使用Unity创作印第安纳·琼斯的教室环境

本文由来自荷兰的角色及环境艺术家Joey de Vries分享使用Unity高清晰渲染管线HDRP、Blender、ZBrush和Substance Painter创作印第安纳·琼斯教室环境的经验。

《Indy's Classroom》项目目标

在欣赏葡萄牙概念艺术家Andreas Rocha的作品《School Classroom》后，我决定以3D的形式对其进行重现，这就是我的项目《Indy's Classroom》。

我设立了几个项目目标：通过使用Unity高清晰渲染管线HDRP呈现概念艺术的画面、提升光照处理技能、学习规划和设置所有内容。

我想要实现一个生动而温暖的教室，通过使用少量物品和纹理，讲述关于这个教室的故事。与此同时，尽可能使项目保持简洁，所以我会使用较少的模型，并避免降低画面的质量。

下面是Andreas Rocha的概念艺术作品。

高清晰渲染管线HDRP的优势

高清晰渲染管线HDRP的优势在于：使用物理光学单位PLU。这些单位是基于现实中的光线属性来设定的，HDRP的物理光学单位PLU对应着现实中的相应单位。不透明材质、透明材质和体积材质之间没有本质的区别，因此提供了更加一致的结果。

Andreas Rocha作品的氛围和对光线的使用方式，可以让我尝试和使用Unity新的光照系统。我使用的其它功能包括：Unity的新HDRP着色器、体积光、Decal Projector贴花投影以及HDRP集成的后期处理系统。

本文，我将介绍如何使用高清晰渲染管线HDRP创作《Indy's Classroom》。

环境布局

开始制作项目时，我希望让环境完全符合Andreas Rocha的教室概念艺术。但我可以做一些调整，实现自己的故事创作。我想要创作印第安纳·琼斯风格的教室，环境依旧基于Andreas Rocha的概念艺术。

小提示：印第安纳·琼斯是《夺宝奇兵》系列电影的主角，神秘的宝物、惊心动魄的历险和浓郁的异国风情是该系列的特色，印第安纳·琼斯的历险在玄妙、或瑰丽、或阴毒、或神秘的场景中展开。本文中的印第安纳·琼斯风格特指拥有以上特色的场景。

我在Blender中布局环境，然后将Blender的项目文件导入Unity。每次在Blender保存改动时，场景都会在Unity中更新。

在实现概念艺术的布局效果后，我在Unity中调整摄像机，我会思考：在什么地方放置摄像机可以呈现概念艺术的效果，我应该使用怎样的视角？然后，我会快速调整光线位置，并查看它们的效果。

按照自己的想法把所有部分设置好后，我开始构造较大的物品，例如：桌子、椅子和书架。环境艺术的有趣之处在于：我们会有很多可以完成的任务，包括：布局场景、设置光照、后期处理、建模、制作UV以及给物品制作纹理等。

物品的世界

在完成布局过程和摄像机放置后，我开始观察Andreas Rocha的概念艺术，确定自己要制作的内容。

首先，构建所有主要物品，包括：橱柜、黑板、门口、书桌等。在这个阶段中，我给物品实现了上世纪40年代的外观风格。我自己制作了所有物品，并在Substance Painter中制作纹理。

在开始建模前，我在网上搜索了大量参考图片，了解物体的构造方式，从而给物体加入更多细节。

通过优先构造主要物品和最常用的物品，我快速地填充场景，获得不错的画面，从而了解自己是否得到正确的效果，以及所有内容是否有正确的大小。

我会把参考模型放在物品旁边，以便了解所有内容是否有正确大小。在给第一个物品建模时，我想要让场景和Andreas Rocha的概念艺术略有不同，因为我是一个电影迷，所以我想给场景加入印第安纳·琼斯的主题。

下一阶段是构造所有附属物品，这是帮助实现故事基础的物品。在这个阶段，我思考了要添加的彩蛋部分，从而使场景联系到印第安纳·琼斯的主题。

印第安纳·琼斯的物品研究

我希望让该环境对印第安纳·琼斯的致敬更微妙一些，但不希望让环境过分强调这是以印第安纳·琼斯为主题。

主要原因是我想营造这样的效果：在玩家观察场景时，玩家会突然有“这是印第安纳·琼斯的帽子”，或是“黑板上的涂鸦看起来似曾相识”之类的想法。

受到印第安纳·琼斯启发的物品包括：帽子、人偶雕像、黑板涂鸦、桌子上的书、安卡拉圣石、眼镜、使用了皮革材质的背包。其中的帽子、雕像和圣石都是在ZBrush中雕刻的。

