Realistisches menschliches 3D-Modell: die Haut
Für ein realistisches Rendering menschlicher Haut müssen wir uns die für den Haut-Shader verwendeten Texturen genauer ansehen. In dieser Schritt-für-Schritt-Anleitung zeigt unser Senior 3D Artist Jēkabs Jaunarājs seine Methoden zur Erstellung dieser Texturen.
Vor einiger Zeit habe ich Alina erstellt, ein realistisches menschliches 3D-Modell, auf das ich mich in diesem Artikel beziehen werde, der sich auf die Texturarbeit und Überlegungen zur Erstellung natürlich aussehender Haut konzentriert.
Dieser Artikel ist der dritte in meiner Blogserie über die Entstehung von Alina. Der erste Artikel konzentrierte sich auf Augenund die zweite auf Haare und Zähne.
3D-Modell der Haut
Eine realistische Hautdarstellung hängt hauptsächlich von Ihrem Shader ab, der sich wiederum stark auf Texturen stützt. In diesem Fall ist die Orientierung an der Natur (echte menschliche Haut) der beste Ansatz.
Die beste Annäherung, mit der ein 3D-Künstler arbeiten kann, sind Photogrammetrie-Scans von echten Menschen. Diese Methode hat jedoch viele Nachteile. Bei einer diffusen Textur, die aus Photogrammetrie-Bildern auf das Modell projiziert wird, gibt es eine Menge Probleme:
- Selbstschattierung und Umgebungsokklusion;
- Reflektionen auf glänzenden Oberflächen (z. B. Augen);
- Haare, Augenbrauen und Wimpern ragen auf die Haut;
- Projektionsfehler (d. h. ein Teil des Ohrs wird auf den Hals projiziert).
Testputz für die Haut.
Weitere Bilder auf Jēkabs' ArtStation.
Trotz dieser Probleme ist dies mein Ausgangspunkt für die Texturierung, denn alle Merkmale sind real und nichts ist erfunden oder unauthentisch. Ich folge der Referenz und male die problematischen Bereiche manuell, um sie so zu gestalten, wie sie sein sollten.
Aber ich werde später auf die Texturerstellung zurückkommen, denn der erste Schritt ist ja die Erstellung der UVs, und da gibt es einige wichtige Punkte zu beachten.
Nutzen Sie die Texeldichte zu Ihrem Vorteil
Die Texeldichte gibt an, wie viele Texturpixel einer Längeneinheit Ihres 3D-Modells zugewiesen werden, und sie ist wichtig, da die Texturgröße eine begrenzte Ressource ist.
Verschiedene Teile eines Netzes können unterschiedliche Texeldichten haben. Es ist am besten, den Teilen des Netzes, die eine größere Auswirkung haben, eine höhere Texeldichte zuzuweisen, und den Teilen, die keine Auswirkung haben, eine niedrigere.
In der Praxis sollten Sie dem Gesicht mehr Texeldichte zuweisen: Nase, Augenbrauen und Lippen, weniger dem Hals und den Ohren und viel weniger dem Kopfhautbereich, wenn er von Haaren bedeckt ist. Mit anderen Worten: Skalieren Sie beim Entpacken Ihres Meshes die wichtigen Bereiche nach oben und die unbedeutenden Bereiche nach unten.
UDIMs-Technik
Wenn Sie diese Beschränkung der Texturgröße überwinden möchten, sollten Sie UDIMs in Betracht ziehen, eine fortschrittlichere Technik zum Packen Ihrer UV-Inseln in den Texturbereich.
UDIMs-Technik: mehrere individuelle Textursätze für ein einziges Modell.
Zunächst ein wenig Fachjargon: "Textursatz" bezieht sich auf die Liste der Texturen, die in einem Shader zusammenarbeiten sollen (d. h. Diffus-, Normal- und Rauhigkeitstexturen). Bei UDIMs wird ein einziger Textursatz in mehrere einzelne Sätze aufgeteilt, was auch bei meinem Modell der Fall ist.
Wenn Sie Ihren UV-Raum für UDIMs vorbereiten, sollten Sie vor allem daran denken, dass unser UV-Raum in diskrete Einheiten unterteilt ist (jede Einheit wird zu einem eigenen Texturset), jede mit einer eigenen Adresse, genau wie ein Schachtisch im wirklichen Leben. Es kann keine negativen U- oder V-Koordinatenwerte geben, also legen Sie Ihre UV-Inseln nur in den oberen rechten Quadranten des UV-Raums.
Ein technischer Hinweis für fortgeschrittene Benutzer: Es ist möglich, mehrere UV-Sets und UDIMs-Sets für dasselbe Mesh zu haben. Ein einzelnes Mesh kann eine Sammlung verschiedener Layouts und verschiedene Textursätze für diese Layouts haben.
Verdrängungskarte
Fragment einer Verschiebungskarte für die Lippen.
