【Unity Plugins】SPtoUnity渲染对齐

mastertravels77

一、目的

解决substance painter制作好的模型贴图导入到unity效果不一致的问题，不能所见即所得，影响美术工作效率。保证Dcc软件和Unity的效果对齐是完善美术工业制作流程中不可或缺的一环。
二、设置同步

1. 在SubstancePainter和Unity内选用相同的光照环境(Enivronment Map)的HDRI图。Enviroment Opacity调成100,完全显示.Environment Blur改成0,不要模糊.方便观察周围环境。


着色器默认使用的是pbr-metal-rough。


导出相关贴图，选择输出模板，这里我的模板多加了ao通道贴图。


这里我的模板多加了ao通道贴图，设置如下。


得到贴图如下：


2.Unity使用相同的环境球。


光照设置如下，可暂时关闭场景中的直射光。


贴图设置，除Albedo外，其他贴图取消勾选sRGB。


材质球的设置，将贴图放入对应通道即可。


3.sp和Unity效果对比,可以发现sp的效果相比Unity暗部较暗。




三、渲染同步

sp默认的shader都放在Adobe Substance 3D Painter\resources\starter_assets\shaders目录下，参考glsl的编写结构，就可以重新自定义shader（注：需要实时刷新shader，不能放在默认目录下，选择导入文件，右键reload即可[1]）。
sp自定义shader可参考：
使用sp的pbr输出局部光照和unity的对比：
Indirect Diffuse：基本相同


Indirect Specular：Unity的环境高光菲涅尔更加强烈


差异分析：
环境光照计算方式不同：1.在引擎里，我们通常使用directional light作为主光源（忽略点光，聚光灯等）进行直接光照的计算，使用solid color/skybox/gradient生成球谐参数，计算indirect diffuse，使用cubemap计算indirect specular。2.sp通过重要性采样来计算specular（具体算法参看Real Shading in Unreal Engine 4）。参考链接：
根据Unity的环境光照计算实现重写GlossyEnvironmentReflection函数。
half3 GlossyEnvironmentReflection(half3 reflectVector, half perceptualRoughness, half occlusion)
{
#if !defined(_ENVIRONMENTREFLECTIONS_OFF)
    half mip = PerceptualRoughnessToMipmapLevel(perceptualRoughness);
//     half4 encodedIrradiance = SAMPLE_TEXTURECUBE_LOD(unity_SpecCube0, samplerunity_SpecCube0, reflectVector, mip);
           half3 encodedIrradiance = envSampleLOD(reflectVector, mip);
// #if defined(UNITY_USE_NATIVE_HDR)
    half3 irradiance = encodedIrradiance.rgb;
// #else
//     half3 irradiance = DecodeHDREnvironment(encodedIrradiance, unity_SpecCube0_HDR);
// #endif

    return irradiance * occlusion;
#endif // GLOSSY_REFLECTIONS

        half3 _GlossyEnvironmentColor = half3( 1,1,1); // !!TEMP
    return _GlossyEnvironmentColor.rgb * occlusion;
}再次对比可以看到在采用环境球相同LOD时，sp和unity在相同级别下的值无法相对应，其中sp的lod级别存在10级，unity有7级。下图为lod级别都为4：


此处对Mip进行重映射的近似模拟计算[2]。
#define UNITY_SPECCUBE_LOD_STEPS 6

real PerceptualRoughnessToMipmapLevel(real perceptualRoughness, uint mipMapCount)
{
    perceptualRoughness = perceptualRoughness * (1.7 - 0.7 * perceptualRoughness);

        half mip = pow( perceptualRoughness, 0.4 );
        //mip = pow( mip, 0.3 );
        //mip *= 0.97;
       
        //float unity_environment_lod_count = float(unity_specularprobe_lod_count);

#if 0
        const float mipmap_end = environment_max_lod - environment_mipmap_bias;
        const float mipmap_start = mipmap_end - UNITY_SPECCUBE_LOD_STEPS;
#elif 0       
        const float mipmap_start = max( 0, environment_max_lod - unity_environment_lod_count );
        const float mipmap_end = min( unity_environment_lod_count, mipmap_start + UNITY_SPECCUBE_LOD_STEPS );
#elif 0
        const float mipmap_start = 0;
        const float mipmap_scale = environment_max_lod / unity_environment_lod_count;
        const float mipmap_tail = ( unity_environment_lod_count - UNITY_SPECCUBE_LOD_STEPS ) * mipmap_scale - 1;
        const float mipmap_end = min( environment_max_lod, environment_max_lod - mipmap_tail*1.2 );
#elif 1
        const float mipmap_start = 0;
        const float mipmap_end = environment_max_lod - 1.5;
#endif

        return mip * ( mipmap_end - mipmap_start ) + mipmap_start;

    // return perceptualRoughness * mipMapCount;
}对比：


BackGI：基本相同


AO：sp的AO多乘了阴影，sp有对应选项可以取消阴影。


去除阴影之后（为与Unity效果相一致默认关闭）。


再回到原始的pbr上，可以看到两边的效果基本一致。




添加直射光。在sp中利用shader定义主灯，并还原LightingPhysicallyBased的函数计算。
  // get light
  Light mainLight = GetMainLight();
  mainLight.attenuation = getShadowFactor();

  LocalVectors vectors = computeLocalFrame(inputs);

  #ifdef _SPECULARHIGHLIGHTS_OFF
      bool specularHighlightsOff = true;
  #else
      bool specularHighlightsOff = false;
  #endif
  BRDFData brdfData;
  float smoothness = 1.0 - roughness;
  InitializeBRDFData(baseColor,metallic,smoothness, brdfData);
  vec3 lightbased=LightingPhysicallyBased(brdfData,mainLight,vectors.normal,vectors.eye,specularHighlightsOff);直接光还原对比：


四、最终效果



PS:对于自定义的shader可以自己根据glsl的语言进行shader转换。
参考

• ^https://zhuanlan.zhihu.com/p/370581942
  
• ^https://nagnae.wordpress.com/2018/08/05/substance-painters-shader-for-unity-%E4%B8%AD%E6%96%87/