度的三维效果都要同时透过贴图表现出来。
2．高光和阴影不会因光源方向的变换而改变。
3．贴图尺寸小，为了节省贴图，所以用四方连续来贴满整面墙，容易看出有重复，影响画面品质。
4．细节均匀，因为需要大量的四方连续的关系，所以不能有特别突出的细节。
5．整体的立体感较弱，传统贴图只能表现比较缓和的高光和阴影，太强调贴图本身的光影会对游戏场景里实际光源的打光效果产生干扰。

图０２：次世代贴图
1．除了彩色贴图之外，还有法向贴图（normal map）、高光贴图（Specular map），有的还用凹凸贴图（bump map），是几张贴图组合成的一套贴图。
2．高光和阴影可以随光源方向的变换而有相应不同的光影效果，有了法向贴图（normal map）、高光贴图（Specular map），透过贴图上所提供的信息，即可以随着光源的方向的不同而做相应的光影效果运算，
3．高精度的贴图画面，贴图尺寸比较大，四方连续的次数少了，可以加入更多独特的细节
4．很好的三维效果．透过法向贴图（normal map）、高光贴图（Specular map）、凹凸贴图（bump map）的组合可以产生很多微妙的立体细节变化。
5．丰富的贴图细节，以前因为贴图限制而无法深入的细节现在可以有进一步的发挥。
什么是次世代的贴图
次世代贴图是由彩色贴图（color map）、法向贴图（normal map）、高光贴图（Specular map）、凹凸贴图（bump map）的组合而成的一整套贴图。每个部份所发挥的功能说明如下：

图０３：彩色贴图是材质本身的颜色信息
法向贴图（normal map）记录了贴图里每个像素的法线方向，它不能当成一般的贴图来看，它记录了图面上每一个像素的法线向量数据

图０４：本贴图因为游戏上的需求，所以需要将normal的凹凸反转。
高光贴图（Specular map）记录了贴图细节的高光及受光度，这个贴图跟法向贴图是互相搭配的，图面上的立体的效果其实是靠高光体现出来的，高光贴图可以针对局部高光做结构上的突显和强化，达到更真实的视觉效果（针对高光贴图在下面的文章中做进一步的说明）。

图０５
凹凸贴图（bump map）是透过灰度贴图来得到细节实际凹凸的信息，然后在三维空间中进行准确的位置运算，有一点需要提醒的是，如果贴图中有比较明显的凹凸才需要用到凹凸贴图。如果凹凸不太明显则用凹凸贴图的效果并不大。

图０６
法向贴图和高光贴图的原理和作用
对于上面提到的四种贴图，很多的读者可能会对法向贴图（normal map）及高光贴图（Specular map）比较陌生或是只有一个模糊的概念。针对这两种贴图，我们谈谈它的基础运算理论，在不提及运算方程式的前提下，做一个比较直观的说明：

图０７
模型面受光度的判断
在绘图程序里一个模型平面的受光度如何来判断呢?，如果以0~1的程度来算，0是最暗，1 是最亮的话，两个向量长度是1的向量相乘的结果就决定了这个平面的亮度。所以当入光向量和模型上的平向夹角的小的话，表示这个模型面直接面对光源，所以会很亮见（下图０８）, 反之，如果夹角大的话，表示模型面不直接面对光源，所以会比较暗，当然如果是背光的情形的话，两个向量相乘结果小于0，就会是全

图０８

图０９
法向贴图和受光度的关系
法向贴图的作用就是把面上的法线方向利用贴图提供的信息来改变其方向，我们可以把贴图里的每一个像素都当作是模型上的一个平面，用RGB三个原色记录了每个像素的法线方向的（x、y、z）值，自运算时先读了模型的法线方向之后，再用法向贴图上的RGB也就是（x、y、z）值算一次。

图１０
图中黑色的箭头表示模型的法线方向，灰色的表示法向贴图（normal map）上相应像素位置的法线方向。原本每个模型面只会有一个法线方向，现在在同一个平面上，不同的贴图位置现在可以有不同的法线方向，所以在受到同一个方向的光源时也会因法线方向的不同而有不同的亮度（见下图１１）。

