Specular Map【技术剖析】

天の川

前言：在3D软件和游戏设计制作中我们经常要用到一类贴图，那就是Specular Map【高光贴图】
            那什么是Specular Map呢？

用简短的一句话概括
Specular Map能够反映光泽表面的镜面映射效果，使物体看上去很有光泽感，增加真实性。

SPECULAR 和 SPECULAR  POWER    概述

Specular和specular power maps是用于给游戏中的元素加高光和光辉的。这些贴图负责更进一步定义在diffuse画的材质类型。他们可以很快地通过画适当的specular颜色和specular power map确定一个区域是金属，橡胶或木头。Specular高光是依靠视角的—他们的强度取决于灯光矢量和视角矢量之间的角度。他们的颜色将是光线，specular map和diffuse颜色的和。

Specular Map

Specular map负责高光的颜色和亮度值。下面是一个specular map的一些例子。为了最好的效果，它应该从diffuse texture得来。从降低一点饱和度开始，并调整图象的亮度和对比度。一个重要的点对于两个map都要记住是map的对比度越大，高光越突出。基于想要的效果或材质类型，你有许多事可做。下面是在Photoshop做了许多很快地修改的diffuse和合成的specular map。






尽管这是个很好的开始，我们可以看到简单地调整图象的亮度/对比度和饱和度不会像我们想要的那么成功。暗些的金属不是总是意味着他们在spec map应该是暗些的。拿第一个图片作为例子，金属箱上的一些面板被亮化\暗化来达到想要的水平。一些在diffuse上被推到阴影的暗些的金属，象拥有和其他物体一样的specularity，被突出出来。这就提出一个重要点。从diffuse texture来的用于创建specular map的图层应该是没有任何AO或其他灯光效果的图层。箱子的绘制要最小的程度表现光的效果来代表个平些的，而不是反射的涂绘，并且任何自发光的物体以熄灯图绘。（emissive会被emissive map控制）
除了使所有的单独的元素的高光值正确，第二，specmap最重要的部分是对比度。在元素间有好的对比度是specmap成功的重要因素。边缘的亮的高光，表面面板亮些的spec相对于中等的总体的箱子的spec ，当光通过它们的表面会使那些照耀得亮些。确保深的裂缝涂成黑色会真实地帮助热些的区域感觉他们应该是这样。（任何在深的阴影里的东西在spec map里要保持黑色）
在specmap里用颜色是使一个asset发亮的一个最后的调整。加个轻微的颜色偏移给specmap可以取得好的效果。再一次，一般的想法是创建出个map，它引入了从这些表面会反射出来的颜色。需要当心的是引入的颜色不要压倒diffuse map除非它是想要的效果，例如假的彩虹色。下面是另一个用spec颜色冷化和暖化现有的texture的好的例子。在这个例子里我们有一个淡紫的地板到处有暖的和冷的色调。在spec里我们带入了一个冷的深蓝颜色，所以当spec拾取它会在原先是暖的地方带来这些冷的颜色。

●如果不想要任何反光，请确保那个区域是黑的。
●将diffuse texture变成黑色来看specular作用。



很少有我们想要在整个特征有不变的specular值的事例。锈，腐蚀，污垢，和其他的不完美可以打破表面的specular反射。为了说明这个，我们用specular power map来精调材质代表的specular属性。很重要的注意点是这个map联合color map决定你能看到多少specular高光。例如，如果你在你的specular map有个区域有黑色，这就会没有specular 高光不管你的specular power map值是多少。但是如果你有在specular map不黑的颜色而在powermap上是黑的，你会在你的specular map得到个很宽的散射的带色彩的颜色。这个map是个灰度texture，黑色相当于值是0（宽的specular高光），白色相当于值是1（紧的specular高光）。



为了帮助理解specular power map做了什么和怎么相对于量来画颜色，看下面的曲线图。这个曲线图划分出三个量，展示了结果的压降曲线。如图所示，量越高（象素值），函数会越快降到0（紧的高光）例如蓝线代表50的量会在specular map产生个紧的高光带色的颜色的象素

