高職三維場景課程教學中的Substance painter軟件應用

黃雅欣

摘要：隨著我國三維動畫產業的快速發展，產業對技術的要求水漲船高，滿足各類需求的軟件層出不窮，高職院校在學生教育中也應對照產業需求進行教授。Substance?Painter是一款紋理材質繪制軟件，支持PBR基于物理渲染最新技術，具有實時渲染的功能，讓使用者可以在繪制窗口上實時觀察貼圖紋理變化，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量的材質，其在三維動畫制作中廣受從業者青睞，在三維動畫場景教學中也具有重要的作用。文章以Substance?painter的功能與三維動畫場景教學的概念為研究的切入點，探討Substance?painter在動畫場景教學中的應用。

關鍵詞：Substance?painter??動畫場景教學??軟件應用??教學應用

中圖分類號：G64????文獻標識碼：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與動畫場景教學的基本概念

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，學習難度不高，使用相對便捷。這個軟件在游戲制作、電影后期效果等方面都有比較出色的應用，在次世代3D模型的制作中占據重要地位。支持PBR技術，可以模擬模型上的水、火、灰塵等效果?？梢栽谌S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計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，系統會自動匹配設計模板，而不必花費額外的時間去應用選擇，實用且省時間；軟件還有實時的渲染功能與后期處理功能，使用該軟件創建的貼圖可以進行渲染處理，如果對圖像不夠滿意，還可以通過軟件的后期處理功能對圖像進行增強，如圖1所示。

Substance?Painter作為一款單獨的貼圖繪制軟件，它使用起來可以不受其他三維軟件的限制，通過導入大多數主流3D軟件都能夠支持的fbx、obj、3ds、prj、md3、md2、ply、mdl、ase、ask、smd等格式文件進行模型參數的導入。Substance?Painter在動畫三維場景制作流程中主要負責對場景模型的材質進行繪制，軟件中將常用的模型材質效果以畫筆筆刷的形式展現出來，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，基于節點的，程序化和可編寫腳本的工作流程來自主編寫紋理和材質。這種軟件功能使得Substance?Painter可以制作出針對特定模型的定制化效果，因而在追求精細畫面的次世代風格模型工作流程中應用廣泛。Substance?Painter對三維模型紋理貼圖繪制的定制化能力強，可以調用大量預設幫助繪制，且有實時渲染功能。軟件簡單快捷易操作，因此對于教學來說是十分實用的軟件，能夠為學生在三維動畫制作流程中提供助力。

1.2?三維動畫場景教學的基本概念

在動畫制作過程中，場景都是畫面的重要構成部分，是整個作品視覺效果的直接體現。場景主要是指角色表演的環境舞臺。不同的場景對應不同的故事背景，隨著動畫故事的多樣化、多類型發展，場景的風格也愈來愈多，對場景制作人員的能力要求也愈來愈高。

目前，我國在動畫場景設計方面與日本、美國等動畫強國還有一定的差距，其原因則是多方面的，因而培養適應市場需求的動畫場景設計人才成為近年來關注的焦點。

2?Substance?Painter在動畫場景教學中的應用

2.1?趣味應用，激發學習興趣

為了讓學生在動畫場景教學中體會到Substance?Painter在動畫制作中的應用趣味性，激發其學習動畫制作興趣。教師會依據不同的場景風格，播放應用三維場景技術制作的動畫片，讓學生“身臨其境”地感受Substance?Painter的作用。獲得感性認知。通過這種寓教于樂的體驗方式，有效地激發了學生的學習興趣[2]。以“三維場景制作”課程為例，在臨近萬圣節的課堂教學，教師可以播放2017年由華特·迪士尼電影工作室、皮克斯動畫工作室聯合出品的圣誕動畫《尋夢環游記》，這是一部三維軟件制作的動畫片，其靈感源于墨西哥亡靈節，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、拯救家人的冒險故事。播放完畢后，教師讓學生思考《尋夢環游記》的三維場景制作方法與流程，學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畫中場景的制作流程。實訓導入時，教師可以詢問學生“能否通過3D建模軟件和Substance?Painter重新制作一個動畫片中的場景模型？”學生需親自動手進行實訓訓練。以任務驅動法作為教學方法，并適時把握節日的時機，播出當前節日的相關影片，學生觀看時代入感強，更能產生學習興趣，為后續教學產生正強化。