图１１
在此，游戏贴图上的法线方向已经不再是传统定义中垂直于平面的法线了，这点请一定要注意，不要弄混了。

图１２
上图是由一张法向贴图上针对其中的一个像素的法线方向做的分析，（这只是一个概念性的说明，可能会和程序上实际的运算的数值和流程会有点偏差）。
有些不了解这个原理的美术人员可能会试图在Photoshop里直接修改，事实上这几乎是不太可能的事，因为它并不是直观的彩色贴图，与其说它是贴图，不如说它是储存数据的数组。
法向贴图（Normal map）的生成
法向贴图的生成方法有两种，一个是通过三维软件的功能（Maya里是透过surface sampler, Max是透过Render to texture）把同一个模型的高低版本的模型对在一起后把高模的细节生成法向贴图记录下来，另一个方法是通过Photoshop 里 NVIDIA 提供的nvtools，把灰阶的bump贴图提供的高度信息，转成法向贴图。

图１３：灰阶所形成的高度关系转换成法线角度
在bump贴图里．亮部（浅色）是代表比较高的位置，相对的暗部（深色）就比较低，就是利用这种高低关系来换算出每个像素位置的相对高度，然后针对这个高度关系所形成的曲面算出其相应位置的法线角度，进而转换成法向贴图。

图１４：法向贴图中相对应的像素所记录的法线角度
有一点需要特别提醒的是，一旦生成了法向贴图，不但无法用手绘的方式去针对细节上做任何改变，也无法把法向贴图转回灰阶的凹凸贴图。
高光贴图的原理和作用
高光贴图在定义上是针对某特定的角度范围反光，而不是全范围的漫射光。基本上高光的亮度是取决于面的法线方向和摄像机和光源的平均方向，除此之外，高光贴图还可以反映不同的材质，例如金属的反光范围较小，比较接近全漫射光，而且高光还可以体现结构的光滑程度。

图１５
由于需要考虑的因素较多，高光贴图如果直接由凹凸贴图或彩色贴图去色直接生成，都无法准确地反映细节上的细致程度，所以高光贴图还是需要一定程度的手绘来加强其效果。
次世代贴图的制作流程
1．选择一张好的贴图来源图片，可以对高质量的贴图产生事半功倍的效果，以下是几点需要注意的：

图１６
a．来源图片精度大于我们最后想要的贴图精度
b．来源图片的光源不能太亮或太暗，最能准确保留材质颜色的层次和细节的是在一个明亮的阴天，如果是大太阳天，亮部会因为曝光过度而失去了颜色的彩度，而且会有很多的过度受光和阴影需要处理掉，如果是阴暗的天气，同样的材质的颜色会失去它的彩度，尤其是暗面，会因为过暗而失去它的细节。
c．来源图片没有太大的透视角或变形，照相机的镜头用的镜片本身就不是平的镜片，所以照出来的图片多多少少都会变形，如果变形过大，要调平整的话，会牺牲掉来源图片的画质。
d．来源图片本身就有丰富的细节内容
2．对图片做处理及裁剪
a．将图片拉平整，把透视变形修正。
b． 将图片大小以游戏的规格切割，一般都是2的幂方象素为长宽的基准

图１７
c． 做成四方连续的贴图，并拿掉过于明显会很容易看出重复的的细节

图１８
通常在这个阶段我们还不会针对彩色贴图的高光阴影部份进行处理，因为我们需要这些高光阴影来提供图面的高度信息，用以做为下一步雕高模凹凸时的参考。
3．用z-brush把细节用模型雕出来——生成法向贴图（Normal map）用
早期的一些法向贴图的制作是用Photoshop的插件直接将彩色贴图去色来完成，这种做法会使法向贴图的质量有很大的损失，所以现在往往直接用高模生成法向贴图。Z-brush 是一个很好用的工具，可以很快地把高模建出来。

图１９：在z－brush建出一个方块平面，然后细分

图２０：将彩色贴图贴在方块上

图２１：把图片上的凹凸雕出来

图２２：完成整张贴图，在边缘的部份的四方连续处理的方法利用并排的两个完成方块修或在Photoshop修凹凸贴图。

图２３：导出法向贴图和alpha通道贴图
先导入在z－brush的材质文件夹中导入NormalRGBMat这个材质，会发现模型变成法向贴图的颜色，然后再用MRGBZGrabber工具把图片截下来，然用Export的方式导出图片（生成法向贴图时我们并不是直接用截下来的法向贴图，而是用生成的alpha 通道贴图再在Photoshop转换）。

