🤶🏻 ☝️ 👨🏻‍🎓 如何将着色器从游戏引擎转移到Substance Painter 🛀🏽 🤦🏿 🐈

我叫Taras Uleisky，我是Plarium Kharkiv的技术艺术家。为了在移动设备上优化Survival RPG的图形，我们使用了自定义着色器。它们涉及使用独特的纹理和贴图，与其他流行的着色方法中的纹理和贴图不同。因此，对于3D艺术家来说，如何为游戏中的资产创建这些纹理尚不完全清楚。为了立即了解3D模型在纹理化阶段在游戏引擎中的外观，我将着色器移到了Substance Painter。目前，Substance Painter中几乎没有API资料，我自己研究了此主题，因此我决定分享自己的想法。

Unity着色器

游戏使用matcap底纹。除了通常的diff纹理之外，还将两个预先创建的Matcap纹理转移到着色器中。它们分别使用两个蒙版进行插值和模糊处理。结果，Matcap纹理乘以漫反射和假眩光，并在材料上看到反射。

下面的示例显示了如何在着色器图中实现Matcap。在这种情况下，将两个Matcap纹理打包为一个并划分为通道。即，通道R和G中分别为金属和非金属。

通过检查器插入两个Matcap作为示例。

结果与PBR着色中的金属和非金属有一定的类比。

我们想增加材料的粗糙度和污垢，以在PBR着色中创建某种粗糙度类似物。为此，我们使用了纹理化方法。MIP映射。一连串的纹理创建了所谓的MIP金字塔，其最大分辨率为1x1。例如：1×1，2×2，4×4，8×8，16×16，32×32，64×64，128×128。这些纹理中的每一个都称为MIP级别。要基于遮罩逐个像素地在着色器中实现磨损，您需要选择所需的MIP级别。结果是这样的：蒙版上的像素为黑色，在Matcap上选择了最大MIP级别，而像素颜色为白色，则MIP级别为0。

因此，着色器可以模拟反射和高光，增加光的粗糙度和磨损。而且，所有这些都无需使用Cubemap，复杂的照明计算和其他可显着降低移动设备性能的技术。

设置Substance Painter以创建着色器

Substance Painter中所有可用的着色器均以GLSL编写。
具体来说，要为Substance Painter编写着色器，我使用了免费的VS Code。对于语法突出显示，最好使用VS Code扩展的Shader语言支持。

Substance Painter中有关API的资料很少，因此在“ 帮助/文档/着色器” API中找到的标准文档是无价的。

有助于编写着色器的第二件事是Substance Painter中的标准着色器。要找到它们，请转至... / Allegorithmic / SubstancePainter /资源/架子/ allegorithmic /着色器。

让我们尝试编写最简单的不显示明暗器的着色器。首先，创建扩展名为.glsl的文本文件，并编写一个简单的着色器。也许，虽然还不清楚，但我将在Substance Painter中进一步详细介绍着色器的结构。

创建一个新项目，并将着色器拖动到您的外壳上。在“ 将资源导入到”下拉列表中，选择项目“ project_name”。

这是必需的，以便可以更改所有更改。

现在转到“ 窗口/视图/着色器设置”，然后在出现的窗口中选择新的着色器。您可以使用搜索。

如果您看到整个模型是白色的，并且可以在上面绘制基础颜色，那么说明您所做的一切正确。现在，您可以保存项目并转到下一部分。

如果模型是粉红色的，则很可能是着色器中有错误-有关此情况的通知将出现在控制台中。

在Substance Painter中构建着色器

以前面描述的未照明着色器为例，考虑着色器的结构。

着色方法是着色器的基本部分；没有该方法将无法使用。内容将在3D模型中显示。所有最终的计算都通过diffuseShadingOutput（）函数输出。

第3行和第4行分别创建一个参数和一个变量。该参数将基础颜色通道与将在其中存储绘制的纹理的变量相关联。所有参数在帮助中都有详细说明，在使用基本色的情况下，应按照示例中的说明进行所有说明。第8行在3D模型的uv坐标中布置纹理。我注意到，对于具有基本色的纹理，将使用稀疏虚拟纹理系统，因为该库与第一行连接LIB-sparce.glsl。

您可以找到许多Matcap的实现，但是其要点是模型的法线指向摄像机，并且纹理沿x和y轴旋转。为了使法线向摄像机旋转，我们需要视图矩阵或矩阵类型。您可以在上述证书中找到一个。

因此，这些是与基色相同的声明名称。现在我们需要获取3D模型的法线。

零是向量的第四个元素。

将视图矩阵与法线向量相乘将使法线向摄像机扩展。

不要忘记，在矩阵相乘时，因子的顺序很重要。如果更改乘法顺序，结果将有所不同。

现在，您可以从viewNormal创建uv坐标。

现在该挂上matcap纹理了。

在这种情况下，该参数将在着色器界面中创建一个纹理字段，并且如果项目具有名称为“ Matcap_mip”的纹理，则Substance Painter会自动将其拉起。

