图 5-331 所示为本节的目标成果。本节案例展示如何使用Blender 制作做旧物体材质的方法，主要涉及材质节点的使用，首先会介绍 PBR 材质的制作，无建模内容。

一.PBR 纹理

在游戏和影视的三维制作中 PBR 是很常见的，其全称是 Physically Based Rendering，直译过来是“基于物理的渲染”，
是一种计算机图形学技术，旨在模拟现实世界中光线流动的方式，以实现照片级别的真实感。现实中有的东西很粗糙，有的很
光滑。用布料来举例子，牛仔裤的布料很粗糙，是看不到明确的高光的，如图 5-332 所示；丝绸则是很光滑的，如图 5-333 所示，
相较之下丝绸的光影就明显多了。这是由于这两种材质对光线的反射不同。为了在计算机中模拟出物体对光线的反射，就有了
PBR 技术。之前的案例中曾使用到“原理化 BSDF”着色器，其中包含“糙度”“金属度”“高光”等参数，通过这些参数就
可以模拟出各式各样的材质，BSDF 就是 PBR 材质的一种实现模型（方式）。

单靠一个“原理化 BSDF”节点显然是不够的，真实的材质是很复杂的。同一个物体有的地方可能粗糙，有的地方可能光滑，
就算是同一种材质也是有区别的，所以就需要用到 PBR 纹理，用图片去控制“糙度”之类的参数，从而制作出更复杂的材质。
图 5-334 所示是一个平面模型，整个平面除了图形部分都具有金属的质感，这就是使用一张图片做到的，这类用于材质的图片
叫作纹理贴图，本书后文多会称之为贴图。这里用到的贴图如图 5-335 所示，可以看到是黑白的，黑色 =0、白色 =1，这张贴
图连接到金属度之后，就代表黑色的地方是没有金属度的，白色的地方金属度是 1，也就是纯金属。将两种材质赋予不同的模
型面是不是也可以做到相同的事呢？从理论上来讲可以，但是需要把模型布线做出来，这样花费的时间和精力是非常大的，使
用贴图就简单多了。
贴图来源一般有两种，第一种是拍照制作，第二种是计算机软件模拟制作。第一种贴图真实感更强，所以一般都会使用拍
照制作的贴图，本节案例也是如此。贴图一般从网络上下载即可，有专门制作、售卖贴图的个人或者组织。术业有专攻，我们
只需要学会如何使用贴图即可。
一组 PBR 贴图一般包含多张纹理贴图，例如基础色贴图、糙度贴图、置换贴图、法线贴图等，如图 5-336 所示。基础色
贴图一般是彩色的，除非材质本身是黑白的；糙度、高光、金属度、凹凸、置换之类的贴图一般是黑白灰的；法线贴图比较特
别，一般是蓝紫色的。使用这些贴图即可制作出非常写实的材质。接下来试着制作一种 PBR 材质。

1. 准备工作：首先准备好笔者提供的贴图文件（rocks_ground），然后在 Blender中新建一个平面作为地面，给地面新建一种材质。加载贴图文件最简单的方式就是直接拖进来，如图 5-337 所示，Blender 会自动添加一个“图像纹理”节点并加载图像。手动添加“图像纹理”节点再打开图像也是一样的，拖入图像只能一个一个拖入，不能一次拖入多个。

2. 基础色贴图和糙度贴图：拖入所有的贴图之后，先连接基础色贴图（col）和糙度贴图（rough）到“原理化 BSDF”节点，如图 5-338 所示。除了基础色贴图， 其他的贴图一定要把颜色空间设置为 Non-Color（无颜色数据），因为除了基础色贴图，其他的都被当作数据处理。
连接基础色贴图和糙度贴图之后的效果如图 5-339 所示，就像是拍了一张石头地面的照片放到了 3D 模型上，因为贴图就是实拍的。“基础色”连接的是彩色的照片，“糙度”连接的是黑白的图片，不同的地方有不同的糙度，不然整个平面都是光滑的会显得很假。但石头地面应该是凹凸不平的，所以接下来添加置换贴图和法线贴图。

