次世代三维模型案例实战:基于PBR流程

什么是“次世代”？“次世代”是“下一代”的意思。“次世代”游戏指游戏的画面、
玩法等方面都有了重大的进步，就像人类从农耕时代迈入蒸汽机时代一样，是画质更高、
特效品质更高、动作和场景更逼真的新一代游戏。人类是追求视觉效果的动物，无论
是单机游戏还是网络游戏，人们对于极致画面效果的追求永远不会停息。次世代建模
中大量使用了实时计算的法线贴图，能够使画面呈现出前所未有的细节效果。

什么是PBR流程？PBR是Physically Based Rendering的缩写，是基于物理的渲
染。这种渲染方式通过贴图来定义材质的属性及表面的光泽，让人很容易明确区分不
同的材质，效果更加真实自然。使用Substance Painter软件可制作符合PBR标准的
贴图，包含Diffuse（漫反射）贴图、Normal（法线）贴图、Metallic（金属）贴图、
Roughness（粗糙度）贴图、Ambient Occlusion（环境光遮蔽）贴图等，这些贴图会为
场景中的模型提供大量的物理信息。PBR流程相比手绘模型的制作效率有非常大的提
升，是当下游戏制作的主流方法。

本书基于PBR流程，综合运用Maya、ZBrush、xNormal、Substance Painter和
Marmoset Toolbag等软件，以项目实战的形式讲解了次世代游戏模型案例。此外，还制
作了长达1920分钟的微课视频，完整呈现了案例的每个操作步骤，详细地讲解了书上
的所有知识点。

本书由易到难、由简到繁，先讲解Maya的基本使用方法，然后逐步深入制作房屋
基础案例，再次深入基于PBR流程制作了次世代弹药箱案例和次世代科幻武器案例。
本书适合作为高等院校数字媒体技术、游戏设计、动画等专业的专业课教材，也可以
作为培训机构的教学用书。

全书分为3部分，共6章。第1部分介绍Maya软件使用基础及基础案例，包括第
1章～第4章。第2部分是PBR流程初级案例，即第5章，介绍次世代高仿真弹药箱案例。
第3部分是PBR流程高级案例，即第6章，介绍次世代科幻武器案例。

各章主要内容如下：

第1章讲解了Maya的基本功能、Maya的应用领域，重点讲解了次世代游戏的概
念及PBR的标准化工作流程。

第2章讲解了Maya的用户界面构成，如何灵活变换操作视图，如何设置视图中对
象的显示方式，还讲解了如何根据个性需求自定义工作界面。

第3章讲解了Maya的基本操作，包括Maya工程文件的管理，以及选择、变换、复
制、显示与隐藏、布尔运算等常用且很重要的操作；讲解了NURBS曲面建模的方
法，从点到线，再使用旋转、放样、双轨成型等方法生成曲面；讲解了多边形建模的
方法；介绍了Maya轨迹化操作的技巧。

 
II

第4章讲解了房屋案例的制作过程，全流程使用Maya软件完成，包括文件的创
建、房屋的建模、UV映射、材质与纹理贴图、灯光设置和渲染输出，使用的命令涵盖
了Maya的常用命令。读者掌握了该案例的制作方法，可以触类旁通，快速制作出类似
的效果图。

第5章讲解了使用标准的PBR流程制作次世代高仿真弹药箱案例的过程，使用了
Maya、ZBrush、xNormal、Substance Painter和Marmoset Toolbag等软件，详细讲解了
弹药箱的中模制作、高模制作、低模制作、拆分UV、烘焙贴图、在Substance Painter
中绘制贴图、在Marmoset Toolbag中渲染输出等内容。读者通过该案例能够掌握PBR
流程的各个环节，能够掌握各个软件的主要功能。

第6章讲解了基于PBR流程的次世代科幻武器案例的制作过程，进一步强化PBR
流程的步骤，包括中模制作、高模制作、低模制作、拆分UV、烘焙贴图、绘制材质贴图、
渲染输出，强化游戏道具制作的标准方法。使用的主要软件包括Maya、xNormal、
Substance Painter和Marmoset Toolbag，某些案例需要用到Photoshop软件。读者通过
该案例的深入制作，可进一步熟悉各个软件的使用方法。

