黃雅欣

摘要：隨著我國三維動(dòng)畫產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)對(duì)技術(shù)的要求水漲船高，滿足各類需求的軟件層出不窮，高職院校在學(xué)生教育中也應(yīng)對(duì)照產(chǎn)業(yè)需求進(jìn)行教授。Substance?Painter是一款紋理材質(zhì)繪制軟件，支持PBR基于物理渲染最新技術(shù)，具有實(shí)時(shí)渲染的功能，讓使用者可以在繪制窗口上實(shí)時(shí)觀察貼圖紋理變化，簡化了制作模型的流程，因能夠幫助使用者以更加高效的流程制作出高質(zhì)量的材質(zhì)，其在三維動(dòng)畫制作中廣受從業(yè)者青睞，在三維動(dòng)畫場(chǎng)景教學(xué)中也具有重要的作用。文章以Substance?painter的功能與三維動(dòng)畫場(chǎng)景教學(xué)的概念為研究的切入點(diǎn)，探討Substance?painter在動(dòng)畫場(chǎng)景教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：Substance?painter??動(dòng)畫場(chǎng)景教學(xué)??軟件應(yīng)用??教學(xué)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G64????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Application?of?Substance?Painter?Software?in?the?Teaching?of?3D?Scene?in?Higher?Vocational?Education

HUANG?Yaxin

（Jianghan?Art?Vocational?College，?Qianjiang，?Hubei?Province，433100?China）

Abstract：?With?the?rapid?development?of?China's?3D?animation?industry，?the?requirements?of?the?industry?for?technology?are?rising，?software?to?meet?various?needs?is?emerging?in?endlessly，?and?higher?vocational?colleges?should?also?teach?students?according?to?the?needs?of?the?industry.?Substance?Painter?is?a?texture?material?rendering?software，?supports?PBR's?latest?technology?based?on?physical?rendering，?has?the?function?of?real-time?rendering，?enables?users?to?observe?the?changes?of?the?map?texture?in?real?time?in?the?drawing?window，?and?simplifies?the?process?of?making?models.?It?can?help?users?to?produce?high-quality?materials?with?a?more?efficient?process，?so?it?is?widely?favored?by?practitioners?in?3D?animation?production?and?also?plays?an?important?role?in?3D?animation?scene?teaching.?This?paper?takes?the?function?of?Substance?painter?and?the?concept?of?3D?animation?scene?teaching?as?the?starting?point?of?research，?and?discusses?the?application?of?Substance?painter?in?animation?scene?teaching.

Key?Words：?Substance?painter;?Animation?scene?teaching;?Software?application;?Teaching?application

1?Substance?Painter與動(dòng)畫場(chǎng)景教學(xué)的基本概念

1.1?Substance?Painter的基本概念及用途

Substance?Painter是一款新型的貼圖繪制軟件，內(nèi)置全新的3D貼圖繪制程序和特色的粒子繪制工具[1]，專為三維從業(yè)者制作。這款軟件采用的界面和流程都非常清晰，工具排版和Photoshop軟件差不多，學(xué)習(xí)難度不高，使用相對(duì)便捷。這個(gè)軟件在游戲制作、電影后期效果等方面都有比較出色的應(yīng)用，在次世代3D模型的制作中占據(jù)重要地位。支持PBR技術(shù)，可以模擬模型上的水、火、灰塵等效果。可以在三維模型上直接繪制紋理，避免了UV接縫造成的問題，功能非常強(qiáng)大。

該軟件包含大量的筆刷和材料庫，用戶可利用里面的工具快速設(shè)計(jì)出符合要求的圖形紋理模型，使想從事紋理繪制，但手繪水平不佳的使用者也可以進(jìn)行紋理制作，軟件里面的功能很多，而且很全面。例如：軟件具有智能選材的功能，用戶在使用涂料時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)匹配設(shè)計(jì)模板，而不必花費(fèi)額外的時(shí)間去應(yīng)用選擇，實(shí)用且省時(shí)間；軟件還有實(shí)時(shí)的渲染功能與后期處理功能，使用該軟件創(chuàng)建的貼圖可以進(jìn)行渲染處理，如果對(duì)圖像不夠滿意，還可以通過軟件的后期處理功能對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)，如圖1所示。

