Substance Designer 制作室外街道高清地砖材质

1.真实地砖材质解析

地砖大致包括三层找平层、黏土层和面层。找平层一般用砂浆或者细石混凝土填充而成。粘合层主要用硬性水泥砂浆，表面撒水泥粉；面层即为地砖。

找平层在最底下，看不出来，因此在制作材质的时候，就不用考虑。

粘合层会出现在地砖块之间的缝隙处，因此后期需要考虑缝隙颜色与表面颜色的区别度。

地砖本身包括最基本的砖块形状比较统一，表面存在釉面和颜色属性。不同的釉面，粗糙度不一样。

在细节上，有历史感的地砖，砖块之间的高度不一，有些还存在划痕，同时表面还有雨水侵蚀的痕迹，砖块缝隙之间还有沙粒堆积，各个砖块的颜色存在不同程度的褪色。

2.制作过程

2.1Substance Designer 工作流程

通常Substance Designer的材质包括Base Color（基本色），Normal（法线），Roughness（粗糙度），Metallic（金属性），Height（高度），Ambient Occlusion（环境遮罩/环境吸收）。

根据地砖地板的结构以及Substance Designer材质生成工作流程，釉面可以通过Roughness节点（用于调节粗糙度）实现；表面颜色通过Base Color节点（用于调节纹理以及颜色）实现。地砖的高度以及地砖之间的缝隙效果通过Height节点（用于调节凹凸）来实现。地板也不具备金属属性，因此也不需要Metallic节点。表面以及缝隙之间的光照效果可以通过Ambient Occlusion（环境遮罩/环境吸收）来实现。最后的光在地砖表面的反射效果，需要以Normal（法线）为基准进行计算，Normal（法线）可以通过Height节点生成。因此，Height节点完成了，Normal（法线）就完成。

2.2生成Height节点，实现地砖平铺后的凹凸效果

通过Polygon 1 和Gradient Linear 1生成边缘模糊并带有渐变灰度的Polygon，效果如下。

再将Polygon作为Tile Generator输入，并在Perlin Noise节点的影响下进行Warp扭曲，实现各个地砖高度随机不一，同时边缘扭曲的自然效果，如下。

上述的砖块的缝隙非常平滑，为了达到砖块边缘破碎的效果，利用缝隙蒙版，在Fractal Sum 4节点影响下通过Slop blur Grayscale节点对边缘实现，流程和效果如下。

这也就是初步高度图。其中缺乏一些细节。下面在此基础之上，加入凹陷、划痕，麻点等效果，生成更加丰富的高度图。

生成凹陷。

新增Cloud 2节点，并对其进行Blur和Levels处理，最后生成大的黑色块，流程如下。

生成划痕。

新增Scratches Generator节点，并在Clouds 1的影响下进行扭曲Warp。为了能够控制具体在哪块地砖上实现划痕效果，利用Tile Generator生成一个蒙版。并最后在蒙版的控制下，生成划痕效果。具体流程和效果如下：

生成凹陷和划痕之后，对二者进行Blend，效果如下。

麻点的生成，则是利用Blue Noise Fast节点，并对齐进行锐化Levels，流程如下。

最后将初步的高度图与凹陷、划痕以及麻点进行混合，效果如下。

可能麻点在高度图中不是那么明显，但是对于细节的展示中非常重要。为了强调麻点的重要性，这里提前将最终的带有麻点和不带有麻点的3D预览效果进行对比。上图是不带有麻点，下图是带有麻点。

至此，我们的高度图生成完毕。

2.3生成Base Color节点，实现整个地砖的图案

地砖的颜色包括两部分，一个是地砖表面的颜色，一个是缝隙、划痕和凹陷里面的颜色。在实际情况下，粘合层的水泥或者砂石会渗透到缝隙、划痕和凹陷。因此，缝隙、划痕和凹陷里面的色相基本上是类似水泥的灰或者类似沙子的黄。整体上不管是地砖表面，还是缝隙、划痕和凹陷里，色调需要体现变化，而不能完全是同一颜色。

地砖表面的颜色通过Grunge map 13以及Gradient map调制而成，而缝隙中的颜色则是通过Tile Generator生成沙粒，并通过另一个Gradient map赋予沙粒一种变化的颜色。最后在凹陷、缝隙和划痕蒙版下，将两者生成的颜色进行混合，具体流程和效果如下：

为了添加更加丰富的细节，这里加入了一些水渍。水渍是通过Grunge map 14节点实现的。其中加入Levels节点锐化，一是为了减少水渍面积，二是使得水渍的地方反射效果更加明显。

至此，Base Color节点实现完毕。

2.4生成Roughness节点，改善地砖的粗糙度

粗糙度节点制作过程中，还是会考虑到表面和其他诸如缝隙地方的不一致。为了提高缝隙等地方的粗糙度，利用缝隙蒙版在White Nose Fast节点的影响下，生成缝隙处独有的粗糙度，效果如下。

然后利用Bnw Spot 2节点生成地板表面的粗糙度，再混合上之前的缝隙粗糙度，流程和效果如下。

因为在Base Color 节点中加入了水渍的效果，因此水渍的灰度图也需要混入到粗糙度中。粗糙度图中，颜色越黑，反射越明显。

2.5 实现Ambient Occlusion节点，改善阴影效果

地砖中主要阴影会产生在缝隙、凹陷以及划痕中，因此在这些地方加入微弱的环境吸收。具体实现的时候，可以将高度图进行Levels锐化处理，并减小黑灰对比度，效果如下。虽然在Substance Designer中的效果不是很明显，但是还是很有必要加入AO。

3.实现各项参数动态（Dynamic）调整

地砖主要需要调整的是颜色、排列数量。选中生成Height节点的Tile Generator，将其中Number X和Number Y进行Expose；选中Color Node里Uniform Color的Output Color参数Expose。

在Substance Player中打开该图形节点，可以看到如上的参数都可以进行调整，从而动态生成丰富多样的材质，效果如下所示。

4.小结

Substance Designer设计图案的过程中，可能多出用到Tile Generator，在调整其中一个的时候，另外一个也必须调整，不知道是否存在节点之间参数绑定的技术。

另外，采用OpenGL和Ivay渲染出来的效果不一样。Ivay无法渲染出明显的高度图。这个还有待解决。

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2019.1.7

QP