PBR-материалы для игр устроены так, чтобы поверхность вела себя предсказуемо при любом освещении. Правило простое: описываем свойства материала, а не то, как он выглядит в конкретной сцене. Нарушение этого правила и есть источник почти всех ошибок.
Посмотрим, за что отвечает каждая карта, как они собираются в слоистый материал на примере ржавого металла, какие значения имеют физический смысл, где новички ошибаются систематически и что специфично именно для игр.
Логика подхода
Основа, из которой следуют все правила.
До появления этого стандарта художники рисовали в текстуре всё сразу: цвет, тени, блики, отражения. Материал выглядел хорошо при одном освещении и разваливался при другом.
Новый подход разделяет ответственность. Художник описывает физические свойства поверхности, движок считает, как она выглядит при конкретном свете.
Отсюда главное правило: в картах не должно быть освещения. Ни теней, ни бликов, ни направленного света.
Второе следствие: материал, собранный правильно, работает и в дневной сцене, и в ночной, и в студийной без переделки.
Базовый цвет
Карта, которую портят чаще остальных.
Она описывает собственный цвет поверхности при равномерном освещении. Это не то, что вы видите на фотографии.
Что в неё не должно попадать: тени, блики, отражения, засветы, следы направленного света.
Физические ограничения по яркости. Нет материалов темнее определённого предела: даже уголь отражает часть света. Нет материалов светлее другого предела: даже свежий снег отражает не всё.
Практическое следствие: значения в крайних точках диапазона физически невозможны. Чисто чёрный базовый цвет означает поверхность, поглощающую весь свет, а такой нет.
Именно поэтому отсканированные фотографии требуют обработки: с них надо снять освещение.
Металличность
Параметр, который следует понимать как переключатель.
Он определяет не степень блеска, а принцип поведения поверхности.
Неметалл: имеет собственный цвет, отражает свет нейтрально, отражение слабое.
Металл: не имеет собственного цвета в обычном смысле, окрашивает отражение, отражает сильно.
Ключевое: промежуточных значений в природе почти не бывает. Поверхность либо металл, либо нет.
Где промежуточные значения уместны: только на границах, где один материал переходит в другой, например на краю облупившейся краски.
Типичная ошибка: поставить металличность в среднее значение, чтобы сделать поверхность блестящей. Для блеска существует другая карта.
Шероховатость
Карта, дающая больше всего выразительности.
Она описывает микрорельеф поверхности: насколько неровна она на уровне, который глаз не различает.
Гладкая поверхность даёт чёткое отражение, шероховатая размытое.
Это самая информативная карта из всех: именно по неоднородности шероховатости считывается история предмета. Затёртые места глаже, поцарапанные матовее, влажные участки глаже сухих.
Практическое правило: равномерная шероховатость это признак недоделанной работы. В реальности она не бывает однородной.
Отдельно про обозначения: в разных системах карта называется по-разному и иногда инвертирована. Проверять надо, что означают светлые участки.
Карта нормалей
Имитация рельефа без геометрии.
Она хранит направление поверхности в каждой точке и обманывает расчёт освещения.
Что работает: мелкие детали, поры, царапины, швы, фактура.
Что не работает: силуэт. Объект остаётся плоским по краям, и при взгляде вдоль поверхности обман виден.
Техническая тонкость: существуют две системы координат для таких карт, и они несовместимы. Неверный выбор даёт вывернутый рельеф. Симптом: выпуклости выглядят вмятинами.
Разбор процедуры получения есть в материале про запекание карт.
Перекрытие и дополнительные карты
Что ещё встречается в наборе.
Карта перекрытия. Показывает, где поверхность затенена сама собой. В современных движках с честным расчётом освещения нужна не всегда, но для мобильных платформ остаётся актуальной.
Карта высоты. Даёт настоящее смещение геометрии или параллакс-эффект. Дороже карты нормалей, но работает на силуэте.
Карта прозрачности. Для листвы, решёток, сеток.
Карта свечения. Для светящихся элементов.
Не все нужны всегда. Минимальный рабочий набор это базовый цвет, металличность, шероховатость, нормали.
Упаковка каналов
Приём, специфичный для игр.
Металличность, шероховатость и перекрытие это одноканальные данные: каждая описывается одним числом.
Хранить их тремя отдельными текстурами расточительно. Вместо этого их складывают в три цветовых канала одной текстуры.
Экономия втрое по памяти и по числу обращений при отрисовке.
Что важно: порядок каналов должен быть одинаков по всему проекту, иначе начинается путаница. Обычно он задаётся стандартом проекта.
Второе: упакованная текстура не должна проходить цветовое преобразование. Это данные, а не изображение.
Плотность текселя
Понятие, определяющее согласованность проекта.
Это сколько пикселей текстуры приходится на единицу поверхности.
Если у одного объекта она вдвое выше, чем у соседнего, в кадре это видно сразу: один чёткий, другой мыльный.
Значение выбирается один раз на проект и фиксируется. Дальше все ассеты приводятся к нему.