Substance?Painter作為一款單獨(dú)的貼圖繪制軟件，它使用起來可以不受其他三維軟件的限制，通過導(dǎo)入大多數(shù)主流3D軟件都能夠支持的fbx、obj、3ds、prj、md3、md2、ply、mdl、ase、ask、smd等格式文件進(jìn)行模型參數(shù)的導(dǎo)入。Substance?Painter在動(dòng)畫三維場(chǎng)景制作流程中主要負(fù)責(zé)對(duì)場(chǎng)景模型的材質(zhì)進(jìn)行繪制，軟件中將常用的模型材質(zhì)效果以畫筆筆刷的形式展現(xiàn)出來，使用者可以直接使用筆刷在模型上繪制出所需的貼圖效果。用戶可以使用非破壞性的，基于節(jié)點(diǎn)的，程序化和可編寫腳本的工作流程來自主編寫紋理和材質(zhì)。這種軟件功能使得Substance?Painter可以制作出針對(duì)特定模型的定制化效果，因而在追求精細(xì)畫面的次世代風(fēng)格模型工作流程中應(yīng)用廣泛。Substance?Painter對(duì)三維模型紋理貼圖繪制的定制化能力強(qiáng)，可以調(diào)用大量預(yù)設(shè)幫助繪制，且有實(shí)時(shí)渲染功能。軟件簡單快捷易操作，因此對(duì)于教學(xué)來說是十分實(shí)用的軟件，能夠?yàn)閷W(xué)生在三維動(dòng)畫制作流程中提供助力。

1.2?三維動(dòng)畫場(chǎng)景教學(xué)的基本概念

在動(dòng)畫制作過程中，場(chǎng)景都是畫面的重要構(gòu)成部分，是整個(gè)作品視覺效果的直接體現(xiàn)。場(chǎng)景主要是指角色表演的環(huán)境舞臺(tái)。不同的場(chǎng)景對(duì)應(yīng)不同的故事背景，隨著動(dòng)畫故事的多樣化、多類型發(fā)展，場(chǎng)景的風(fēng)格也愈來愈多，對(duì)場(chǎng)景制作人員的能力要求也愈來愈高。

目前，我國在動(dòng)畫場(chǎng)景設(shè)計(jì)方面與日本、美國等動(dòng)畫強(qiáng)國還有一定的差距，其原因則是多方面的，因而培養(yǎng)適應(yīng)市場(chǎng)需求的動(dòng)畫場(chǎng)景設(shè)計(jì)人才成為近年來關(guān)注的焦點(diǎn)。

2?Substance?Painter在動(dòng)畫場(chǎng)景教學(xué)中的應(yīng)用

2.1?趣味應(yīng)用，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

為了讓學(xué)生在動(dòng)畫場(chǎng)景教學(xué)中體會(huì)到Substance?Painter在動(dòng)畫制作中的應(yīng)用趣味性，激發(fā)其學(xué)習(xí)動(dòng)畫制作興趣。教師會(huì)依據(jù)不同的場(chǎng)景風(fēng)格，播放應(yīng)用三維場(chǎng)景技術(shù)制作的動(dòng)畫片，讓學(xué)生“身臨其境”地感受Substance?Painter的作用。獲得感性認(rèn)知。通過這種寓教于樂的體驗(yàn)方式，有效地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[2]。以“三維場(chǎng)景制作”課程為例，在臨近萬圣節(jié)的課堂教學(xué)，教師可以播放2017年由華特·迪士尼電影工作室、皮克斯動(dòng)畫工作室聯(lián)合出品的圣誕動(dòng)畫《尋夢(mèng)環(huán)游記》，這是一部三維軟件制作的動(dòng)畫片，其靈感源于墨西哥亡靈節(jié)，講述了熱愛音樂的小男孩米格和亡靈樂手?？送性谀鞲缡缴拾邤痰乃篮笫澜纭懊滋靥m”開啟了一段追求理想、拯救家人的冒險(xiǎn)故事。播放完畢后，教師讓學(xué)生思考《尋夢(mèng)環(huán)游記》的三維場(chǎng)景制作方法與流程，學(xué)生互相交流給出自己的思考，最后教師通過播放制作花絮講解動(dòng)畫中場(chǎng)景的制作流程。實(shí)訓(xùn)導(dǎo)入時(shí)，教師可以詢問學(xué)生“能否通過3D建模軟件和Substance?Painter重新制作一個(gè)動(dòng)畫片中的場(chǎng)景模型？”學(xué)生需親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)訓(xùn)訓(xùn)練。以任務(wù)驅(qū)動(dòng)法作為教學(xué)方法，并適時(shí)把握節(jié)日的時(shí)機(jī)，播出當(dāng)前節(jié)日的相關(guān)影片，學(xué)生觀看時(shí)代入感強(qiáng)，更能產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，為后續(xù)教學(xué)產(chǎn)生正強(qiáng)化。

