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美術制作向的Normal介紹和烘培理解-環球微動態

發稿時間：2023-02-08 15:39:08 來源：嗶哩嗶哩

搬運之前在某乎寫的投稿：

最近在查找資料時，發現很難找到美術向有關法線的介紹（找到很多程序相關的理論知識），就根據制作經驗寫了一些自己的理解。

有不同理解的同學，歡迎一起討論哈~

(資料圖)

一、法線的介紹

Normal | 法線

法線是始終垂直于某平面的虛線。在數學幾何中法線指平面上垂直于曲線在某點的切線的一條線。

編輯切換為居中

Normal Map 法線貼圖

烘焙法線的意義，就是把高模的法線方向，用一張圖（RGB）來存儲法線信息，存到低模的表面上。貼上法線貼圖的低模，就會在視覺上產生凹凸不平、增加細節的渲染效果，從而看起來像高模一樣。Normal Mapping 法線貼圖本質上就是一種圖片，只是這張圖片的用途比較特殊而已。

舉例說明：

將下面的模型烘培（3dmax烘培）在底部的面片上，會得到中間的一張2d圖片，將法線貼在面片上會得到右圖的效果

編輯切換為居中

通過法線貼圖，可以看到不同的結構是被不同的顏色構成的，將法線貼圖用ps打開，可以看到紅綠藍三通道。

為了更好的理解，我們從俯視角度，假設這里只有一盞直射燈，將燈放在球體的右邊，光從右到左，就得到了紅通道這張圖。然后將這盞燈放在球體的前面，光從前到后，就得到了綠通道這張圖。

同理，藍通道這張圖是光從上向下打。

編輯切換為居中

從上面的的信息可以得出，在2d的法線貼圖上，紅通道記錄高模的橫向信息并且面向右的結構會變亮；綠通道記錄縱向信息并且面向下的結構會變亮；藍通道則記錄了高模與低模法線方向上的坡面信息。

（以上是通過3dmax烘培得到的DirectX法線。OpenGL的法線與DirectX的法線區別是綠通道相反，也就是OpenGL綠通道的光是從后向前打）

根據各通道的信息，再回來看這張RGB法線圖，面朝下的結構是發綠的，面朝右的結構是發紅的，我們經常聽到的‘綠色向上是maya’就是在我們確定了該結構是朝上的方向，然后通過綠色來判斷是否為OpenGL法線。

編輯切換為居中

拓展一點，當你掌握了法線的基礎知識后，也可以通過法線貼圖快速推理出結構的方向，或是快速分辨OpenGL和DirectX。（甚至嘗試畫一些簡單的法線結構）

二、不同軟件的烘培對比

烘培前有幾個參數需要了解：

cage。包裹框，可以理解為是將包裹框內的高模結構烘培在法線上，同時烘培方向是從包裹框到低模的點對點。

編輯切換為居中

padding。溢出值，烘培的法線顏色向uv框外溢出的像素單位。

編輯切換為居中

光滑組（軟硬邊）

編輯切換為居中

UVshell。uv框的間距，一般512的貼圖是4個像素單位，1024是6個，2048是8個

烘培開始：

了解了法線基本原理，下面我們對一些基礎模型做實驗，體驗不同條件下的法線貼圖效果

低模

編輯切換為居中

高模

編輯切換為居中

我們通過3dmax（2017）、Maya（2019）、Substance Painter（2020.2.1）、Marmoset Toolbag（3.08）四個軟件進行烘培，以Substance Painter和Unity的效果作為直接效果參考

法線圖：

編輯切換為居中

Substance Painter內的效果：

編輯切換為居中

Unity內的效果：

編輯切換為居中

對比：

首先通過法線貼圖，不難看出圓錐出現了非常明顯的不同；其次是球體和環形圈在Marmoset Toolbag的貼圖上出現了較明顯的不同，其他三張卻比較接近；其他的幾何體在貼圖上看不出有明顯的不同。下面我們通過在sp和八猴的截圖對比一下這些不同的法線貼圖對模型效果產生了怎樣的影響

首先是圓錐：

編輯切換為居中

可以看到，3dmax和八猴的法線使反光產生了扭曲。

然后是環形圈：

編輯切換為居中

可以看到，八猴產生了接縫和錯誤的圓滑信息。

然后是球體：

編輯切換為居中

同樣的，八猴產生了接縫和錯誤的圓滑信息。

三、光滑組（軟硬邊）和UV對法線的影響

這里我們以3dmax烘培舉例（3dmax的烘培更容易控制），max使用的是光滑組

當存在光滑組和uv兩個變量時，會出現下面四種情況，我們嘗試用這四個低模烘培同一個高模，附上法線圖和sp中的效果圖

編輯切換為居中

比較后發現：

1.光滑組相連的模型，法線貼圖都存在大漸變色，導致模型的法線效果會很奇怪（平面上有發暗發亮的光影）。當你發現你的模型出現這種漸變時，一定是出現了光滑組的問題。

2.中間的兩個模型出現了不同程度的接縫（第三個模型的接縫非常明顯，第二個模型則弱一些）。光滑組和uv統一相連或斷開，是不會出現明顯接縫的，當遇到接縫問題，優先考慮模型的光滑組和uv是否統一。

標簽：法線貼圖 OPENGL SUBSTANCE PAINTER DIRECTX 3DMAX marmoset toolbag unity maya NORMAL 基礎知識可以通過

責任編輯：mb01

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