SUBSTANCE&皮克斯RenderMan | 从VR到3D打印：专注雕塑纹理及渲染

Substance中国

2020年10月18日 08:15

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Substance3D on October 3 2020 | Design，Film，Interview，Substance Painter

Dylan Sisson入行 3D 动画时，在该行业只要表现出某种艺术天赋并且还会使用电脑就可以被录用。他听闻一家工作室正在制作一个CGI RPG，于是就提交了申请。他拥有一些 2D 动画的背景，但是没有 3D 经验。在最后的面试中，这家公司的老板并没有讨论 3D 内容，而是就《龙与地下城（Dungeons & Dragons）》的相关内容询问了一个小时，而后便得到了这份工作。事实证明，玩D&D其实是很有用的。这是一次幸运的机会，并且可以与一群伟大的艺术家共事。

皮克斯Renderman

在1998年，我与Andrew Woods共同创建了名为Object Lesson的动画短片，而且它曾获得一些奖项，并使我们有机会加入皮克斯的RenderMan产品小组，而后为Maya 1.0的首次发布开发插件。今天，我负责为营销活动提供创意指导，并在各种会议和活动中提供演示与研讨。此外，我还在早期的开发中尝试了一些功能，比如RenderMan 24的“风格化外观”，这是我们针对非真实渲染（NPR）而研发的解决方案。

当然NPR并不是新出现的，它通常是在合成过程中计算出来的。RenderMan（https : // renderman . pixar . com /）一直通过灵活的着色语言和二级通道（AOVs和LPEs）来支持这一点。关于即将在RenderMan 24中实现的有趣之处在于它提供了快速的艺术反馈，并且不需要合成，这使得创建的风格化外观具有超级棒的交互性。我们还运用所有内置的路径跟踪工具（材质网格，照明，灯光滤镜，融合器等等。），同时支持独特的风格，无论最终外观是卡通，动画，插图或者绘画风格。

RenderMan

https://renderman.pixar.com/

Substance Painter

当我第一次接触 VFX 视觉特效时，便被其所具有的程序主义能力所吸引，于是也变成了一位着色器迷。在那个时候，RenderMan有一款名叫“Slim”的工具用于视觉材质创作的网格。通过它我可以渲染出大分辨率（15000*15000像素）的程序化“着色器色板”，并将其打印成巨大的程序墙艺术（有些已经悬挂在SIGGRAGH的艺术画廊）。所以当我第一次看到 Substance Painter 及其材质生成的程序化方式，还有它是如何以一种前人尚未实践过的方式将这个程序化过程变得对艺术家很友好时，这些都让我觉得它棒极了。另外，Substance 使运用表面拓扑（曲率，环境光遮蔽等等）变得很简单，并将其作为信号驱动纹理程序和Bam：材质看起来会很自然的带有灰尘，划痕，而且并非所有的事物都会自动魔术般的落在模型正确的位置上。

然而，我真正开始使用 Substance 是在2017年，当时我在 Medium 中创建 VR 雕塑，并且希望尽可能高效的为其提供真实的材质（也就是说我并不想绘制一大堆细节）。在使用 Substance 着色一对虚拟现实的雕塑后，我并没有回到原先创建材质的其他方式中。而且我再也不需要花费一天中的大部分时间为雕塑创建非常漂亮且复杂的材质网格，自此我几乎不再需要多长时间就可以使用 Substance 创建更棒外观的材质。在 Medium 中完成 VR 雕塑后，可以将其导出，然后在 Substance 中创建材质，并且在不到一个小时的时间内从 RenderMan 获得最终2K的渲染，这对于我的原型设计而言是非常完美的。

Medium VR

在2017年我购买了一款 VR 头戴式耳机，并查看了所有 VR 内容创作的工具，而后迷上了 Medium（https : // magazine . substance3d . com / if - you - have - an - oculus - vr - headset - this - article - is - for - you /）和 VR 雕塑。对于 Medium 自身而言是非常直观的。当我学习了一款全新的 3D DCC（比如Maya，Houdini，Blender等等），起初，理解如何旋转相机，创建球体等等总是很麻烦，但是在 Medium 中，想要旋转相机？只需移动你的头。想要创建一个球体？扣动扳机即可。这使很多内容都变得很有意义，一旦学会了基础工具，就可以比以前更快且更好的进行建模。

