【Unity】テクスチャを用いたSmoothness設定方法【PBRマテリアル】

3Dモデリングを始めてから1年と数カ月が経ちました。
独学で好き勝手作ってきたのですが、最近基礎力の無さをつくづく自覚しまして。
そろそろ向き合わねばと、色々調べているところです。

で、ここしばらくPBRマテリアルについて試しておりまして。
今回はUnityにおけるPBRマテリアル用テクスチャに関するメモとなります。

そもそもPBR(Physically Based Rendering)とは何ぞ？って問いに関する詳細は以下より。

・Physically based rendering - Wikipedia
https://en.wikipedia.org/wiki/Physically_based_rendering

・物理ベースレンダリング -基礎編- | Cygames Engineers' Blog
https://tech.cygames.co.jp/archives/2129/

・PBRマテリアルのテクスチャは実際どのようなテクスチャなのか – tkmkrocket_tech
http://tkmkrocket.net/tech/2019/11/18/pbr%e3%83%86%e3%82%af%e3%82%b9%e3%83%81%e3%83%a3%e3%81%ab%e3%81%a4%e3%81%84%e3%81%a6/

・物理ベースレンダリング -リニアワークフロー編 (1)- | Cygames Engineers' Blog
https://tech.cygames.co.jp/archives/2296/

要約すれば「物理的な正しさとそれによる現実らしさを求めた手法」みたいな感じ。
その手法で作られるのがPBRマテリアル。

PBRマテリアルに使うものの1つに様々なテクスチャの類があります。
普段僕がBlenderでPBRマテリアルを作る際に使うテクスチャはBaseColor,Normal,Roughnessの3種です。
テクスチャには他にもAOやらMetalnessやらありますが、現状はこれだけ。

テクスチャの作り方としては、まずBaseColor用のテクスチャをBlender内でTexuture Paintするなり、Bakeするなりして用意します。
それをGIMPで脱色してグレースケール化し、適当にコントラストを付けてRoughnessとして出力。
最後にそのグレースケール化したテクスチャをGIMPのNormal Map Pluginを使ってNormal Mapにして出力します。

・GIMP normalmap plugin
https://code.google.com/archive/p/gimp-normalmap/

サンプルとして作ってみたものがこれ。

【BaseColor】

【Normal(Map)】

【Roughness(Map)】

そうして作ったものをBlenderのノードに繋ぐとこんな感じ。

適当なメッシュに貼り付けてビューポートで確認するとこんな感じ。

現実的と呼ぶには解像度が足りませんが、適当に作れるにしてはそれらしい質感になりました。

では、これをUnityに持っていってみます。

Blenderでfbxをエクスポートして、Unityにインポート。
インポート時にNormal MapをFix。
インポート直後のマテリアルではBlenderで繋いでいたRoughnessが外れていますので、マテリアルをいじって繋ぎ直すためにInspector→Materialsへ行き、LocationをUse External Materials(Legacy)へ変更しApply。
RoughnessをSmoothnessにつなぎたいところですが、無いのでとりあえずMetalに適用。

するとなんかメリハリの無い質感に。

Smoothnessがおかしいのかと、Smoothnessの値を調整し、1に近づけてみると・・・これもなんか違う。

ここでUnityにおけるMetallicとSmoothnessの扱いを見てみましょう。

・Unity - Manual: Metallic mode: Metallic Parameter
https://docs.unity3d.com/Manual/StandardShaderMaterialParameterMetallic.html

・Smoothness - Unity マニュアル
https://docs.unity3d.com/ja/2017.4/Manual/StandardShaderMaterialParameterSmoothness.html

・シェーディング - Unity マニュアル
https://docs.unity3d.com/ja/2017.4/Manual/BestPracticeMakingBelievableVisuals5.html

ドキュメント曰く「MetallicはMetallicに適用したテクスチャのRGBAのRの値が、SmoothnessはRGBAのAの値(アルファチャンネル)が使われる」。

また、UnityのSmoothnessで使うAlphaの値は「Albedo Alpha」と「Metallic Alpha」の2種類から指定でき、AlbedoまたはMetallicにあてがわれたテクスチャのうち、選んだ方のアルファチャンネルが参照される、と。

・アルファチャンネル - Wikipedia
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%AB%E3%83%95%E3%82%A1%E3%83%81%E3%83%A3%E3%83%B3%E3%83%8D%E3%83%AB

上のサンプルでBlenderからUnityへエクスポートした時に上手くいかなかったのは、Roughnessに使っていたものをSmoothnessとして何故かMetallicに繋いでいたことと、Smoothnessの指定方法が間違っていたから。

Smoothnessのテクスチャスロットが無いとはいえ、Metallicに繋ぐのは意味がわかりませんね。何を考えていたのでしょう。

現状、上のようにBlenderで使っていたRoughnessマップをそのままUnityに持っていくことはできそうにありません。
RoughnessとSmoothnessでも値が逆ですし。
転用するのであれば、テクスチャを色々いじる必要がありそうです。

ともあれ、MetallicとSmoothnessで使うテクスチャについてはわかりました。

マニュアル内のサンプルを見る限り、「白黒の濃淡」＋「アルファ(透明度)の強弱」を組み合わせることで、MetallicとSmoothnessを1枚のテクスチャにまとめることができそう。
(実際、こういう"まとめ"はよく使われてるとかなんとか)

ということで、今回は確認も兼ねていくつかのテクスチャを試してみます。

確認するのは2点。

アルファによるSmoothnessの変化
白黒の濃淡によるMetallicの変化

確認方法として、同じテクスチャをGIMPでいじり、比較します。

その開始地点となるのはこれ。

板ポリにAlbedo用のカラーテクスチャ、Normal Mapを適用したものです。
ライトを中央に当て、Smoothnessの値は見やすいように0.9としました。

ちょっとわかりづらいですが、比較しやすいよう、同じテクスチャを左中央右と3つに複製して並べてあります。
(線を引いたところ)

今回使用したテクスチャはこちら。

【Albedo】