本书由周彦鹏、张智勇主编，李丽红参与了编写和案例设计，后由周彦鹏统
稿并制作微课视频。本书提供了案例的源文件、终效果图、素材、教学大纲、教学
PPT等配套资源（可在清华大学出版社官网下载），还提供了微课视频（可扫描书中
二维码观看）。在本书的编写过程中，作者参考了大量的书籍和资料，在此对原作者
表示衷心的感谢。本书中引用了少部分来自网络的图片，由于种种原因没有联系到原
作者，如果原作者看到可以联系本书作者。参考文献中列出了主要的参考资料，但限
于篇幅，难免有不周到的地方，在此表示歉意。由于本书的编写时间仓促，难免出现
疏漏，恳请广大读者和同行给予批评指正，以便日后加以改进。

在本书的写作和出版的过程中，得到了中影国漫（天津）教育科技有限公司和国
家动漫园蚂蚁CG的技术支持和帮助，在此表示感谢；感谢我的父母、妻子和女儿在
我写作过程中的鼓励和支持，是你们的鼓励让我能够坚持写作完成；感谢清华大学出
版社的编辑们为本书出版付出的辛勤劳动。

编　者

 2020年9月

本书讲解次世代三维模型案例，案例的制作使用了游戏行业高效、流行的PBR制作流程，既包括 基础概念的讲解，也包括高阶复杂案例的制作，是作者多年项目经验和教学实践的总结。本书使用的制 作软件包括Maya、ZBrush、xNormal、Substance Painter、Marmoset Toolbag（八猴）、Photoshop等。 全书共分为6章。第1章讲解了Maya的基本功能、Maya的应用领域、次世代游戏的概念及PBR 的标准化工作流程。第2章讲解了Maya的用户界面构成、变换操作视图及自定义Maya工作界面的方法。 第3章讲解了Maya软件的基本操作方法、NURBS曲面建模的方法和多边形建模的方法，介绍了Maya 的轨迹化操作技巧。第4章讲解房屋案例的制作过程，全流程使用Maya软件完成，使用的命令涵盖了 Maya的常用命令。第5章使用标准的PBR流程制作次世代高仿真弹药箱案例。第6章制作基于PBR 流程的次世代科幻武器案例。每章都有学习提示和要点总结，帮助读者抓住重点。 本书适合作为高等院校数字媒体技术、游戏设计、动画等专业的专业课教材，也可以作为培训机构 的教学用书，还可以作为游戏设计、动画设计爱好者的自学用书。

本书讲解次世代三维模型案例，案例的制作使用了游戏行业高效、流行的PBR制作流程，既包括 基础概念的讲解，也包括高阶复杂案例的制作，是作者多年项目经验和教学实践的总结。本书使用的制 作软件包括Maya、ZBrush、xNormal、Substance Painter、Marmoset Toolbag（八猴）、Photoshop等。 全书共分为6章。第1章讲解了Maya的基本功能、Maya的应用领域、次世代游戏的概念及PBR 的标准化工作流程。第2章讲解了Maya的用户界面构成、变换操作视图及自定义Maya工作界面的方法。 第3章讲解了Maya软件的基本操作方法、NURBS曲面建模的方法和多边形建模的方法，介绍了Maya 的轨迹化操作技巧。第4章讲解房屋案例的制作过程，全流程使用Maya软件完成，使用的命令涵盖了 Maya的常用命令。第5章使用标准的PBR流程制作次世代高仿真弹药箱案例。第6章制作基于PBR 流程的次世代科幻武器案例。每章都有学习提示和要点总结，帮助读者抓住重点。 本书适合作为高等院校数字媒体技术、游戏设计、动画等专业的专业课教材，也可以作为培训机构 的教学用书，还可以作为游戏设计、动画设计爱好者的自学用书。

周彦鹏：数字媒体技术专业教师，副教授职称，主要从事三维动画设计、影视后期制作的教学工作，拥有十余年的实践教学经验，教学过程中注重对三维设计的实际操作能力训练，具有丰富的软件应用经验和实践操作经验，积累了较多的教学案例，教学思路清晰，具有独特的操作技巧。 
      

