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智能手机当材质扫描仪——神仙操作:Substance Designer

大家好,我是Anthony Salvi,是Allegorithmic的创意技术专家。今天,我要向大家展示如何使用智能手机的相机捕捉材质。Substance Designer 中新的扫描过滤器,可以将智能手机变为材质扫描仪。
这是我们在博客中实现的效果:




 


 

智能手机用作材质扫描仪

首先,处理好质量和成本之间的平衡,这是非常重要的。就成本而言,使用硬纸板箱,一叠描图纸和LED灯,用于设置照明。对于捕捉图像,我们希望使用最佳的处理程序,在这个测试中,我们使用iPhone 6s和iPhone 7作为相机,同时安装Adobe Lightroom移动应用程序。

使用这款应用程序可以在iOS和安卓上捕捉到RAW(未压缩)格式。Adobe Lightroom 也有一些非常不错的功能,例如全手动拍摄和高动态范围模式。然而,还可以在在App Store上找到ProCam或者在安卓上找到Camerafv5等应用程序。

Substance Designer 6有一个新的过滤器叫做 Multi-angle to Normal, 有8个可能的输入内容。如果要使用该过滤器,我们必须在材质周围45°处制作8个图像


如果要理解图像捕捉过程,可以想象将材质比例放大。假设,材质的比例和山的比例一样大。这样,照明就可以代表太阳。如果太阳绕着山转,可以看到投射的黑色阴影形状。这些形状代表山本身地形的间接信息。如果将足够的信息结合,至少是4个图像(使用8个图像效果会更好),Algorithm可以计算出地形的起伏情况。


这个过程非常简单。我们只需在材质周围等距离处旋转灯光8次。
 

设备

为了方便,我们可以使用8个角度在纸板上画个圆。也可以通过这里链接下载模板。

为完善图表,也可将颜色换为黑色,以降低LED灯在材质样品上的光照跳跃程度。然后在8个角度上添加一些形状(正方形,三角形,月形,星形等等),这些形状在后期制作过程中非常有用。在Adobe Photoshop中图像合成过程使用这些形状。这有助于Photoshop快速精确地合成。

最后在中心画一个10cmx10cm的正方形,剪一个洞用于不透明的镜头。

然后,设置扫描箱。这个箱子可以尽可能地简单,但是其保存捕捉材质透明度的能力需要非常重要。对于捕捉透明度,使用箱子中心方形的洞(10cmx10cm),还有一叠6张描图纸,使光线通过材质漫反射,然后在图表顶部加上最后一张纸,大家可以在下面这些图像中看到:

不要忘记在中心弄一个洞,将LED灯放在箱子里。

为完成设置,并降低成本,我们使用带有泡沫芯板简单的硬纸板管,为智能手机创建一个支架。将最终的框架最大化,支架的大小取决于箱子的大小。添加一张黑色的纸条,将所有可能的圆筒颜色反弹去除。最后,在智能手机上系4条胶带。


这是扫描箱和手机支架最后设置的内容。这个支架没有三脚架那样牢固,因此需要手持。


 

在捕捉过程中,将来自光照的颜色移动中和,这一直都是个不错的想法。从本质而言,所有的光线都有颜色色调,一些颜色色调要强于其他颜色。例如,蜡烛是红色的,钨灯是橘色的,天空是蓝色的。如果要中和这种颜色,保持颜色一致,需要色彩测试卡。从本质上说,这是一种参考,使用灰度进行印刷和校准。

后期制作的目的是调整捕捉到的灰色,保持其为纯正的灰色。可以在这里了解本产品更多的信息。XX & XX

LED 是Manfrotto设计的,能产生非常均衡的日光。


 

这是我们的工具箱:

  • 含有多角度图表的硬纸板箱
  • 硬纸板支架
  • LED灯+三脚架+绳
  • 色彩测试卡
  • 微纤维布料

拍摄照片

我们的目标是捕捉两种材质:皮革和复杂织物。我们需要保证材质上唯一可见光线来自于LED灯。否则,投影可能会错误,Substance Designer中后期制作过程也可能会计算错误。所以,关闭窗户或者拉上窗帘,使房间变黑,尽可能消除亮光,打开LED灯。然后,将材质放置于盒子上。



