Substance Designer Essential

对 Next generation graphics 和 Substance production 的观点。

Views on Next generation graphics and Substance production.

1996年,作者在跟开发 PC游戏的前辈们一起玩耍的时候,到之后的 1999年都没有听过次时代图形这种话。

那也只是从 DirectX 8.0 转到DirectX 9.0的时代,当时海外开发商做出来的 3D 游戏也只是用OPENGL做出来的。

以2002年初为起点,天堂2上线后过了几年,WEBZEN开发的一个叫 SUN 的游戏或者叫 Huxley 的游戏上线的时候,

次世代游戏,次时代图像这种词才在网上开始流传。

Procedural.

2013年之后外国的主机或者  PC 游戏开发商看到了 Procedural 这个算法里的可能性,开始试图做些事情。但其实这个 Procedural 在挺久之前就已经应用在电脑图形领域了。
具有代表性的案例是  Pixar RenderMan®的 Micro Polygon 和 Procedural  texture 技法。

Physically based shading and rendering

Next-generation Graphic?

这是在网络上经常看到的词。

我们现在或者以后要接触的次世代图像是什么呢?

简单定义的话可以说是 More Realistic 。

More Realistic(更写实) 包含的意思是完全写实,或者不像是电脑做出来的,但也包含不粗糙的卡通渲染。

整理下来

  1. 接近 software rendering 的现实实时渲染。
  2. 看起来不是人画的 NPR 实时游戏渲染。

以上两个可以代表次时代图像。

2012年中期开始,游戏里开始追求更真实更像写实影视的渲染。

COPYRIGHT ALL RIGHT RESERVES FOX-ENGINETM , BY ©KOZIMA PRODUCTION.

COPYRIGHT ALL RIGHT RESERVES FOX-ENGINETM , BY ©KOZIMA PRODUCTION.

View 
Sg

COPYRIGHT ALL RIGHT RESERVES FROSTBITE ENGINE 3TM , BY ©DICE.

开发绝地求生系列的 DICE 的 frostbite 引擎3。

写实的布料质感和皮肤的质感都能表现出来。

COPYRIGHT ALL RIGHT RESERVES SNOW DROP ENGINETM  BY ©UBI . MASSIVE STUDIO.

Massive 工作室正在开发的 DIVISION 里使用的 snow drop 引擎也是具有代表性的次世代游戏引擎。这种趋势下最被关注的技术就是 Physically based rendering 和 Global illumination 等。当然这种技术的发展离不开现实物理处理和 GPU computing。

COPYRIGHT ALL RIGHT RESERVES THE ORDER 1886TM  BY ©READY AT DAWN.

索尼PS 4 独家上市的 ‘Ready at Dawn’ 工作室的 ‘the order 1886’ 是用自研引擎制作的。以上提及的游戏引擎不是商用游戏引擎。

COPYRIGHT ALL RIGHT RESERVES UNREAL ENGINE 4TM  BY ©EPIC GAME.
COPYRIGHT ALL RIGHT RESERVES UNREAL ENGINE 4TM  BY ©EPIC GAME.

虚幻引擎 4 展现的写实渲染DEMO。

EVE
COPYRIGHT ALL RIGHT RESERVES UNITY 5TM  BY ©UNITY TECHNOLOGIES.
COPYRIGHT ALL RIGHT RESERVES UNITY 5TM  BY ©UNITY TECHNOLOGIES.

现在Unity游戏引擎里也可以体验到写实渲染。

这种次时代游戏画面可以通过虚幻引擎4和Unity引擎5去再现。

除了游戏引擎,还有只提供游戏画面渲染的 STAND ALONE TOOL 。

File Edit Add Capture Help 
Sky U9hU 
Cam eras 
Working 
Main Camera 
• Vespa shot 
Final shot 
Grinder 
Everything 
bolts p 
paintbottles 
frontmirrot 
a rearbin. 
front bulb 
s Lass 
a hea•db9ht91ass 
blink et•.hell 
binkerbulbs 
base 
vesp.l 
• socketOI m 
I Map: 
Opt•ons C 
&Bias OF1ipX 
Map: b@g.tga 
Channel Alpha 
Albedo Map: bins_d.tga 
Subdernis Map: 
Opteons 
Normal Smooth 
CFIipZ 
test2c 
Positiorx X 00 
Y 00 
z 00 
Z Rotation 
t Space
COPYRIGHT ALL RIGHT RESERVES MARMOSET TOOLBAGTM BY ©2014 Marmoset LLC.