制作雕像

收集好所有参考图片后，我开始在ZBrush中进行雕刻。物品不是动态的，因此我在雕像的重拓扑和UV制作过程使用了一些技巧。

我使用ZBrush的抽取功能，而不是手动进行重拓扑，所以我得到低多边形模型和高多边形模型。我为UV使用了UV Master插件。

首先，给雕像面部涂上红色，因为这是要保护的区域。这样雕像面部不会出现缝隙。然后检查缝隙，使用Unflatten功能来查看是否有满意的效果。

完成在ZBrush的过程后，我使用Substance Painter来烘焙低多边形模型，然后开始绘制纹理。我对阿特拉斯雕像进行了相同的操作，不同之处在于：我先在Blender制作大致形状，因此得到了简单的骨架作为构造的基础。

纹理制作

在Substance Painter中绘制和调整材质时，我会把Andreas Rocha的概念艺术和参考图片放在我的第二个显示屏上，尝试着让材质颜色符合Andreas Rocha的概念艺术。

关于纹理，对材质来说最重要的是粗糙度。通过利用粗糙度，我们可以制作出金属、玻璃、塑料和木头的效果，以及肮脏或干净的表面。

回顾为教室环境制作的物品时，因为我想制作许多物品，并在自己设定的时限内完成该环境，所以我没有从头制作所有材质。

由于制作时间有限，部分材质我购买了第三方材质，下面是材质的购买网站，以便你参考。

木质材质：

• Igor Kulko：

  https://gumroad.com/igorkulkov?recommended_by=library

• Mario Dalla Bona

  https://gumroad.com/macebo?recommended_by=library

纸板材质：

• Luc_chamerlat：

  https://gumroad.com/luc_chamerlat?recommended_by=library

Textures.com也是一个不错的纹理来源网站，我在此找到了为墙面和地板使用的纹理，以及大量贴花。Substance Painter也有很多智能材质，可以快速制作出物体的外观。

纹理也在很大程度上取决于模型，对于存物柜，我会确保它没有过多直线，因为直线容易使物体看起来不真实。所以，我为存物柜使用了名称为“Steel scratched”的智能材质，该材质给物体表面带来不错的划痕细节。

我们也可以编辑纹理。通过使用HSL模式，我可以改变光照和图像颜色。这样可以快速为脏黑板的表面制作出材质。

完成Substance Painter中的过程后，我们可以使用Unity HD Render Pipeline配置导出纹理。

材质的魔力

每次在Substance Painter完成一件物品后，我会回到Unity，查看物品在场景中的效果是否接近Andreas Rocha的概念艺术。回到Unity后，我们可以制作新的材质。

Unity新的HDRP着色器，我们可以使用它控制物品的许多视觉效果。HDRP着色器的基础纹理是：基本贴图、遮罩贴图和法线贴图。

除了这三种贴图外，我们还有弯曲法线贴图(Bent normal map)、涂层遮罩(Coat mask)、细节贴图(Detail map)和发射贴图(Emission map)。

遮罩贴图由以下通道组成：

• 红色通道 - 范围在0～1的金属度
  

• 绿色通道 - 环境遮蔽
  

• 蓝色通道 - 细节贴图遮罩
  

• Alpha通道 - 光滑度
  

下图分别为存物柜纹理的基本贴图、遮罩贴图和法线贴图。

下图分别为黑板纹理的基本贴图、遮罩贴图和法线贴图。

下图是Unity 2018着色器和Unity 2019 HDRP着色器的对比。

和此前版本的着色器相比，Unity 2019 HDRP着色器提供了更多对纹理的控制。它允许我们在Unity中迭代纹理，从而获得更加合适的结果。如果对物品的颜色不满意，或是认为物品外观不符合概念艺术，都可以在Unity中轻松进行调整。

有时候，物品可能看起来太光滑，或者不够有光泽。我可以通过调整Metallic参数解决该问题，使用Smoothness Remapping功能减少物品的光泽。

虽然这些功能可以在Unity 2018中使用，但我认为通过使用HDRP，我们可以更快获得更加满意和逼真的外观。

了解关于HDRP Lit着色器的更多信息，请阅读：https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.render-pipelines.high-definition@6.5/manual/Lit-Shader.html

书籍的制作

对于这个环境，我需要制作大量书籍，但这项工作可能是项目中最棘手的部分。书籍在模型方面并不复杂，但需要避免让它有重复感，还要思考如何避免使用过多材质，让Draw Call在Unity中保持最低数值。

最后，我为书籍制作了32个不同的纹理，并使用Photoshop制作了4K分辨率的纹理图集。这样的设置可能有点夸张，但我不想丢失任何图像品质。我也思考了印第安纳·琼斯会阅读什么样的书籍，因此选用了历史题材的书。

虽然这种方法不是最高效的，但它能够完成任务。在制作好所有书籍后，我在Blender中制作体积，然后进行分组，这样我不必手工放置每个书本。我也希望书本有法线贴图，因此我使用Bitmap to Material功能处理图集，制作出一些法线贴图。这样书籍封面的字母会有深度感。

叙事

我不希望让场景过多偏离原始概念艺术，因此我有时会难以确定希望讲述的故事。我把所有物品放到场景中，思考我可以在制作好所有物品前能够讲述的故事。

最后是制作第三类物品。该过程类似制作角色的时候，角色会在第三层外形上展示所有细节，并呈现概念艺术的特点。通过结合第三类物品和贴花，我实现了部分叙事效果。

  