Medium

https://magazine.substance3d.com/if-you-have-an-oculus-vr-headset-this-article-is-for-you/

另外，我有着 2D 插画的背景，而不是雕塑。所以最大的惊喜就是于我而言 2D 绘画的技巧直接过渡到 VR 雕塑，我并不需要“学习”如何进行雕塑。另外一个惊喜就是我发现个人的风格转移到 3D 模型上（几乎都通过渗透），为他们提供我的定制外观，这是我无法使用传统 DCC 可以实现的内容。我的首个 VR 雕塑（如下所示），这就是一个启示，在使用这款工具后了解到可以参考草图的松散度。

在 Substance Painter 中通过材质创建将 2D 风格转换到 3D 风格：

最后，我想将这些 VR 雕塑集成到熟悉的 VFX 视觉特效工具中，比如 Substance，Maya，RenderMan，这将变得很简单。在 Medium 中的雕塑由立体像素组成，从而可以导出多边形网格，便于将其轻易地进行预可视化。

开瓶器

我找到一种以坚硬的钢来打印 VR 雕塑的方式，所以决定创建一个具有功能性的雕塑：开瓶器。我开始着手绘制“龙状开瓶器”的侧面轮廓。我将完成的草图导入 Medium 作为参考图像，因为这是 VR，所以参考图像可以以任意大小放置在任何地方。我将它放在我的前面，就像一张画桌，然后在其上面绘制出轮廓。将图像置于原点居中，为雕塑启用对称并完成模型。（注意，由于功能原因在最终的设计中取消了开塞钻。）

原始草图&导入到 Medium 中：

我选择的工具是移动工具；通过该工具对每个个体进行建模。我决定在龙的喉咙后面添加一个小舌，所以将模型放大，当我雕塑这个内容的时候几乎就是站在龙的舌头上。最后，使用删减图章（以.obj格式已导入）在其底部添加了我的签名。

最后的预览，签名和小舌：

完成模型后，我将其导出到 Maya 中，在那里使用一个瓶子的模型（真实世界瓶子的大小）以确定 3D 打印的龙状开瓶器的精确大小。此外，我还调整了龙状开瓶器的嘴型，这样就能正确的抓住瓶盖。

在这里使用真实世界的单位（cm）以调整开瓶器的大小：

完成模型后，下一步是使用 Substance Painter 来创建一些真实的材质。从 Substance Source 中的一种材质开始（一种熔融金属的 3D 打印材质），并且进行调整以使其与 3D 钢铁打印的外观相匹配。而后使用 RenderMan 为 Substance 导出材质，并在 Maya 中附加其它材质，之后使用 RenderMan 进行渲染，瞧，我有了一个逼真的预视效果。从预览来看，很明显这个签名并不够深刻，所以经过几次调整最终模型就确定好了。

RenderMan 中的最终模型和预可视化以及来自 Substance 的材质：

为了准备打印雕塑，我将模型放入 Autodesk 的 MeshMixer 中。首先计算了重心，所以龙状开瓶器实际上是站立的。其次将其镂空，并指定钢材所能支撑的最小厚度，这样打印所需的材质就会更少些，成本效率会更高。准备龙状开瓶器的 3D 打印，我会将其提交给在线的 3D 打印服务，并在一周内拥有一个多功能的龙状开瓶器。

多功能开瓶器：

龙状开瓶器很可能是在 Medium 中制作的第一件网上销售产品，至少在2017年的那个时候是这样的，它是我所知道的第一件物品。

Lost Wax Brass Cast：

Inktober

这个项目的目的是为了测试RenderMan 24即将发布的风格化外观功能。这是一个全新的系统，用于通过 RenderMan 创建各种各样的NPR。在测试中，我希望重现自己为“Inktober”开发的插画风格，挑战在10月的每一天都绘制一幅画。“Inktober”是由Jake Parker于2009年创立，现在每年都有数以百万计的人参与其中。并且我从2019年开始选择绘画系列作为实现风格化外观目标的“艺术真理”。