3. 置换贴图：置换贴图可以让模型的面根据贴图变得高低不平，制造出立体感。 置换贴图是会实际改变模型的形状的，但是只在渲染时才会产生效果。图 5-340 是一张置换贴图（任何图片都可以当作置换贴图），置换效果如图 5-341 所示。置换中以 50% 灰为 0，黑色是 -1，白色是 1，所以黑色是凹下去的，白色的部分会凸出来。但可以看到圆环周围有拉伸感，这是因为模型的面数是有限的，模型面数越多，拉伸就越平滑，置换只是让模型的面对应贴图的位置有高低变化。置换贴图对比模型如图 5-342 所示。

接下来实际操作。首先把渲染引擎切换到 Cycles，只有 Cycles 支持置换贴图， 渲染引擎下方的“特性集”一定要选择“试验特性” ，如图 5-343 所示。置换贴图有两点比较特殊，第一点是直接连接到“材质输出”节点，而不是“原理化 BSDF”节；
第二点是要先连接到“置换”节点上，置换连接方式如图 5-344 所示，看颜色可以得知“置换”节点属于矢量分组，置换贴图连接到“置换”节点的“高度”。此时模型还没有任何变化，因为 Blender 材质默认不启用置换，需要到材质属性中最下方的“设置”中找到“置换”，把置换方法改为“置换与凹凸”，如图 5-345 所示。预览置换效果需要切换到渲染模式并且添加一个日光用来观察模型，如图 5-346 所示，此时还是没有变化，因为平面只有一个面，还需要更多的面置换才有效果。给平面添加一个表面细分修改器， 勾选“自适应细分” ，将类型改为“简单型”，如图 5-347 所示，即可看到置换效果，置换明显过度了点。

在“置换”节点中把“缩放”改为 0.2，即可看到比较正常的效果，如图 5-348 所示。 需要注意的是置换会比较考验计算机
性能，置换时可能会有些卡顿。
总结一下置换的流程：先切换到 Cycles 渲染引擎，然后连接置换贴图，接着确保模型细分足够，最后在材质设置中开启“置换与凹凸”。

步骤补充说明
添加置换之后，一个平面的模型瞬间变得立体，更加真实了。其实想要得到最真实的效果，还是要通过建模，置换这类技术的诞生都是为了更加简单快捷地制作出好的效果来，因为如果建模制作这样复杂的地面，是需要大量时间和精力的。置换虽好，但也只有高低的变化，还是容易“露馅”，一般仅适合给中远景模型使用，中远景看不出问题，如果是近景就容易看出瑕疵。置换贴图的分辨率也很关键，分辨率越高，置换越细致，效果越好，模型细分也需要足够多，并且材质节点中的置换效果只有在渲染时才看得到。

4. 法线贴图：比起置换，法线贴图的效果更加神奇。法线贴图一般是蓝紫色的，模型本身的点、线、面就有法线。法线简单来说就是一根有方向的线，就像经纬线一样，并不存在。法线只是储存的数据，需要更改设置才能显示。笔者在每个案例中几乎都用到了平滑着色，其实平滑着色改变的就是模型的法线方向，而不是模型本身。同一个模型，平直着色和平滑着色对比如图 5-349 所示。可以看到，只是法线不同，外观就完全变了，但其实仔细看右边的球体边缘，还是可以看出转折的，由此可见模型本身并无变化。图 5-349 中模型的顶点法线如图 5-350 所示，可以看到平直着色下，同一个位置的顶点的法线朝向各不相同，这是因为看似是一个顶点，其实是 4 个面的 4 个顶点重合在了一起；平滑着色下，这 4 个顶点的法线都指向同一个方向。

法线不是一个容易理解的概念，这是因为法线完全是虚构的。简单来说法线能够改变材质对光线的反射，可以说是改变了反射光线的角度。在同一光线下，不同的法线可以有着完全不同的表现，而法线贴图则是利用贴图技术让模型表现得更复杂。图 5-351 所示是一张法线贴图，应用到模型的材质上如图 5-352 所示，模型明明是一个平面，但是却仿佛有种凸起来的感觉，这就是因为改变了法线。 但法线贴图并没有改变模型本身的形状和法线，法线贴图只是会影响渲染的效果，调整光线角度，法线的表现也会随之改变。