第1部分　Maya软件使用基础及基础案例

第1章　Maya软件概述3

1.1 Maya简介3

1.2 Maya的基本功能3

1.3 Maya软件的应用领域5

1.4 次世代和PBR工作流程7

1.5 要点总结8

第2章 Maya的用户界面9

2.1 Maya的界面构成9

2.2 灵活变换视图12

2.3 视图中对象的显示设置14

2.4 自定义工作界面16

2.5 要点总结18

第3章 Maya的基本操作19

3.1 Maya的文件管理19

3.2　选择与变换操作21

3.3 复制操作22

3.4 显示与隐藏操作24

3.5 对齐与捕捉操作24

3.6 布尔运算26

3.7 NURBS曲面建模27

3.8 多边形建模34

3.8.1 多边形基本知识34

3.8.2 多边形建模方法34

3.8.3 编辑多边形组件及常用操作36

3.9 Maya的轨迹化操作40

3.10 要点总结41

第4章　房屋案例42

4.1 创建文件42

 
4.2 建模43

4.2.1 创建房屋的大型44

4.2.2 路灯建模47

4.2.3 窗户和门建模49

4.2.4 电线周边物体建模52

4.2.5 电线建模54

4.2.6 画架、遮雨板、植物建模56

4.2.7 模型的整理与细化59

4.3 UV、材质与纹理贴图60

4.3.1 什么是UV60

4.3.2 UV映射61

4.3.3 材质基础知识63

4.3.4 超级材质编辑器Hypershade65

4.3.5 纹理贴图的处理方法67

4.3.6 制作墙面材质68

4.3.7 制作屋顶材质70

4.3.8 制作窗户和报箱材质71

4.3.9 制作广告牌和电表箱材质74

4.3.10 制作广告牌架、房梁、画架材质75

4.3.12 制作烟囱基座、台阶、窗台、电线杆、路灯基座材质77

4.3.14 制作路灯杆、电线卡子材质79

4.3.15 制作门框、角铁材质80

4.3.16 制作门、花盆材质81

4.3.17 制作石棉瓦材质82

4.3.18 制作地面材质82

4.3.19 将植物默认材质转换成Arnold材质的操作技巧83

4.4 灯光与渲染85

4.4.1 设置灯光85

4.4.2 渲染输出86

4.5 要点总结90

第2部分　PBR流程初级案例

第5章　次世代高仿真弹药箱案例93

5.1 准备工作93

5.2 制作中模95

 
V

5.2.1 中模制作规范95

5.2.2 制作弹药箱木质箱体的中模96

5.2.3 制作弹药箱金属构件的中模98

5.3 制作高模103

5.3.1 在Maya中制作基础高模103

5.3.2 ZBrush软件的基本使用方法109

5.3.3 在ZBrush中制作木质箱体高模113

5.3.4 在ZBrush中制作金属构件高模115

5.3.5 高模文件的重组与导出116

5.4 制作低模117

5.4.1 低模制作规范及准备工作117

5.4.2 制作弹药箱木质箱体的低模118

5.4.3 制作弹药箱金属零件的低模120

5.5 拆分低模的UV121

5.5.1 UV编辑器常用命令的介绍121

5.5.2 拆分UV的原则及准备工作123

5.5.3 拆分木质箱体的UV124

5.5.4 拆分金属零件的UV126

5.5.5 UV的整理排列及其注意事项129

5.5.6 设置软硬边129

5.5.7 检查高低模的位置是否匹配129

5.5.8 低模的分组导出130

5.6 烘焙贴图方法之一：在xNormal中分组烘焙132

5.6.1 xNormal简介132

5.6.2 分组烘焙箱体贴图133

5.6.3 分组烘焙木条贴图134

5.6.4 分组烘焙金属片贴图135

5.6.5 分组烘焙提手、卡扣贴图136

5.6.6 合并法线贴图136

5.6.7 合并AO贴图137

5.6.8 合并ID贴图138

5.6.9 将合并的贴图导入Substance Painter中烘焙其他贴图138

5.7 烘焙贴图方法之二：在Substance Painter软件中直接烘焙所有贴图141