因为这是一种松散的风格，我希望几何体自身也有同样松散的感觉。所以开始在 VR 中使用 Adobe Medium 进行雕塑模型。而且我发现在 Medium 中雕塑时所创建的各种形状可能是以2D的方式绘制，感觉操作起来相当自然。

首先，我将一幅画导入到 Medium 中，并将其作为参考，然后放置在工作空间的一侧。它同时也是一张调色板，我会从其上选取颜色然后用于场景中的物体。

通过使用对称性快速创建了模型基础，然后关闭对称并添加变化以使其每面都是独一无二的。为此我添加了额外的元素，钢笔，墨水瓶等等。在这上面我花费了大约七个小时。当我完成的时候，已经为所有物体创建了40多个图层，而后将其组合成六层，然后导出为一个FBX集合，同时很好的保留这些图层以用于着色器的附件。最终的模型具有“手工制作”的形状，并且非常适合松散的风格。

下一步：在 Substance Painter 中进行外观开发。首先在 Substance 中使用全新的自动展UV工具，它运行起来很棒。从真正意义上简化了制作过程。其次，我浏览了网上的材质库， Substance Source 里面具有很有趣的材质，从而有助于快速进行外观开发的相关工作。我只是下载了一些高质量的材质，再加上一些即兴而发的艺术感，这样模型就很好了。总体来说，我使用了六种材质来保持事物的易控性。

完成外观开发后，我使用了 RenderMan for Substance Painter 插件（https : // github . com / pleprince / RfSP）以通过单击即可将材质直接导出到 RenderMan Preset Browser，这使得 Substance 到 RenderMan 的工作流程变得非常简单。

RenderMan for Substance Painter插件

https://github.com/pleprince/RfSP

将模型导入到 Maya 之后，为 RenderMan 设置照明，这里是最终的 PBR 图像：

现在在RenderMan 24中创建风格化外观。这里有一个快速总结：关键是将特定的NPR节点连接到 Maya 材质网格，并添加次要的输出（AOVs），而后通过使用特定的NPR display Filters拨接外观元素。

组合五种元素以创建一种风格

在 Substance 中创建的材质直接提供给最终的风格化外观，而来自 Substance 的纹理可以作为信号驱动任意NPR特效。另外需要注意的是，这个风格化外观完全是在相机中创建的，没有任何合成部分，所以这些外观可以在互动会话中构建。

在互动会话中构建外观：

这样，我就为 RenderMan 创建了独特的“Inktober”外观，它与最初的 2D 艺术有着很明显的相似之处。

对于2020年的Inktober，我将尝试并完成这个月的挑战，通过使用 VR 雕塑以及这些NPR风格化外观。

Medium雕塑与NPR图像：

关于在VR中进行雕塑创作的提示与技巧

一句话：图层！充分利用图层的优势。当致力于一个复杂的雕塑时，图层可以通过一种方式组织模型，使其易于管理，并且要记住，图层可以嵌套分层，所以角色可以通过运动学构建姿势。除了这个好处以外，图层还可以作为一种有用的艺术工具：你可以在图层上执行Boolean操作，这非常有用。图层可以进行复制，雕塑，然后与原始图层重新组合，还可以进行更多的重做。一个简单的例子：通过复制图形的模型，按照比例放大，删除头部，胳膊和腿部，你已经开始为接下来的人物制作一件衬衫，于是图层为此提供了更多创造的可能性。

就个人而言，我喜欢在场景中将关键的照明嵌套在主雕塑的图层下面；这样，无论我如何重新定位雕塑，照明仍旧保持在模型的正确位置上。

未来项目

我正在制作更多功能性的艺术作品，其中包括墙壁挂钩和鸡尾酒串。此外，我还有一个精心设计的项目正在制作中目前尚未公布过，但它具有模块化小组件以及合并磁铁的其它小玩意儿。

在 Medium 中建模功能性艺术挂钩以及在 Substance Painter 中进行纹理：