Отсюда следствие для развёртки: она должна быть равномерной. Растянутый участок получит меньше пикселей на ту же площадь.
Практическая проверка: наложить клетчатую текстуру и убедиться, что клетки одинаковы везде и на всех объектах сцены.
Сжатие текстур
Техническая сторона, влияющая на качество.
В игре текстуры хранятся сжатыми. Сжатие с потерями, и разные типы карт переносят его по-разному.
Базовый цвет терпит сжатие хорошо: артефакты незаметны на цветном изображении.
Карты нормалей чувствительнее: артефакты дают заметную рябь на гладких поверхностях. Для них применяют специальные форматы.
Упакованные карты данных тоже страдают, и особенно шероховатость: артефакты проявляются как пятна на отражениях.
Практический вывод: формат сжатия выбирается под тип карты, а не один на всё.
Где ошибаются новички
Список по частоте.
Освещение в базовом цвете. Тени и блики, вшитые в текстуру. Материал ломается при смене света.
Средняя металличность. Попытка получить блеск не той картой.
Равномерная шероховатость. Поверхность выглядит однородной и неживой.
Крайние значения яркости. Физически невозможные материалы.
Неверное цветовое пространство карт. Данные обрабатываются как изображение и искажаются.
Разная плотность текселя по проекту. Объекты выглядят из разных игр.
Пятый пункт коварен: ошибка неочевидна, а материал ведёт себя странно при любых настройках.
Цветовое пространство карт
Момент, заслуживающий отдельного внимания.
Базовый цвет это изображение: он проходит преобразование, учитывающее восприятие глаза.
Все остальные карты это данные: числа, которые должны попасть в расчёт без изменений.
Если данные обработать как изображение, значения исказятся нелинейно. Шероховатость станет неверной, нормали поплывут.
Симптом: материал выглядит правильно в одном пакете и неправильно в другом.
Проверка простая: у всех карт кроме базового цвета и карты свечения должно стоять линейное пространство.
Слои и смешение материалов
Подход, отличающий проработанный ассет от базового.
Реальная поверхность это не один материал, а несколько, наложенных друг на друга. Металл, на нём краска, на ней грязь, поверх пыль.
Каждый слой имеет свои значения всех карт и свою маску, определяющую, где он виден.
Маски строятся не случайно, а по логике: по кривизне для потёртостей, по перекрытию для грязи, по направлению вверх для пыли.
Практическое следствие: маски важнее самих материалов. Идеально настроенный металл под случайно раскиданной грязью выглядит хуже среднего металла с осмысленными масками.
В запечённом виде все слои схлопываются в один набор карт, и движок о них не знает.
Тайловые материалы и трим-листы
Производственный подход для больших объектов.
Уникальная развёртка для каждой стены здания означает гигантские текстуры. Стоит ли ради развёртки платить за отдельный инструмент, разобрано в сравнении RizomUV и Blender. Вместо этого используют повторяющиеся материалы.
Тайловый материал накладывается с повторением и покрывает любую площадь при постоянной плотности.
Трим-лист это полоса с набором элементов: кромки, панели, профили, швы. Развёртка объекта раскладывается по этим полосам, и одна текстура обслуживает десятки ассетов.
Что это даёт: одинаковая чёткость на объектах любого размера и экономия памяти в разы.
Чем платят: меньшей уникальностью. Поэтому на видных местах добавляют отдельный слой уникальных деталей поверх.
Проверка материала
Что смотреть перед сдачей.
Посмотреть при трёх разных освещениях: дневном, ночном, студийном. Правильный материал везде выглядит собой.
Посмотреть на базовый цвет отдельно: нет ли там теней и бликов.
Проверить крайние значения яркости.
Проверить, не выглядят ли выпуклости вмятинами.
Сравнить плотность текселя с эталонным ассетом проекта.
Дополнительные требования к игровым ассетам разобраны в материале про оптимизацию.
Проверять всё это удобнее на предмете со сложными поверхностями: наушники собирают в одном объекте пластик, металлическую сетку и мягкую кожу.
Частые вопросы
Можно ли ставить металличность в среднее значение?
Только на границах перехода между материалами. Для регулировки блеска существует карта шероховатости, и именно она для этого предназначена.
Почему рельеф выглядит вывернутым?
Неверная система координат карты нормалей или инвертированный зелёный канал. Это две разные причины с одинаковым симптомом.
Зачем упаковывать карты в каналы?
Экономия памяти втрое и меньше обращений к текстурам при отрисовке. Для игр это заметно, для офлайн-рендера не обязательно.
Как убрать освещение с фотографии?
Обработкой изображения или специальными инструментами, оценивающими и снимающими свет. Полностью получается не всегда, и лучше снимать в ровном рассеянном освещении.
Нужна ли карта перекрытия в современных движках?
При честном расчёте освещения она частично избыточна, но для мелких деталей и для мобильных платформ остаётся полезной.
Посмотрите на свой базовый цвет отдельно и поищите там тени и блики. Это первая и самая частая ошибка, из-за которой материал ломается при смене света.