2.2?任務驅動，增強學習內驅力

任務驅動教學法是指，在教學過程中將學生要學習的內容或者知識點分配成若干個任務，學生在完成任務的過程中學習相關知識和技能的一種教學方法[3]。

江漢藝術職業學院系1+X數字創意建模職業技能等級證書考核站點，背靠中科視傳溯創空間平臺，擁有豐富的技能考試試題及相關知識庫。在日常教學中，將技能考試與教學結合起來，讓學生根據考試技能要求進行實訓練習，以任務為驅動，增強學生學習動力。在1+X數字創意建模職業技能等級考試中明確要求考生需要對精細模型的材質進行制作，這就需要使用Substance?Painter來進行材質的針對性、定制化制作，提升模型效果。在日常的實訓中，學生將以不同的模型作為材質制作的任務對象，通過不同任務對象的訓練，加深學生對Substance?Painter的理解，如圖2所示。

該課程在同年級多個班級進行，分別給予各班對該門課程的意見統籌，給學生發表觀點機會。從不同班級學生的反饋來看教師教學，引發教師橫向比對反思，應根據不同班級特點因材施教，促進不同班級課堂的縱向活力延伸[4]。通過在不同的專業老師之間縱向對比，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，提升應用能力

案例教學法是指以學生為中心、以案例為基礎，通過呈現案例情境，將理論與實踐緊密結合，引導學生發現問題、分析問題、解決問題，從而掌握理論、形成觀點、提高能力的一種教學方式[5]。

通過制作案例進行課程授課，能有效提高學習效率，如以下高精度制作流程。

2.3.1?導出模型

第一步，應用三維軟件制作一個模型，并把它的UV和一些貼圖準備好。隨后，把該模型以OBJ格式導出。

2.3.2?在Substance?Painter軟件中制作基礎材質

首先啟動軟件，點擊菜單“FILE-NEW（新建）”，點擊“SELECT”選擇OBJ文件，點擊“OK”。

在Substance?Painter在繪制紋理的時候需要以下貼圖：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。

點擊BAKE?TEXTURES，左邊的是要烘焙的各種輔助貼圖，帶嘆號表示需要添加高模配合烘焙，點擊圖標添加一個高模。點擊下面的烘焙按鈕。軟件烘焙完上述貼圖，自動載入相應的貼圖區，無需手動載入。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，每個圖層將會有四個通道，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”調節各通道屬性。

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

Substance?Painter是基于PBR渲染技術，在HDRI環境貼圖的照射下，光線非常逼真。而軟件自帶的材質也很逼真，顯示的效果非常好。選擇右側屬性面板，把紋理UV旋轉一下，調整到合適的角度，但紋理貼貼上以后，由于UV的關系，可能會出現接縫。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整WOOD木頭參數，如顏色、表面噪點等。

添加一層油漆材質。把它拖到WOOD木頭上面。發現模型的材質變成了藍色油漆。由于Substance?Painter中圖層也是有優先級的，最下邊的先計算，顯示結果是由上層覆蓋下層。所以上邊的油漆覆蓋掉下層的木紋。