那么为什么会有或者需要法线贴图呢？同样还是为了省事、省时间。法线贴图多用来添加细节，如果通过建模增加细节就非常麻烦，会增加很多面，面数多了就会占用计算机内存，就会卡顿。而使用法线贴图技术可以让很简单、模型面数很少的模型看起来非常复杂，细节很多，而这正好是三维游戏所需要的。
图 5-353 所示是一个模型本身和为其添加法线贴图之后的效果对比，模型本身面数很少、没有细节，但是添加法线贴图后，模型上出现了看似凹凸不平的字。但是假的毕竟是假的，场景看起来很假就是因为细节都是用法线贴图和凹凸贴图、置换贴图等贴图去实现的。模型看起来凹凸不平但实际上是平的，从某些角度是能看出问题的。所以很多三维游戏看起来怪怪的，但又说不出来哪里有问题，这就是其中一个重要原因。但是不得不说，游戏行业的发展催生出了很多三维技术。

知识点：置换和法线贴图

置换（Displacement）：置换技术不只是运用在材质系统中，修改器中也有置换修改器，同样是使用贴图置换模型。置换是根据贴图沿着法向移动模型对应位置的顶点，移动方向由法线方向决定，移动距离取决于贴图对应位置的数据。置换一般用于自然物体制作（例如石头、山体等），也可以做有科技感的物体。贴图可以由软件生成，也可以通过处理照片生成，只要是图片就都能当作置换贴图。不过为了更好的置换效果，需要高质量的贴图。
法线贴图（Normal Map）：法线贴图只用在材质系统中，不改变模型本身的形状，只是改变模型的外表。就像特殊材质的衣服一样，一般所有材质都会使用法线贴图，尤其是真实感的材质。法线贴图一般是紫色的，这是因为 RGB 色值和法线数值都是 3 个矢量，例如 (1,0,1) 代表常见的法线方向，同时也是洋红色的色值，在贴图中就会呈现出洋红色。法线贴图只能通过计算机生成，无法通过摄影得到。
置换和法线贴图都用于丰富模型的细节，法线贴图使用得更多。由此可见，想要制作出具有真实感的模型，并不是只靠建模就能完成，学会使用贴图技术也很重要。

接下来实际操作。法线贴图是最好分辨的，通过颜色即可分辨。除了颜色，文件名中一般带有 Normal、Nor 字样的就是法线贴图。法线贴图需要一个“法线贴图”节点转换一下，才能够输出法向。节点连接如图 5-354 所示，将“法线贴图”节点连接到“原理化 BSDF”节点的“法向”即可。至此，整个地面的 PBR 材质就制作完成了。

5. 纹理坐标：添加“纹理坐标”节点和“映射”节点，把 UV 作为图像纹理的矢量。一个节点输出可以同时连接到多个输入，
“映射”节点输出的“矢量”可以同时连接到所有的图像纹理，这样节点连接更加清晰，如图 5-355 所示。

连接之后材质不会有任何变化，但是有了“纹理坐标”节点和“映射”节点就能非常方便地修改贴图的映射方式，通过“映射”
节点可以把纹理坐标移动、旋转和缩放。目前地面跟贴图的比例是 1 ∶ 1，也就是说地面跟贴图是一样大的，如图 5-356 所示。
如果想要让场景显得更大该如何做呢？只需要把“映射”节点的“缩放”都改为 2，即可在平面上重复贴 4 次，如图 5-357 所示，一次性就更改了所有贴图的缩放，这就是使用同一个“纹理坐标”和“映射”节点的好处。因为缩放过多，所以也能够看出来纹理是重复的，如何解决贴图重复问题属于进阶内容，这里就不做讲解了。 将“映射”节点的“缩放”都改回 1，地面材质就完成了。

步骤补充说明

分别使用“生成”“法向”“UV”将同一个网格的纹理图连接到球体模型，如图 5-358 所示，可以看到对同一张贴图用不同的纹理坐标会呈现完全不同的效果。这有点像是地球仪的制作，一张平面地图却能包裹在地球仪这样的球体上，非常神奇。球体的 UV 比较特殊，一般使用球体自带的 UV 即可。