4．生成法向贴图
我们利用截下来的alpha通道贴图做进一步处理，其实alpha通道贴图就是凹凸贴图，我们可以利用凹凸贴图做一些进一步的图像编辑。
先把凹凸贴图的接缝处理掉：

图２４：
加入细部纹理，用彩色贴图去色，以1%~5%的透明度迭在凹凸贴图上，利用Photoshop的nvtools的插件将灰阶的凹凸贴图转成法向贴图（如图２５）。

图２５

5．制作高光贴图
制作高光贴图需要将来源贴图去色，过滤出高光的部份。注意凹凸贴图所提供的凹凸信息，凸起的部份本身受光度就比较高，凹下去的地方不太受光，将这两个贴图适度的条整对比度后迭加，然后因材质的不同整体调整灰度来区别其受光度，再针对特定的细节或结构转角局

图２６

6．完成彩色贴图
彩色贴图不能带高光阴影，如果彩色贴图有带高光阴影会干扰游戏景中实时的光影效果，所以高光阴影需要去掉。

图２７

7．检视结果
在Maya或Max里建一个四方平面，以Maya为例，把彩色贴图放在color通道，把法向贴图放在bump通道，把高光贴图放在Specular Color通道，就可以看到结果，如果对结果不满意就再回头再调整一下相应的贴图。

图２８

高质量的次世代贴图需要符合的几个条件：

图２９
颜色贴图：
应该用很高精度的图片来源制作，不但要高精度，而且还要有丰富的细节，要尽量可以四方连续以达到最高的利用率，贴图的精度必须符合制作上的需要，在选用图片来源时如果精度不够会使贴图的细节达不到要求。
高光贴图：
高光对强化凹凸贴图和法向贴图的凹凸感有很大的帮助，可以创造出更真实的感觉，通常手绘高光贴图会比直接用Photoshop转的更好。
法向贴图（Normal map）：这是从贴图上增加细节而不是直接把高精度的3维模型放在场景中。因此它是很耗资源的，需要有效的利用，它和其它的法向贴图连续融合在一起会更好。
次世代的贴图相当强调真实度，它所要营造出来的是一个虚拟的游戏世界，用来构建这个想象世界的元素需要和真实的世界有一定的关联，美术人员除了要有很好的审美能力之外，还要对这个真实世界的细节有很好的观察力，把有趣的元素和细节表现在贴图上。

xielj18

看到就转过来~

希望对大家制作MOD有帮助~

joycejoyce

很好~~~学习中~~~~最近刚好在研究法线帖图~~~

pwch

研究中
这个有用
帮顶
20
保护光驱
exe
我没有

liujing906qd

这个....貌似很久之前看过...

FLZ012

慢慢学……………………………………………………………………

ct108164

技术文章。。纯支持。。

ozbvip

支持一下，谢版

yahoo2008p

MOD菜在此学了一手。

freeriver

见到技术贴就是一顶！
202020

awdqsxzc

原来有这么多的讲究...

看来在下只是止步于[ MOD  控]
还远远不是
[制作 MOD 控]...

wyhdtc

技术帖阿，感谢版主分享...
话说看到2楼的回复寒到了....正准备膜拜的说.......

jesuscj86

外行看热闹 纯顶~~~~~~~~~~~~~~~

xiaozcs

对法线有了新的了解，谢谢LZ
玩老滚4的时候才知道贴图是很多层的。汗

御用女皇

进来了解下.







.

中华英魂

哎呀呀~哎呀呀~此等好贴真是让尔等吓得P滚尿N失了魂也!!!冲破20字补丁的黑色围墙,我们愿,愿把这帖子顶穿!!!

woodding

学maya动画的路过...

Paladin-F

顶完再看。。。。挺长的

steven198703

技术贴技术贴……

哇哈哈~~~~~

terryzxc1

其实3DS9以上都自带了。。。
如图