一定要保证材质没有覆盖小形状(正方形,三角形,月形,星形,任何正使用的东西)。然后清洁样本,因为灰尘或头发会落在材质上。最重要的是,拍摄期间不要移动材质样本!如果移动材质,就无法正确合成图像。

 

给LED灯系一根绳。在绳上系一个结,作为LED灯和箱子上圆圈周围图表点之间的测量向导。

最重要的角度是高度。见下面图表:


如果角度过低,投影可能会太长,我们可能会失去阴影面积中的一些信息。最后得出的结果就是错误的法线贴图计算,在较暗区域得到单调的结果。


 

这个技巧就是,找到一个角度,保存信息,提供足够的阴影以获得更好的结果。

现在该研究相机。首先清洁相机镜头。通常智能手机都不是非常干净。使用微纤维布,5秒钟就可以清洁镜头。

安装Adobe Lightroom的手机,可以使用PRO模式,手动设置镜头或者使用HDR模式。这两种方法都能产生很好的效果。

在PRO模式中,关掉闪光灯,激活DNG模式,将ISO值尽可能设低(25-100),白平衡设置为日光。为避免图像中的移动模糊,速度保持在1/50秒左右,调整ISO,获得良好的曝光。
 




 

使用这里移动设备的 Adobe Lightroom ,可以找到更多信息和教程。

另一种选择就是使用HDR模式,激活保存未压缩的原始选项。在这个配置中,大家可以有原始dng文件,经过计算的“HDR”dng。


这可能会有助于在屏幕上添加网格和色阶为拍摄内容制作框架。也可以添加5秒钟的计时器,作为捕捉图像的远程触发器。这将提供更好更稳定的结果,手动触摸相机上的快门按钮可能会无意中产生抖动,从而产生较模糊的图像。
 

 

 

所有内容确定后,进行捕捉材质。将LED照明功率设置为最大值。确保有足够的电量(供给智能手机和LED灯),并且LED灯不会变得太热。拍摄过程中,尽可能地保持相同的框架系统非常重要。但是,如果图片排列地不理想也不要慌张。保证图像中图表上所有的形状(正方形,三角形,月形,星形等)可见,这一点非常重要。



现在在相同的LED灯下使用ColorChecker拍摄参考图片。


我们拍摄了8种材质镜头,1种参考颜色图像,还可以拍摄3张图片。一张用于颜色,一张用于新的白平衡,最后一张用于透明度(对于织物而言)。

就颜色而言,我们需要柔和且漫反射的照明。在这个例子中,我们使用窗户的间接光并在铝纸片上反射。虽然不完美,但却是不错的基础。当然,灯光还有更多选择,但是在我们案例中,这是最简单的方法。

一定要记得,拍摄一个新的ColorChecker,后期制作时设置颜色校正。

就透明度而言,打开房间窗帘,在箱子内设置LED灯。LED灯耗电量低,这样就有足够的背景照明,用来捕捉透明度。




如果需要较好的光线漫反射,可以在内部添加白纸,将光线置于扫描箱中间:有洞的泡沫芯板效果很好。

 

现在有8个角度,1种颜色,1个透明度和2个ColorChecker图像。然后将图像导入Adobe Lightroom Desktop。将Adobe Creative Cloud激活,所有的图像都在硬盘驱动中。

在本例中,我们使用“HDR”dng文件,正如我们前面提到过,PRO模式的dng文件为我们带来了不错的结果。就ColorChecker图像而言,我们保持常规的Dng文件。