小技巧：快速加载贴图

地面只是背景，接下来开始制作核心的物体。首先导入笔者提供的 OBJ 格式的模型文件 Dragon_1.obj，计算机性能不够高的，可以使用 Dragon_1_low.obj 替代（面数更少、速度更快）。导入模型后将其缩放、旋转，放到地面上，有一定的穿插效果更好，可以先新建一个摄像机去构图。笔者构图如图 5-359 所示，本小节将为这个龙的模型做一种真实的做旧材质。
在三维制作中做新比做旧难，因为三维毕竟是假的，全新的物体很容易看起来假。毫无瑕疵全新的一个金属方块，看起来就有点假，但如果加入瑕疵、使用痕迹，就会让人觉得真实了很多，对比如图 5-360 所示。这是因为现实中的物体都有人为的使用痕迹，所以在三维制作中把物体做旧后更符合一般人的认知。
做旧主要是通过材质完成，模型作为辅助。因为在模型上加细节是比较难的，而通过材质就会简单很多，一般只需要在边缘和转折处添加不同的材质就会有做旧的效果。转折处容易藏污纳垢，边缘处容易有磨损，所以本小节案例做旧的重点就在这些地方。

1. 基础材质：给龙新建一种材质，参数如图 5-361 所示。用黄铜的材质作为基础，黄铜的折射率大概是 1.1，颜色使用B98B66（Hex 格式）。金属材质的“金属度”都设为 1，除非特殊情况否则不会使用 0.4、0.6 这样的金属度。“糙度”设为 0.4即可。接着就是想办法选中模型凹槽的部分，添加“脏”的材质。

2. 选择凹槽：制作复杂材质最重要的就是选中想要添加材质的地方，做旧需要选中的一般就是凹槽部分，在 Blender 中有多种方法可以做到。笔者这里介绍一种最通用的方法，首先添加一个输入中的“几何数据”节点和转换器中的“映射范围”节点，如图 5-362 所示，把“几何数据”节点中的“尖锐度”连接到“映射范围”节点的“值（明度）” ，再连接到“材质输出”节点。模型不同位置的尖锐度是不同的，但是看起来并不明显，所以需要使用“映射范围”节点让尖锐度的效果更明显，把“映射范围”节点的“到最小值”改为 -2，把“到最大值”改为 2，可以看到黑白对比就很明显了。黑色的地方就是做旧材质要赋予的地方，白色的就是黄铜材质。选中的区域后面还需要调整，暂时先这样。

3. 凹槽材质：添加一个“原理化 BSDF”节点，设置“基础色”为 1E1610、“糙度”为 0.69，其他的不变。然后添加一个着色器中的“混合着色器”节点，用“映射范围”节点当作“系数”，如图 5-363 所示。混合着色器输入的着色器是有顺序的， 要保证凹槽处是深色材质，外面边缘是黄铜材质，如果连接反了可以重新连接。

4. 混合着色器：混合着色器后，效果看起来并不明显，这是因为映射范围还不那么准确。接下来通过一个“颜色渐变”节点来调整，“颜色渐变”节点调整起来更加直观、更方便，如图 5-364 所示。可以看到调整后效果好了很多，凹槽处已经有了“脏兮兮”的感觉。至此，龙模型的做旧材质就制作完成了。

步骤补充说明

做旧可以通过建模或者材质体现，但通过建模做旧需要把模型做得非常细致，会增加很多面数，不利于修改模型，所以一般依靠材质做旧。做旧材质的核心有两部分，即基础材质和细节材质。基础材质由多种材质混合而成，是用各种方式选择出做旧的部分，例如边缘磨损（Edge Worn），然后混合多种材质，把新与旧的质感的材质同时放在一个模型上，这样就会有旧的质感；细节材质则是通过法线贴图、置换贴图等技术给模型在基础材质上添加更多的细节，本节案例的龙实际上就是给模型的凹槽处赋予了一种深色的、类似泥土的材质，其他部分则是黄铜材质，这样符合埋在土里的陈旧质感，跟环境比较搭配。
做旧不宜太过，新手很容易拼命做旧，什么痕迹都往上加，这是不对的。做旧要根据物体的使用情况制作，例如，手机做旧就可以添加指纹的痕迹，但如果是一个巨大的物体，则它的上面可能就不会有指纹。
学习第 6.2 节的雕刻知识后，可以使用雕刻功能把模型雕刻出一些划痕或者损坏的细节，这样可以让做旧显得更真实。