Eine Verschiebungskarte ist eine Karte, die die Geometrie selbst verändert. Im Wesentlichen bewegt (oder verschiebt) eine Verschiebungskarte nach der Unterteilung die tatsächliche geometrische Position der Punkte über die Maschenoberfläche.
Das Netz wird in Richtung der Polygonnormalen bewegt, indem seine Oberfläche entweder nach außen oder nach innen geschoben wird. Auf diese Weise ist es möglich, mit einer vereinfachten Version in der 3D-Software zu arbeiten und dennoch alle Details der Skulptur mit hoher Polygonzahl zur Rendering-Zeit zu erhalten.
Displacement Maps werden nie gemalt. Sie werden von der höchsten Unterteilungsebene der Skulptur bis zur niedrigsten Ebene gebacken. Es ist auch am besten, um sie als .exr mit entweder 16 oder 32 Bit zu speichern, weil es für viel, viel mehr Höhe Informationen im Vergleich zu den Standard-8-Bit-Bilder gespeichert werden können.
Diffuse Karte der Haut
Die endgültige diffuse Textur verteilt auf 4 UDIMs-Kacheln.
Eine diffuse Karte der Haut sollte berücksichtigen, dass die menschliche Haut je nach Körperteil sehr unterschiedlich aussieht. Ich kenne einige dieser Unterschiede als Tatsache, und einige sind nur meine Beobachtungen aus Referenzen, die möglicherweise nicht auf jeden Fall zutreffen:
- Die zinnoberrote Grenze grenzt die dünne Haut der Lippen von der angrenzenden normalen Haut ab;
- Weiße Rolle ist ein heller Hautstreifen über dem Zinnoberrand der Oberlippe. Er verleiht der Figur ein jugendliches Aussehen;
- Die Haut ist in der Regel Rötlich um die Nase;
- Die Region Die Augenpartie wirkt dunkler.
Die diffuse Karte sollte überhaupt keine Schatten aufweisen. Sie enthält nur Informationen zur Oberflächenfarbe, sonst nichts.
Hautreflexionen
Rauhigkeitskarte verteilt auf 4 UDIMs-Kacheln.
Die menschliche Haut erzeugt verschiedene Reflexionen. Der beste Weg, sie zu erstellen, ist, sowohl die Rauheits- als auch die Spiegelungsmaps zu malen. Es kann ein wenig verwirrend sein, was die Unterschiede zwischen diesen beiden sind, so lassen Sie mich erklären:
- Die Materialrauhigkeit bestimmt, wie scharf oder diffus die Reflexionen sind. Beispiele für geringe Rauheit sind Spiegel, polierte Metalle und Glas. Zu den Materialien mit hoher Rauheit gehören Beton, Gummi und Textilien.
- Die Glanzgrad des Materials bestimmt, wie reflektierend die Oberfläche ist. Stark reflektierende Oberflächen sind polierte oder raue Metalle, Kunststoffe und Schnee. Schwach reflektierende Oberflächen sind Holzkohle, Stoffe und Holz.
Specular Map verteilt auf 4 UDIMs-Kacheln.
Bei Alina habe ich die geringste Rauheit für die Lippen und Augenlider gewählt. In meiner Schwarz-Weiß-Rauheitstextur habe ich diese schwarz eingefärbt, und die rauesten Bereiche blieben fast weiß. Für die dazwischen liegenden Bereiche habe ich alle Grautöne verwendet.
Dann malte ich die Specular Map und passte sie immer wieder an, bis die Testrenderings für mich richtig aussahen.
Lack- oder Klarlackschicht
Die Drehung des Schulterblatts erfolgt, wenn der Arm über die Schulterhöhe angehoben wird und der Oberarmknochen mit dem Schulterdach einrastet.
Eine Klarlackschicht ist ein weiterer kleiner Beitrag zum Realismus. Natürlich ist die Haut mit einer Ölschicht überzogen, die das visuelle Erscheinungsbild verändert, also fügen Sie diese Ihrem Modell hinzu. Ich habe dafür eine eigene Textur-Map erstellt, denn wie bei vielen realistischen Dingen ist der Effekt nicht einheitlich und variiert je nach Lage des Körpers.
Normale Karte
Zusätzlich zur gebackenen Normal Map kann es eine gute Idee sein, eine Kachel-Normal-Map zu verwenden, um die hochfrequenten Details auf dem Modell zu erhalten. Die Nachteile sind natürlich die UV-Nähte, weil es sich nicht um eine gebackene Textur handelt.
Eine Abhilfe, die ich manchmal verwendet habe, besteht darin, eine separate Alphakarte hinzuzufügen, die die Kachelkarte in den Bereichen ausblendet, in denen es Nähte gibt. In der Computergrafik gibt es keine strengen Regeln. Es ist sowieso alles Betrug, also tun Sie einfach, was Sie tun müssen, um das richtige Aussehen zu erzielen.
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