为了帮助理解specular power map做了什么和怎么相对于量来画颜色，看下面的曲线图。这个曲线图划分出三个量，展示了结果的压降曲线。如图所示，量越高（象素值），函数会越快降到0（紧的高光）例如蓝线代表50的量会在specular map产生个紧的高光带色的颜色的象素



不管象素值的使用，函数总是0当表面法线和摄相机的角度是90度时（没有高光），是1在它们角度是0时（完全高光）





重点

你可能发现阻断大块specular值和用这些宽的笔刷作为输入给随后的修整是有用的。花时间去理解，并且了解是什么类型材质和它会有什么specular值会帮助你得到更好的specular power maps。下面是这个例子。
如specular map，the power map通常从diffuse texture得来，需要经过调整得到最后结果。其中最重要的是在一个map里不同材质类型的对比和甚至是材质类型的变化。虽然一个实心块颜色会产生specular 高光，有个变化的范围会使高光的紧密度变化，这会帮助它们更写实。为了最好的效果，时间应该分配在取得最大化变化的手绘区域。   



SPECULAR 和 SPECULAR  POWER制作流程

1 首先我们将没有AO效果的diffuse texture提取出，进行亮度和对比度的调整。
因为降低了亮度后，饱和度会上升，所以我们需要降低一点对比度和饱和度，（这里要注意调整的数值以材质为准，物体反光越强，Specular明度越亮。没有固定的参数。）



2  接着我们需要针对不同的金属做个别的调整。（这里摄像头的银灰色金属属于没有刷漆的亮金属，所以它的高光应该偏亮。）




3  我们知道摄像头的镜头是玻璃材质反光较强，所以这里也需要对镜头进行调整，重新绘制它的高光和反光色。







4  我们可以通过CrazyBump将完成的Normal map去制作一张 specular map ，用于辅助制作金属材质。





5  将这张CrazyBump转好的图通过叠加方式叠在前面制作的specular上,可以加强金属所需要的细节与高光，接着将diffuse texture上单独绘制的高光层放入，达到提亮金属边缘高光的效果。






6 制作specular power map, 我们将没有AO效果的diffuse texture提取出进行去色，先区分出不同高光扩散值的金属，（这里我们主要区分下上漆和不上漆的金属，上漆的金属反光扩散较大所以可以相对暗些，没有上漆的金属反光点较哔~，所以相对亮些）分别进行调整，主要还是亮度和对比度的调整，在这里要注意的是specular power map需要提高对比度，使其在同金属中产生不同的效果。




7  我们可以看到这里部分出现了黑色，将出现黑色的部分重新复制进行调整。（同样的金属材质在specular power 不应该出现过大的亮度区别。）







8 接着我们调整剩下的不带漆的金属，这些金属的specular power相对较亮些。







9  为了达到更好的效果，需要我们在specular power上进行进一步的绘制来体现他聚光点的强度。







10  同样，摄像头的镜头属于高反射的玻璃材质，所以我们需要把镜头提亮来达到聚光的效果。






11  最后将那张CrazyBump转好的图，叠加在前面制作的specular power  map 上，并画些高光变化。







以上是一个具体的制作流程，只作为参考，不同的材质需要针对不同的属性及效果进行调整。


各类材质比较





在以上材质中，一般布的反光最弱，所以它的Specular也就最暗，木头在没有上漆前反光也是比较弱的，但比布相对高些。在金属中，一些新的金属，反射比较强，所以Specular也较亮些，但是旧的和上过漆的金属要弱些





specular power是表现高光的紧密程度，在这些金属中，新金属的高光是最紧的，所以他的specular power也就最亮，旧金属因为长时间风化磨损的原因，光泽度会减弱，specular power相对暗些，石头木头布等材质高光的散射程度较大，所以specular power越暗

各材质效果对比，我们可以看出新金属的高光较紧也比较突出，带漆的金属高光扩散较大，石头布木头等低反射的材质，高光扩散值较大