让我们检查发生了什么。

在此，Matcap的纹理将在新坐标中扩展，并在输出处与基本色相乘。我要注意一个事实，Matcap纹理是通过texture（）函数扩展的，而Base color是通过textureSparse（）函数扩展的。这是因为通过着色器接口指定的纹理不能为SamplerSparse类型。

结果应如下所示：

现在添加一个将两个Matcap混合使用的面膜。为了方便起见，在一个纹理中添加两个Matcap'a，将它们分成多个通道。结果，两个Matcap纹理将分别位于通道R和G中。

结果将是这样的：

让我们开始向着色器添加蒙版。原理类似于添加基色。

用参数中的user0替换basecolor值就足够了。

现在，在像素着色器中获取遮罩值，并混合使用matcap纹理。

此处，在掩模中仅使用R通道，因为它将是黑白的。两个matcap通道使用mix（）函数（在Unity中类似于lerp ）进行混合。

让我们更新着色器并在界面中添加自定义通道。为此，请转到“ 窗口” /“视图” /“纹理集设置”，在Channels标题附近的窗口中，单击加号，然后从大列表中选择user0。

该频道可以叫任何您喜欢的名称。

现在，在此通道上绘制，您可以看到两种Matcap纹理是如何混合的。

Unity的着色器还使用了Matcap的法线贴图，该贴图是从高多边形模型中烘焙而来的。让我们尝试在Substance Painter中执行相同的操作。

要对法线使用所有操作，您需要连接适当的库：

现在，我们连接法线贴图。在Substance Painter中有两种：一种是通过烘烤获得的，另一种是可以绘制的。

根据参数，您可以猜测channel_normal是法线贴图，可以根据该贴图进行绘制，而texture_normal是-烤法线贴图。我还注意到，变量名称texture_normal嵌入在API中，您不能自行决定对其进行命名。

接下来，在像素着色器中解开卡的包装：

然后，我们混合法线贴图和模型顶点上的法线。为此，在上面连接的库中，有一个normalBlend（）函数。

首先，我们混合两个法线贴图，然后混合法线。尽管混合顺序并不重要。

法线朝相机注视方向的旋转将如下所示：

然后您将无法更改任何内容，一切将保持不变。应该是这样的：

如上所述，在这种情况下，需要进行贴图映射以模拟磨损，例如PBR着色中的粗糙度卡。但是主要的问题是，没有为纹理生成Mip卡中的金字塔，而是从着色器接口传输了纹理，因此glsl的textureLod（）方法将不起作用。可以采取另一种方式，通过混合使用Matcap的方法，通过用户通道加载Matcap纹理。但是，纹理的质量将大大降低，并且会出现奇怪的伪像。

另一种解决方案是创建MIP卡金字塔在Adobe Photoshop或其他类似的编辑器中手动进行操作，然后选择MIP级别。金字塔的建造非常简单。有必要从原始纹理的大小开始-在我的情况下是256x256。我们创建一个大小为384x256（384，因为256 + 256/2）的文件，现在我们将原始纹理减小一半，直到其大小为一个像素为止。缩小纹理的所有版本均按升序放置在原始纹理的右侧。结果应该是这样的：

现在，您可以开始编写一个函数，该函数将根据蒙版上每个像素的颜色查找金字塔中每个纹理的坐标。

最简单的方法是将将为每个纹理计算的uv坐标存储在数组中。数组的大小将确定为log2（高度）。我们需要原始的uv，因此我们将它们添加到function参数。要确定要在特定像素上使用哪个数组元素，请向function参数添加级别。

现在，为原始纹理计算uv，即裁剪那些多余的128像素的宽度。为此，将x坐标乘以⅔。

要使用金字塔中其余的纹理，您需要找到图案。当我们从纹理创建金字塔时，我们可以注意到，每次纹理都比以前的尺寸缩小一半。也就是说，纹理大小减小多少倍，您可以通过将MIP级别的幂提高2来确定。

事实证明，如果选择级别（例如4），则纹理将减少16倍。如uv坐标从0到1确定，然后需要规格化，即1除以纹理减少的次数，例如1除以16。

使用获得的size变量值，可以计算特定MIP级别的坐标。

的大小紫外线是在以相同的方式作为纹理的尺寸减小。在x坐标处，纹理始终偏移⅔。 y坐标偏移可以定义为每个级别值的大小变量的所有值的总和。也就是说，如果值是level = 1，则y坐标中的uv将偏移0个像素，而如果level = 2，则偏移将是纹理高度的一半-128个像素。如果等级= 3，那么移位将显示为128 + 64像素，依此类推。可以使用该循环获得所有移位的总和。