为LED灯选择ColorChecker图像,然后使用白平衡工具。

将Whites, Blacks和Clarity参数设置为0,最后复制,粘贴8个角度图像的参数值。







在日光下为ColorChecker图像重复这一过程,在颜色和透明度图像上应用新值。也将参数设置为白,黑,透明度为0。

就透明度图像而言,使用Lightroom中的渐变工具,减少晕渲效果。



就最后一步而言,我们使用Adobe 1998ICC文件将所有图像导出为16位的TIFF。


手机支架非常简单,便宜,但是效率不高。但这并不是问题。使用Adobe Photoshop中的图像合成功能,可以合成,排列图像。将图片下载到图像合成中,取消混合图像在一起的选项。

然后,在层级底部添加纯黑色图层,将图像剪裁到一个正方形上,并将其大小调整为4096像素。






最后,使用删除图层选项,将层级导出到新的单独的TIFF文件中。

在Substance Designer中创建无缝材质

就皮革材质而言,使用以物理为基础的(金属/粗糙度)模板创建一个新的Substance文件,并将其大小设置为4096x4096。然后将图片链接到项目。

我们使用的第一个节点是 Multi Crop。 为材质选择我们需要针对图像的哪个区域,非常重要。如果平铺困难,这种剪裁就非常重要。但是通过程序化方法,为了更好的平铺你可以轻易测试不同的剪裁。然后,我们使用 Multi Color Equalizer 多颜色均衡器处理图像,最后使用 Multi-Angle to Norma l多角度法线节点生成法线贴图。






我们可以添加颜色图像,只需负责粘贴上 Multi Crop 节点,设置输入计数为1。

使用 Color Equalizer 颜色均衡器节点,可以平衡明暗值,为材质产生更好的颜色贴图。





现在是平铺部分,使用新的Smart Auto Tile智能自动平铺节点,可以快速地创建无缝材质。一定要移动,旋转,转换图案,以获得最好的结果。



新的 Color Match 配色节点非常适合改变皮革的颜色,同时保留所有细节。这样就有无穷无尽的颜色选择,可以与最初的颜色捕捉数据混合。

Specular Level 高光色阶对于取得逼真效果非常适用。根据金属/粗糙度定义,如果金属设置为0,人们认为该材质是电解质,菲涅耳角度或者f0反射率值为4%。这适用于常用的电解质材质,但是一些电解质可能具有不同的折射率或IOR。Specular Level高光色阶可用于控制金属/粗糙度定义中覆盖默认4%的值。这里我们有皮革,可以使用高光色阶设定皮革材质的自定义程度。

为推动这一通道,只需添加新的 Output 输出节点,用法和标识符设置为高光色阶。然后在灰度模式中通过使用 Uniform Color 均匀颜色调整数值。皮革材质的起始数值应为60。



就高度贴图而言,我们使用Normal to Height HQ节点,质量设置为高。

最后,处理粗糙度,使用高度贴图在不同凸起之间使用数值2。

比较简单的部分是金属通道。只需添加均匀颜色节点,设置为灰度,数值设置为0.


上述步骤完成后,最后,就是完整的图表。



皮革样本为哑光面,经过几次测试后,我们发现了适合皮革的数值。





创建织物材质

将相同的高光色阶输出内容设置为60,除非有透明的通道,否则这个过程非常相似。



使用 Color Equalizer 颜色平衡器和 Color to Mask 节点,可以很好地控制材质的透明度遮罩。然后只需添加导出节点,用法和标识符设置为不透明。

Smart Auto Tile智能自动平铺的警告如下:没有透明的导入内容,要解决此问题,我们可以在高度输入中插入透明度,并使用高度输出作为透明度通道。

就皮革而言,可以使用 颜色匹配皮革节点,很容易将扫描材质转换为有多种颜色选项的混合材质。

但是当然,我们也可以使用颜色图像

最后,完成这个图表:






总结

在这个过程的最后,有2种混合材质,这些材质使用智能手机扫描,可以用于PBR流程中。点击这个链接,可以获得所有的Substance文件和图像

一定要处理好材质设置,仔细研究扫描过程。如果下次再需要一些材质参考图像,拿起手机,建立自己的扫描箱,愉快地使用Substance Designer 6!


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