5.7.1 在Maya中设置文件142

5.7.2 在Substance Painter中直接烘焙所有贴图144

5.8 在Substance Painter中绘制材质147

5.8.1　绘制木纹材质147

 
5.8.2　绘制金属材质149

5.8.3　贴图的导出151

5.9 渲染输出152

5.9.1 Marmoset Toolbag软件简介152

5.9.2 贴图导入及材质设置152

5.9.3 灯光设置153

5.9.4　渲染设置153

5.9.5 输出作品154

5.10 要点总结154

第3部分　PBR流程高级案例

第6章　次世代科幻武器案例157

6.1 制作中模163

6.1.1 制作枪筒中模163

6.1.2 制作弹匣部位中模174

6.1.3 制作扳机护弓中模180

6.1.4 制作枪膛中模185

6.1.5 制作枪筒上部和下部中模189

6.2 制作高模199

6.2.1 制作枪筒高模200

6.2.2 制作弹匣高模203

6.2.3 制作扳机护弓高模208

6.2.4 制作枪膛高模210

6.2.5 制作枪筒上部和下部高模212

6.2.6 制作飘片216

6.3 制作低模222

6.3.1 制作枪筒低模223

6.3.2 制作弹匣低模223

6.3.3 制作扳机护弓部件低模224

6.3.4 制作枪膛低模225

6.3.5 制作枪筒上部和下部低模225

6.4 拆分UV228

6.4.1　拆分UV的重要原则及重要命令228

6.4.2 拆分枪筒的UV230

6.4.3 拆分弹匣的UV232

 
6.4.4 拆分扳机护弓的UV232

6.4.5 拆分枪膛的UV233

6.4.6 拆分枪筒上部和下部部件的UV234

6.4.7 UV的整理摆放234

6.5 烘焙贴图235

6.5.1 烘焙贴图准备工作235

6.5.2 法线贴图240

6.5.3 AO贴图245

6.5.4 ID贴图249

6.6 绘制材质贴图251

6.6.1 绘制弹匣黑色金属材质254

6.6.2 绘制主体灰色金属材质258

6.6.3 绘制扳机护弓橡胶材质262

6.6.4 绘制枪膛黑色亮金属材质263

6.6.5 绘制螺纹金属材质263

6.6.6 绘制透空黑洞效果264

6.6.7 绘制脏迹贴图265

6.6.8 导出贴图267

6.7 渲染输出268

6.7.1　导入模型并设置贴图268

6.7.2 环境光调节269

6.7.3 渲染设置270

6.7.4 输出作品271

6.8 要点总结272

参考文献273

本书讲解次世代三维模型案例，案例的制作使用了游戏行业高效、流行的PBR制作流程，既包括 基础概念的讲解，也包括高阶复杂案例的制作，是作者多年项目经验和教学实践的总结。本书使用的制 作软件包括Maya、ZBrush、xNormal、Substance Painter、Marmoset Toolbag（八猴）、Photoshop等。 全书共分为6章。第1章讲解了Maya的基本功能、Maya的应用领域、次世代游戏的概念及PBR 的标准化工作流程。第2章讲解了Maya的用户界面构成、变换操作视图及自定义Maya工作界面的方法。 第3章讲解了Maya软件的基本操作方法、NURBS曲面建模的方法和多边形建模的方法，介绍了Maya 的轨迹化操作技巧。第4章讲解房屋案例的制作过程，全流程使用Maya软件完成，使用的命令涵盖了 Maya的常用命令。第5章使用标准的PBR流程制作次世代高仿真弹药箱案例。第6章制作基于PBR 流程的次世代科幻武器案例。每章都有学习提示和要点总结，帮助读者抓住重点。 本书适合作为高等院校数字媒体技术、游戏设计、动画等专业的专业课教材，也可以作为培训机构 的教学用书，还可以作为游戏设计、动画设计爱好者的自学用书。

周彦鹏：数字媒体技术专业教师，副教授职称，主要从事三维动画设计、影视后期制作的教学工作，拥有十余年的实践教学经验，教学过程中注重对三维设计的实际操作能力训练，具有丰富的软件应用经验和实践操作经验，积累了较多的教学案例，教学思路清晰，具有独特的操作技巧。