例如，歪向一边的椅子在地板上留下划痕，装着纸张的箱子朝侧面倒下，洗手池下的水桶表示洗手池漏水。此外，我也加入了傻瓜帽，如果小孩子太淘气的话，他们会被戴上傻瓜帽并坐到教室角落。

其它元素包括：因为学生的鞋子不干净，所以我在地板加入了鞋印贴花；地板上有角色不小心掉落的便利贴；急救箱的药膏是开着的，暗示它最近经常被使用；存物柜的门稍微开着，展示了里面的物品，这样比完全关闭更能引起玩家的兴趣。

 

这些是丰富环境的小细节，让环境更加逼真，并赋予了活力。

使用贴花丰富环境

除了使用物品来给教室增添活力，我也使用了许多贴花。在Unity使用贴花有使用Decal Projector贴花投影和使用平面贴花两种方法。

下图是使用Decal Projector贴花投影。

下图是使用平面贴花。

在使用贴花的过程中，贴花更容易和带有UV的平面一起使用，我们可以在平面上添加HDR/Decal着色器和贴花纹理。这样可以快速调整贴花大小，把它放到任意位置。

有时，我不得不使用Decal Projector贴花投影，准确点击白点位置来调整贴花的大小，但在相同位置使用多个贴花时，Decal Projector贴花投影确实非常实用。

例如，在黑板部分，我使用了两个贴花：一个是板书部分，另一个是污迹的贴花，以呈现额外的效果。

使用平面贴花时，操作必须非常准确，因为两个互相靠近的平面会出现瑕疵，因此我使用了Decal Projector贴花投影。

下图中所有的印章图标都表示贴花。此外，我还使用了许多平面贴花。

下图中展示了场景有无贴花的区别。

光照

我希望在场景实现Andreas Rocha作品的光照和氛围，但我不是一名光照方面的专家，所以使用HDRP设置来处理场景光照是一项艰巨的挑战。

在制作这个项目时，我完全不知道光照会对项目有如此大的影响。一开始，我只试着使用一个定向光，我认为只要设置正确，其它部分都会有相应的效果。

但场景不仅仅只需要一个定向光和多个点光源，场景的光照包括：

• 1个作为太阳光的定向光。

• 3个区域光，其中2个在窗户前，1个在门口玻璃外，用来模拟走廊的光线。

• 13个点光源，其中5个是烘焙光照得到的，2个是混合烘焙和实时光照实现的，另外6个使用了实时光照。这些点光源有助于呈现想要的氛围。

需要注意：如果你希望让场景适用于游戏，则应该减少点光源的数量，试着把所有光源都进行烘焙，从而获得一致的效果。由于这项作品并不用于制作游戏场景，所以我可以更自由地调整光照。

该项目中最复杂的处理过程是光照部分。我们必须思考很多东西，调整许多内容，而且调整一项内容后，其它所有内容也会发生相应变化。

Progressive GPU给我提供了很大帮助，通过利用显卡，帮助我快速生成光照效果。我们可以生成光照，在数分钟内看到光照效果，而不必等待数小时的时间来烘焙光照。

将概念艺术放在屏幕旁边进行对比也很有帮助，这样可以发现光是否太亮，以及是否应该加入更多阴影等。只要有足够的耐心，就可以实现自己想要的画面。

通过调整光照，最终获得了自己喜欢的效果。

点光源

Andreas Rocha的概念艺术给人温暖的感觉，色彩偏橙色，所以我尝试使用拥有不同饱和度橙色的点光源，在场景实现相应的暖色调。

我必须小心处理光照强度，如果光照强度太大，物品的颜色会被过度改变。

区域光

在窗户旁边放上区域光会对所有表面有不错的效果。这些光照会确保表面有合适的反射效果。

我们可以从下图中看到，没有区域光时，表面没有那么多光亮。

体积光照

HDRP新体积光照的使用效果很好，可以快速实现不错的结果。设置方法很简单，我们可以看到该功能提供了额外的光照和氛围效果。

后期处理

高清晰渲染管线HDRP还有一项新功能是后期处理。在最新版的HDRP中，后期处理功能已经完全集成到HDRP。我们可以调整许多参数，从而改变环境的外观、效果和氛围。

下面是我在实现合适的氛围和色调时，所使用到的重要功能。

结语

这个项目中最困难的部分是把Andreas Rocha作品的光照和氛围呈现到Unity中，好的光照和后期处理可以让环境充满活力，没有这两个部分作为基础，环境会看起来平淡无趣。

在以概念艺术为基础进行创作时，还需要认识规划的重要性。我们需要对概念艺术进行分析，从而了解需要的内容，思考如何调整创作过程，让工作更加简单。

通过这个项目的经验分享，希望更多的开发者和技术美术掌握使用Unity高清晰渲染管线HDRP的使用。

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