法线贴图应用流程中的经验总结

摘 要：本文主要以常州清代篦箕巷三维虚拟制作为例，从建模、UV展开、光滑组设置、Normal-Map获得等几个方面，详细阐述了次世代场景制作中，有关法线贴图合理使用中的相关经验，希望对同行有所启示。

关键词：建模；UV展开；光滑组；法线贴图

篦箕巷又称“花市街”，位于常州城西古运河北岸，紧临运河。由于常州自古以来就一直以制作篦箕和木梳而闻名，素有“宫梳名篦”和“常州梳篦甲天下”的盛誉。而这里整条街的人家都以制作梳篦为生，故乾隆南巡在此附近的毗陵驿登岸进城时，见沿街尽是生产和销售梳篦的作坊和店铺，便将此地赐为“篦箕巷”。篦箕巷3D模拟主要是借助次世代游戏场景制作技术完成，而次世代游戏场景制作技术又以法线贴图使用为核心，故本文以篦箕巷制作中的相关经验为主，分析了法线贴图在使用过程中的一些关键影响因素。

1 建模

次世代场景制作。首先，要求模型布线应该合理，这不但方便后面的UV展开，而且还方便后面的模型优化。次世代风格的场景建议从中间模型或者高模做起，并且要尽量节省，每个点、每条边都要有存在的意义，不需要所有的部件都在一个模型上建立出来，可以考虑用组合方式来制作，对于需要Normal Map来制作的要根据模型结构来决定，结构比较明显的最好用模型来制作。那么什么样才是结构明显呢？这可以在制作场景或物件的时候，设定一个尺寸，比如说10cm，那么超过10cm的需要模型来制作，低于10cm的用normal map来制作，这样会比较好控制模型的制作，也能准确地判断今后的贴图制作。

其次，在UV展开之前，必须确定多边形物体是干净的，整个场景是组织有序的，可以通过物体命名和分层来管理它们，而且注意使用outliner、delete History等工具和命令来删除场景中不需要的节点。

再次，是要确保多边形物体在結构上没有错误，如可以通过执行cleanup命令进行检测后进一步优化场景。为了确保所有的多边形有正确的设置，可以使用backface Culling再看一下定位是否正确。下图展现的是一些最为常见的多边形模型出现错误的表征：

2 UV展开

UV是为贴图所存在的，贴图精度要符合项目要求所需要达到的分辨率，可以使用Checker（棋盘格）图来进行检查，而要避免物件之间分辨率有过大的差异。同时，UV的分法有很多，但目的是要UV在不拉伸的情况下，以最大的像素来显示贴图，如果不用数字型checker，那么用带有颜色偏向的checker也可以达到目的。接下来则是将展好的UV进行重新布局，英文称为Layout，其真实含义就是指各需要绘画的部份在PS软件的画布上是如何被安排的。

为场景贴图的绘制进行区域规划，可以在PS中完成，也可以在手稿完成，但整个模型的UV部局应尽可能紧凑，并且大面积的模型表面要比小面积的模型表面在UV上将占用更多的空间。同时，将贴图像素与模型场景大小之间维持一个统一的比率，如二者之比为128像素/米。

3 光滑组

光滑组定义了是否以边缘清晰或边缘光滑的方式来渲染曲面。如图6示意：

没有添加光滑组的模型即使使用了normal map，看起来也会让人觉察到是低模，特别是在面与面的转角处非常锐利。而模型一旦使用了光滑组，再通过normal map来扰乱法线，则会使模型看起来更像是高模。

光滑组的使用还涉及到模型点数的问题，有些项目会要求模型以点数来计算，而光滑组的使用会影响到模型点数的增加，这应根据项目不同要求有所不同。如果同时有3个或4个垂直90°的面连在一起，会显示有黑的三角，要根据具体情况把UV给断开，同时UV要拉开一些距离。Maya中的光滑组就是分软硬边，UV断开的线为硬边，其它为软边就OK。图7展示的是在Maya中模型在Harden Edge与Sofen Edge模式下渲染的不同：

4 法线贴图的获得

法线贴图（Normal Map）制作的顺序不太一样，对于一般物件来说直接使用高模烘焙最常见。如图8所示：

Normal Map烘培有很多种方法，如直接在Maya或Max中进行，可以从Zbrush或MudBox中进行，也可以借助第三方软件xNormal来进行。烘培后如果测试法线贴图出现问题，则应重点检查以下几项：首先，低模法线是否正确；其次，低模光滑组（软硬边）设置是否正确；另外，在烘培中要注意高低模型的匹配，低模的Envelop要包裹高模；再次，共用的Normal的UV不可镜像，烘培时需要把重叠的UV移开，同时垂直90°的三个面或更多UV相连，在烘培Normal Map时会有黑边，故应该先把UV断开，并把断开的边设置为硬边，同时UV要移开一段距离；最后，如果高低模型面数差太多，包裹时会很不匹配，此时可以先给低模加些面，烘培之后再把多余的线删掉。

Normal Map有时会从颜色贴图（Diffuse Map）通过第三方软件如CrazyBump等获得，此时需通过分析颜色贴图并制作Height Map（高度图），HeightMap务必以层的方式开始制作，并使用灰度颜色来定义细节，并逐渐把小细节融入HeightMap当中，这样一步一步做下去，就能够保证最终贴图有最好的质量。

每一个HeightMap层都可以单独转换成Normal Map层，然后在叠加中将融合模式调成overlay。同时，那些需要加重效果的层可以单独复制该层，并使用overlay方式使叠加效果发挥得更好。当然，每一层的强度可以通过降低层的透明度来降低，使用最大灰度范围要确保细节清晰，这样也能提升最终贴图的质量。

就如在上面所提到的那样，由于Normal Map 和Height Map都可以从Diffuse Map 中获得。因此，Diffuse Map制作也是有要求的，其中最关键的是将投影（纹理贴图中的阴影部分）修掉，并将固有色的明度差别减弱。如图9所示：

之所以这样做，是由于阴影的诠释应该在三维场景渲染中或通过烘培灯光贴图来实现，Diffuse Map只需解决模型表面的纹理即可。而比较大块面的细节有时通过三维建模并渲染Z-通道来实现，然后配合原来Diffuse Map的去色相的图进行拼合而成，在Height Map制作满足细节要求后，就可以使用height map来制作Normal Map了。具体制作过程如图12所示：

5 结语

法线贴图目前在游戏、动画、交互等领域应用极为广泛，但是其使用效果却受到很多因素的制约。正如在本文中所阐述的那样，模型是否规范、UV规划是否合理、法线柔化是否正确、Normal Map自身的获得又是否合乎规则等都是不可忽略。因此，希望通过本文的分析，能帮助更多的CG从业人员减少其应用上的失误，以便获得更好的视觉效果。

参考文献：

[1] 刘永刚.动画模型制作技法及应用[M].南京：东南大学出版社，2010：89-106.

[2] Daniel Vijoi . Creating an Old Farm[EB/OL] . http：//www.amc.ro/.

[3] 次世代游戏场景制作的注意事项[EB/OL] . http：//www.dogame.com.cn/ bbs/viewthread.php？tid=91107.