2.2?任務(wù)驅(qū)動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是指，在教學(xué)過程中將學(xué)生要學(xué)習(xí)的內(nèi)容或者知識(shí)點(diǎn)分配成若干個(gè)任務(wù)，學(xué)生在完成任務(wù)的過程中學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)和技能的一種教學(xué)方法[3]。

江漢藝術(shù)職業(yè)學(xué)院系1+X數(shù)字創(chuàng)意建模職業(yè)技能等級(jí)證書考核站點(diǎn)，背靠中科視傳溯創(chuàng)空間平臺(tái)，擁有豐富的技能考試試題及相關(guān)知識(shí)庫。在日常教學(xué)中，將技能考試與教學(xué)結(jié)合起來，讓學(xué)生根據(jù)考試技能要求進(jìn)行實(shí)訓(xùn)練習(xí)，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。在1+X數(shù)字創(chuàng)意建模職業(yè)技能等級(jí)考試中明確要求考生需要對(duì)精細(xì)模型的材質(zhì)進(jìn)行制作，這就需要使用Substance?Painter來進(jìn)行材質(zhì)的針對(duì)性、定制化制作，提升模型效果。在日常的實(shí)訓(xùn)中，學(xué)生將以不同的模型作為材質(zhì)制作的任務(wù)對(duì)象，通過不同任務(wù)對(duì)象的訓(xùn)練，加深學(xué)生對(duì)Substance?Painter的理解，如圖2所示。

該課程在同年級(jí)多個(gè)班級(jí)進(jìn)行，分別給予各班對(duì)該門課程的意見統(tǒng)籌，給學(xué)生發(fā)表觀點(diǎn)機(jī)會(huì)。從不同班級(jí)學(xué)生的反饋來看教師教學(xué)，引發(fā)教師橫向比對(duì)反思，應(yīng)根據(jù)不同班級(jí)特點(diǎn)因材施教，促進(jìn)不同班級(jí)課堂的縱向活力延伸[4]。通過在不同的專業(yè)老師之間縱向?qū)Ρ?，能夠了解到自身的差距，知道課堂的問題所在何處。

2.3?案例教學(xué)，提升應(yīng)用能力

案例教學(xué)法是指以學(xué)生為中心、以案例為基礎(chǔ)，通過呈現(xiàn)案例情境，將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，從而掌握理論、形成觀點(diǎn)、提高能力的一種教學(xué)方式[5]。

通過制作案例進(jìn)行課程授課，能有效提高學(xué)習(xí)效率，如以下高精度制作流程。

2.3.1?導(dǎo)出模型

第一步，應(yīng)用三維軟件制作一個(gè)模型，并把它的UV和一些貼圖準(zhǔn)備好。隨后，把該模型以O(shè)BJ格式導(dǎo)出。

2.3.2?在Substance?Painter軟件中制作基礎(chǔ)材質(zhì)

首先啟動(dòng)軟件，點(diǎn)擊菜單“FILE-NEW（新建）”，點(diǎn)擊“SELECT”選擇OBJ文件，點(diǎn)擊“OK”。

在Substance?Painter在繪制紋理的時(shí)候需要以下貼圖：法線貼圖、世界空間的法線貼圖、ID貼圖、AO貼圖，CURVATURE（曲面）貼圖、位置貼圖、厚度貼圖[6]。由于此時(shí)載入只有模型，沒有其他貼圖。所以，必須利用該軟件的烘焙功能，烘焙出以上貼圖。

點(diǎn)擊BAKE?TEXTURES，左邊的是要烘焙的各種輔助貼圖，帶嘆號(hào)表示需要添加高模配合烘焙，點(diǎn)擊圖標(biāo)添加一個(gè)高模。點(diǎn)擊下面的烘焙按鈕。軟件烘焙完上述貼圖，自動(dòng)載入相應(yīng)的貼圖區(qū)，無需手動(dòng)載入。這些烘焙的貼圖，都在軟件下方的材料架--TEXTURES紋理架子中。

“圖層”管理面板，每個(gè)圖層將會(huì)有四個(gè)通道，它們是BASE?COLOR顏色通道，HEIGHT（類似法線）高度通道，ROUGHNESS粗糙通道、METALLIC金屬通道（類似反射通道）。在“屬性面板”調(diào)節(jié)各通道屬性。

以木頭刷漆模型為例，接下來給模型添加材質(zhì)。首先選擇透明層LAYER1，點(diǎn)擊右側(cè)工具，將其刪除。Substance?Painter自帶100多種材質(zhì)，涵蓋了金屬、木紋、石材、布料等范圍，而且都是程序貼圖，參數(shù)可以隨意調(diào)整。在下面的材質(zhì)面板，搜索中輸入WOOD木頭。找到這個(gè)材質(zhì)，拖到圖層欄中的FILL填充層。