此時油漆上有木紋痕跡，這是因為下面的WOOD木頭有高度通道，高度信息會影響整個材質的法線貼圖。選擇WOOD木頭那層，點擊HEIGHT，關閉它。

2.3.3?在Substance?Painter軟件中繪制圖案

首先添加一個透明層，在視圖中，按ALT+SHIFT+鼠標左鍵，把模型調正。

點擊文件FILE——選擇輸入圖像到項目中。選擇一個用PS處理背景透明的PNG圖像。圖片文件導入項目后，點擊紋理面板找到目標圖像。

在筆刷面板，選擇一個筆刷，保留COLOR通道，把圖案拖入下面的材質中。

打開映射開關，按住S鍵，配合鼠標左中右鍵，平移、縮放、旋轉調整圖片到模型正中位置。

然后用鼠標左鍵涂抹。涂抹繪制好之后關閉映射，圖案就繪制到模型上了。點擊橡皮，擦掉不需要的部分。

2.3.4?在Substance?Painter軟件中制作材質做舊效果

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

選擇一個SANDPAPER砂紙筆刷。筆刷顏色默認為黑色；點擊白色遮罩，表示要對它繪制。按CTRL+鼠標右鍵調整筆刷大小，CTRL+左鍵調整流量大小。在模型的棱角處一點點涂抹。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。調整顏色，灰度控制深淺，越黑則重，越白越輕；調整筆刷大小、顏色、流量，繪制表面的劃痕。

類似墻面，靠近地面的容易臟?？梢酝ㄟ^軟件特效功能模仿這種效果：首先雙擊各個圖層，把各個圖層更換一下名稱。點擊填充層按鈕，添加一個填充層。改名字為污垢；保留COLOR和HEIGHT通達。高度通道往右偏一點，給一些高度，不要太大；添加一個黑色遮罩，該層材質全部隱藏。點擊黑色遮罩添加一個“生成器”，點擊生成器按鈕，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

點擊菜單—FILE—導出紋理。首先設置導出貼圖的大小，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為你轉化。常用預設UNITY5?標準。在這個預設里將輸出顏色貼圖（Albedo）、反射貼圖（Metal）、法線貼圖（Normal）、發光貼圖（Emission）。刪除不需要的貼圖類型。最后返回菜單，選擇導出按鈕。

2.3.6?渲染。

在CINEMA?4D中渲染，因為CINEMA?4D不支持PBR渲染，所以需要操作者手動構建一個環境。

首先建立一個天空，再建立一個材質，在材質發光通道內載入一個HDR貼圖，充當反射環境和光源。

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

在渲染設置內打開“?渲染用全局光渲染”，否則HDR不起作用。

2.3.7?測試。

一個游戲模型制作完成之后，最好的方法就是到Marmoset?Toolbag中去測試。

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

改變場景中的HDRI貼圖，調整亮度強度等參數。鼠標的操作方法基本與SUBSTACE?PAINTER一致。再更換一下環境，觀察效果是否符合預期，有問題及時修改。

案例到此完全結束。隨后讓學生根據演練的流程開始進行實操，強化自身的動手操作能力與應變能力。

2.4?模擬操作，強化實操能力

通過教師的流程操作，教師可以安排學生在課后選擇順序模式或自由模式有針對性地對內容進行模擬，如上文中提到的高精度模型制作，嘗試自己進行實際操作，也可以讓學生對高精度模型制作流程進行自主探索，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，完善系統功能

在動畫三維場景教學過程中，可以在操作流程的演練或者是講授內容的過程中，對Substance?Painter的操作技巧進行邊操作邊修改完善，遇到一個問題解決一個問題，增強自身解決問題的能力。通過教學過程中的情況和學生的反饋，總結教學后記，詢問其他教師的建議，收集學生作業的完成情況。及時修改、不斷完善，使教學效果能夠不斷地正向提升。

3?結語

綜上所述，Substance?Painter在動畫場景教學中具有重要的作用，其與其他軟件進行相互協作，運用好Substance?Painter的強大之處，這將會提升動畫的制作周期與質量。三維模型的紋理材質制作有多種軟件，但Substance?Painter能以繪制的形式制作材質，自主性更強，可以針對性地制作模型材質，在三維動畫制作流程中廣泛使用。由此可見，Substance?Painter在動畫場景教學中起到了關鍵性的應用。

參考文獻

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