只提供Shder简单的编辑功能的Marmoset Toolbag。

COPYRIGHT ALL RIGHT RESERVES SUBSTANCE PAINTERTM BY ©ALLEGORITHMIC.
COPYRIGHT ALL RIGHT RESERVES SUBSTANCE PAINTERTM BY ©ALLEGORITHMIC.

作者上班的allegorithmic制作的次世代纹理软件SP和SD。
是最适合次时代游戏引擎的纹理制作工具。

COPYRIGHT ALL RIGHT RESERVES SHADERFLEXTM BY ©SHADERPLAY.

专攻 Physically based rendering 和 Image based Lighting 的 Shader flax 作为制作Shader和材质的普遍化工作,以后也会成为艺术家的聚焦点。
Physically based rendering 已经渐渐成为次时代游戏画面的标准。
SD和SP对美术来说是非常强大的纹理制作工具。Physically based rendering 相关内容请参考附录里的allegorithmic提供的 Physically based rendering 指南韩文翻译版。以后请亲自用 allegorithmic Substance 感受并制作次时代图形。

History of Shader.
易懂的shader历史

shader历史

1971 年乔治卢卡斯设立了卢卡斯影业, 1977 出了星球大战。1970 年波音的研究员威廉·彼得最初用3D模型做了TV广告。就这样,从 1970 年初开始电脑图形开始成为焦点。卢卡斯影业的电脑图形部门为了 1983 年的动画短片开发了 Pixar system 。这就是现在的 Pixar Animation Studio。以 Edwin Catmull 为主轴, Renderman 诞生了,这里适用的是 Shader  system 。在电脑图形领域 shader 软件指令的集合,用于计算图形硬件的(CPU, GPU) 渲染效果,其编出来的渲染管线语言在硬件装置上可以解析。Shader 比较现代的用法是 1988年 5月 皮克斯开发的 Renderman Interface ,之后通过 3.0 面向了大众。 Renderman Shader 成为了之后 Nvidia CG 和微软 HLSL 的前身。

硬件的发展和渲染

渲染的历史

1984 年皮克斯 Renderman 的创立人员中的一位 Rob Cook 发表了 Key Ray Tracing 等论文,但实际用在制作上是 2013。
1986 年詹姆斯·卡吉亚(James Kajiya)发表的渲染方程式和 Path Tacing 用于解释方程式必要近似值和数值的算法上。
10年后 Lafurtune 提示了包含双向 Path-Tracing 的很多改善方案,为了在大都市这种大环境摆上光照并提高性能,投入了基于 Path 散射光的方法,是由 Eric Veach 和 Leoidas J.Guibas 在 1997 年投入的。
詹姆斯·卡吉亚原版渲染方程式遵守光的三种特定原则,

  • Global Illumination 的原理。
  • Equivalence(等价)原理,最近也叫做能量守恒(Energy conservation)。
  • Direction(方向)原理,反射和散射的光具有方向性。

Global Illumination最初使用的是 2004年上映的 Shrek 2 。
Shrek 2 是 DreamWorks 制作的,这时为了使用直接光计算和储存表面 2D 贴图,并使用分散光线追踪,计算并使用了 Single Bouce GI 。
这时使用了 Irradience Map ,烘焙了 GI 信息并使用。
Path-Tracing 是 Ray-Tracing 的一种形态,是 Brute-Force Unbounced Global-Illumination 方式。是用 Arnold renderer 渲染的 Monster House,用于 2006年索尼影视。
而且 2013年皮克斯在怪兽大学第一次使用了 Ray-Tracing 和 Physically based lighting & Shading 。
现在 Arnold , VRAY , MAXELL , Lagoda 等渲染器还在努力渲染出更快更正确的光线追踪图像。
并且随着强烈依赖于 GPU 的 GPU Ray-tracing 和基于 GPU 的 Physically based lighting & Shading 技术飞速发展,游戏实时引擎渲染直接用到影视是指日可待的。

越过影视和游戏产业…

Next-generation game and Physically based shading with rendering.

(下时代游戏和基于物理的阴影渲染。)
基于物理的渲染出现了

  • BRDF.
  • Energy conservation.
  • HDR 의 이해./理解HDR
  • 理解分子结构

Categories: Substance Book

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