Substance?Painter是基于PBR渲染技術(shù)，在HDRI環(huán)境貼圖的照射下，光線非常逼真。而軟件自帶的材質(zhì)也很逼真，顯示的效果非常好。選擇右側(cè)屬性面板，把紋理UV旋轉(zhuǎn)一下，調(diào)整到合適的角度，但紋理貼貼上以后，由于UV的關(guān)系，可能會(huì)出現(xiàn)接縫。將projection的投射方式由UV方式更改為平面投射方式可以解決這一問題。在屬性面板中可以調(diào)整WOOD木頭參數(shù)，如顏色、表面噪點(diǎn)等。

添加一層油漆材質(zhì)。把它拖到WOOD木頭上面。發(fā)現(xiàn)模型的材質(zhì)變成了藍(lán)色油漆。由于Substance?Painter中圖層也是有優(yōu)先級(jí)的，最下邊的先計(jì)算，顯示結(jié)果是由上層覆蓋下層。所以上邊的油漆覆蓋掉下層的木紋。

此時(shí)油漆上有木紋痕跡，這是因?yàn)橄旅娴腤OOD木頭有高度通道，高度信息會(huì)影響整個(gè)材質(zhì)的法線貼圖。選擇WOOD木頭那層，點(diǎn)擊HEIGHT，關(guān)閉它。

2.3.3?在Substance?Painter軟件中繪制圖案

首先添加一個(gè)透明層，在視圖中，按ALT+SHIFT+鼠標(biāo)左鍵，把模型調(diào)正。

點(diǎn)擊文件FILE——選擇輸入圖像到項(xiàng)目中。選擇一個(gè)用PS處理背景透明的PNG圖像。圖片文件導(dǎo)入項(xiàng)目后，點(diǎn)擊紋理面板找到目標(biāo)圖像。

在筆刷面板，選擇一個(gè)筆刷，保留COLOR通道，把圖案拖入下面的材質(zhì)中。

打開映射開關(guān)，按住S鍵，配合鼠標(biāo)左中右鍵，平移、縮放、旋轉(zhuǎn)調(diào)整圖片到模型正中位置。

然后用鼠標(biāo)左鍵涂抹。涂抹繪制好之后關(guān)閉映射，圖案就繪制到模型上了。點(diǎn)擊橡皮，擦掉不需要的部分。

2.3.4?在Substance?Painter軟件中制作材質(zhì)做舊效果

首先點(diǎn)擊油漆那層，添加一個(gè)白色MASK遮罩。遮罩的規(guī)則是：白色遮罩全部透過，顯示該層材質(zhì)；如果涂純黑色，則不顯示該層材質(zhì)，露出下面的材質(zhì)；涂灰色則按顏色深淺呈現(xiàn)半透明。

選擇一個(gè)SANDPAPER砂紙筆刷。筆刷顏色默認(rèn)為黑色；點(diǎn)擊白色遮罩，表示要對(duì)它繪制。按CTRL+鼠標(biāo)右鍵調(diào)整筆刷大小，CTRL+左鍵調(diào)整流量大小。在模型的棱角處一點(diǎn)點(diǎn)涂抹。不斷地變換大小、流量、筆刷樣式。繪制過后油漆好像是被擦掉一樣，實(shí)際上是它的遮罩起作用：涂的黑色部分，禁止油漆顯示，灰色的地方，顯示一部分，下面的木紋就透露出來了。

選擇新的筆刷，SCRATCHES劃痕。調(diào)整顏色，灰度控制深淺，越黑則重，越白越輕；調(diào)整筆刷大小、顏色、流量，繪制表面的劃痕。

類似墻面，靠近地面的容易臟。可以通過軟件特效功能模仿這種效果：首先雙擊各個(gè)圖層，把各個(gè)圖層更換一下名稱。點(diǎn)擊填充層按鈕，添加一個(gè)填充層。改名字為污垢；保留COLOR和HEIGHT通達(dá)。高度通道往右偏一點(diǎn)，給一些高度，不要太大；添加一個(gè)黑色遮罩，該層材質(zhì)全部隱藏。點(diǎn)擊黑色遮罩添加一個(gè)“生成器”，點(diǎn)擊生成器按鈕，查看彈出的生成器菜單，里邊有各種劃痕、污垢等生成器。選擇ground?dirt地面污垢，這個(gè)生成器可以借助POSITION貼圖工作，可以模擬地面造成的污漬效果。