三.使用 HDRI
现实中没有完全虚无和黑暗的地方，任何地方都有光。如图 5-365 所示，座机会反射周围的植物、地面和天空等环境的光，太阳光并不是直射过来的，光线会穿过树木再打到座机上。而在三维制作中，如果场景中只有一个模型，就真的只有一个模型，就算加上了材质、打上了灯光，依然会有点假。Blender 中世界环境默认是灰色的，在材质节点模块左上角可以切换到世界环境 , 如图 5-366 所示。这代表整个世界都是灰色的，所有的材质反射出来的都是纯灰色，就像是在一个纯灰色的空房间里一样。

加载 HDRI：加载 HDRI 需要用“环境纹理”节点，如图 5-368 所示。加载笔者提供的 outdoor_workshop_4k.exr，然后再连接到“背景”节点，HDRI 就加载好了，如图 5-369 所示。

加载完成后在渲染模式下可以看到整个环境就变成了贴图的样子，如图 5-370 所示。现在所有的模型都会反射 HDRI环境，但 HDRI 并不只是作为反射的图片存在，HDRI 本身属于一种光源，可以照亮整个场景，就跟把物体真的放到了这样一个有阳光和草地的环境里一模一样。普通的图片无法当作光源，当前场景直接使用 HDRI 照亮即可，无须再手动打光。

知识点：HDRI

HDRI（High-Dynamic-Range Imaging），直译过来就是高动态范围图像，最重要的是前面的 HDR，也就是高动态范围。HDR 在显示器宣传页上经常可以见到，代表可以显示更丰富的细节，更大范围的亮度。HDRI 指的就是高动态范围的图像，一般是由专业摄像机在同一个地方，拍摄几十甚至上百张照片堆栈合成而来，拍摄时会把所有角度的整个环境都拍下来，类似于用手机拍摄全景图。

普通的一张图片一般几百 KB，而一张 HDRI 图片一般在 20MB 以上，甚至上百 MB。为什么会有这么大的区别呢？通俗来说，普通的图片只有一层，就像一层薄饼一样，而 HDRI 则有很多层，就像千层饼一样，是有厚度的，如图 5-371 所示。肉眼看到的是表面的结果，其实里面还有更多的数据。就像油画为什么真实感更强，是因为油画有非常多层，油画颜料会叠加在一起，而用铅笔、水彩之类的就无法做到。油画就像是HDRI，层次更多，细节更多。

HDRI 亮度范围广主要体现在亮的地方也有层次过渡，而不是一片白色；暗部也不是一片黑色，而是有不同明度的暗。要想更好地理解 HDRI，最好的方法是用 Photoshop 之类的专业图像处理软件调整一张 HDRI 的曝光，如图 5-372所示。一张看似过曝的 HDRI，降低曝光度即可恢复到正常的状态，细节层次也更多，而普通的图片降低曝光度只会变成一团黑。

四.渲染输出

1. 摄像机设置：新建一个摄像机，因为地面比较小，所以摄像机只能凑近模型构图。将焦距设置为 100mm，制造出长焦拍摄的感觉，从更低、更近的角度构图，真实感会更强。背景是 HDRI 环境，有点不和谐，可以用“映射”节点旋转 HDRI，只旋转 z 轴即可，如图 5-373 所示。

2. 景深设置：背景还是有些不和谐，可以启用摄像机中的“景深”，“焦点物体”选择龙模型，如图 5-374 所示。“光圈级数”根据场景的大小调整，光圈级数越小，景深效果越明显（一般焦距越长，景深效果也越明显），背景虚化后场景显得更加真
实了。

3. 渲染设置：渲染真实场景往往需要更高的采样，因为场景中光线更复杂、细节更多，尤其是有 HDRI 的情况下。所以可以把 渲 染 的“ 时 间 限 制” 设 置 为2min，并且为了减少噪点，可以启用“降噪”。渲染参数如图 5-375所示，最终渲染图如图5-376所示。

案例总结
三维技术并没有人们想象中的那么先进。由本案例可以得知，想要制作出写实的场景，还是要依靠一些从现实中取材的贴图，通过 HDRI、纹理贴图、瑕疵贴图等各种贴图才能够实现真实的场景，无论是游戏大作还是特效电影都是如此。基于一个50 分的模型，通过好的材质可以达到 80 分的效果。好在网络上可以找到大量的贴图素材。同时制作写实场景也需要更好的计算机性能，模型也需要更多的细节，所以想要制作好写实的场景，成本是较高的，需要学习掌握更多的知识。