2.3.5?輸出

點(diǎn)擊菜單—FILE—導(dǎo)出紋理。首先設(shè)置導(dǎo)出貼圖的大小，越大越清晰，但越耗資源。然后選擇配置，這里可以隨意定制要輸出的貼圖，再由Substance?Painter為你轉(zhuǎn)化。常用預(yù)設(shè)UNITY5?標(biāo)準(zhǔn)。在這個(gè)預(yù)設(shè)里將輸出顏色貼圖（Albedo）、反射貼圖（Metal）、法線貼圖（Normal）、發(fā)光貼圖（Emission）。刪除不需要的貼圖類型。最后返回菜單，選擇導(dǎo)出按鈕。

2.3.6?渲染。

在CINEMA?4D中渲染，因?yàn)镃INEMA?4D不支持PBR渲染，所以需要操作者手動(dòng)構(gòu)建一個(gè)環(huán)境。

首先建立一個(gè)天空，再建立一個(gè)材質(zhì)，在材質(zhì)發(fā)光通道內(nèi)載入一個(gè)HDR貼圖，充當(dāng)反射環(huán)境和光源。

再建立一個(gè)材質(zhì)，顏色通道載入顏色貼圖；在法線通道載入法線貼圖。在粗糙度和反射強(qiáng)度的紋理子通道下，載入相應(yīng)的貼圖。

在渲染設(shè)置內(nèi)打開“?渲染用全局光渲染”，否則HDR不起作用。

2.3.7?測(cè)試。

一個(gè)游戲模型制作完成之后，最好的方法就是到Marmoset?Toolbag中去測(cè)試。

首先將模型文件拖入軟件中。雙擊材質(zhì)，選擇ALBEDO顏色貼圖，導(dǎo)入反射貼圖，導(dǎo)入法線貼圖。

改變場(chǎng)景中的HDRI貼圖，調(diào)整亮度強(qiáng)度等參數(shù)。鼠標(biāo)的操作方法基本與SUBSTACE?PAINTER一致。再更換一下環(huán)境，觀察效果是否符合預(yù)期，有問題及時(shí)修改。

案例到此完全結(jié)束。隨后讓學(xué)生根據(jù)演練的流程開始進(jìn)行實(shí)操，強(qiáng)化自身的動(dòng)手操作能力與應(yīng)變能力。

2.4?模擬操作，強(qiáng)化實(shí)操能力

通過教師的流程操作，教師可以安排學(xué)生在課后選擇順序模式或自由模式有針對(duì)性地對(duì)內(nèi)容進(jìn)行模擬，如上文中提到的高精度模型制作，嘗試自己進(jìn)行實(shí)際操作，也可以讓學(xué)生對(duì)高精度模型制作流程進(jìn)行自主探索，尋找更加適合自己的流程方法，研究Substance?Painter在這一系列過程中具有什么樣的作用。

2.5?邊用邊改，完善系統(tǒng)功能

在動(dòng)畫三維場(chǎng)景教學(xué)過程中，可以在操作流程的演練或者是講授內(nèi)容的過程中，對(duì)Substance?Painter的操作技巧進(jìn)行邊操作邊修改完善，遇到一個(gè)問題解決一個(gè)問題，增強(qiáng)自身解決問題的能力。通過教學(xué)過程中的情況和學(xué)生的反饋，總結(jié)教學(xué)后記，詢問其他教師的建議，收集學(xué)生作業(yè)的完成情況。及時(shí)修改、不斷完善，使教學(xué)效果能夠不斷地正向提升。

3?結(jié)語

綜上所述，Substance?Painter在動(dòng)畫場(chǎng)景教學(xué)中具有重要的作用，其與其他軟件進(jìn)行相互協(xié)作，運(yùn)用好Substance?Painter的強(qiáng)大之處，這將會(huì)提升動(dòng)畫的制作周期與質(zhì)量。三維模型的紋理材質(zhì)制作有多種軟件，但Substance?Painter能以繪制的形式制作材質(zhì)，自主性更強(qiáng)，可以針對(duì)性地制作模型材質(zhì)，在三維動(dòng)畫制作流程中廣泛使用。由此可見，Substance?Painter在動(dòng)畫場(chǎng)景教學(xué)中起到了關(guān)鍵性的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 閆嘉樂.淺談近年來游戲美術(shù)制作流程的變化[J].文藝生活·下旬刊，2018（3）：278[2] 白耀鵬.礦井入課堂教學(xué)情景化：虛擬仿真在教學(xué)中的運(yùn)用[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2020（3）：228-229.