2015年の会社創立以来、3DCGをコアにした技術力を武器に日本のコンテンツ業界を支えてきたGUNCY’S。2023年のUnreal Festでは、Unreal Engine 5やHoudiniによるプロシージャルワークフローを用いたオリジナル映像作品のR&Dプロジェクトを発表し、大きな話題を呼んだ。本連載では、日本語でまだ情報の少ない先端技術を積極的に用い、そのプロジェクトを通して得た検証結果を広く公開していく。

はじめに

皆様こんにちは。株式会社GUNCY'Sテクニカルアーティストの伊藤と申します。今回からSubstance 3D Designerについて詳しくお話ししていきます。Substance 3D Designerは、3Dアーティストやゲームデザイナーにとって欠かせないツールのひとつです。その魅力や使い方について解説していきましょう。

当記事では、minoさんに制作いただいた複雑な模様のマテリアルのつくり方とデカールの活用事例についてご紹介します。次回の記事では、モデル側での工夫や、リピート感の解消方法について触れる予定です。

Substance 3D Designer

Substance 3D Designerとは

Substance 3D Designer（以下、Substance Designer）は、プロシージャルテクスチャリングツールです。主にゲーム、映画、アニメーション、3Dアートの分野で活用されています。

Substance Designerの最大の特徴は、ノードベースでプロシージャルにテクスチャやマテリアルを作成できる点です。ノード同士をつなげることで、複雑なマテリアルの作成や多様なバリエーションを生み出すことができます。また、後から修正や変更がしやすく、効率的に作業を進められるのが強みです。

テクスチャ制作ツールとしてはSubstance 3D Painter（以下、Substance Painter）が一般的ですが、Substance Designerでもテクスチャリングが可能です。今回のプロジェクトでは、様々な場面でSubstance Designerを活用しているので、その事例をご紹介します。

模様のあるマテリアル作成

Substance Designerでのマテリアル制作において、重要なポイントをいくつかご紹介します。

まず、リファレンスをよく観察し、対象となるマテリアルがどのように構成されているのかを把握することが大切です。この観察を通じて、マテリアルの特性やディテールに気づくことができます。

次に、構成されている要素を細かく部品化します。これにより、各要素を個別に管理できるため、制作がスムーズになります。細かく分解した部品をシェイプで再現し、それぞれの形状を正確に表現することが重要です。

多くの場合、配列系のノードを使うことが多く、特にTile Samplerノードの汎用性が高いため、頻繁に活用します。このノードは、自然な模様から細かい装飾まで、様々な模様をつくることができます。まずはTile Samplerの使い方を考えることから始めるのがオススメです。

Tile Samplerには多くの設定項目がありますが、これらを調整することで模様の配置を細かく制御できます。例えば、下記の画像のように模様を互い違いに並べたい場合も、Tile Samplerの設定で簡単に実現できます。

さらに、部品化したシェイプに変形を加えることで、様々なバリエーションを作成できます。

変形系のノードでは、Transformation 2Dを基本として、WarpやQuadTransformなどを組み合わせることで、シェイプを細かくコントロールすることが可能です。

作成した部品やシェイプを効率的に再利用し、それらを組み合わせることで、最小限の要素から複雑な模様をつくり上げていきます。

派生させたシェイプの合成は、基本的にBlendノードを使用しますが、ただ単純に重ねるだけでは上手くいきません。模様の重なり順や、各PBRチャンネルの兼ね合いなども考慮して作業する必要があります。

そのため、マスクを適切につくることや、後で合成しやすいようにシェイプをつくることが大切です。

Substance Designerは、レイヤーを重ねていくSubstance Painterと異なり、ノードを組み合わせて作業するツールです。そのため、Substance Painterよりも素材を再利用するのが簡単です。シンプルなシェイプをつくり、それを複数経路のネットワークを組むことで変形させたり組み合わせたりすることで、様々な種類のバリエーションをつくることができます。

例えば、Mirrorノードを使えば左右対称の模様を、SplatterCircularノードを使えば円状に広がる模様を簡単につくることができます。この手法により、見た目が複雑な模様でも効率よく作成することが可能です。

上記の作例では、模様の一部分に色の変化を加え、布素材特有の織り目の質感や金糸による装飾なども考慮しながらシェイプを作成し、PBR要素を適切に組み合わせてつくられています。

このような複雑な模様にはやや経験則が必要な部分ではありますが、基本的な制作のながれは変わりません。リファレンスの観察、ディテールの理解、部品分解、適切なノードの組み合わせ、そして再利用とバリエーションの作成という手順を踏むことで実現できます。

一見複雑そうな模様でも、部品化と組み合わせにより、効率的かつクオリティの高いマテリアルをつくることができます。

デカール

デカール（Decal）とは、3Dオブジェクトやサーフェスに画像やテクスチャを貼り付ける技術のことを指します。デカールは元のオブジェクトの形状やテクスチャに直接影響しないため、元の状態を保ちながら追加の効果を付け加えることができます。デカールを使用することで、シーンの雰囲気を全体的に変えられるようになります。

デカールマテリアルの作成

デカールマテリアルの作成は、基本的に通常のマテリアルを作成する方法と同じです。まず、シェイプノードでベースとなる形をつくり、そこからノードを組み合わせてデカールのデザインを構築していきます。

デカールは様々な場所で自然に馴染んで見えるようにつくる必要があるため、特に気をつけるべき点が3つあります。

1. 透明度（Opacity）
2. 環境光遮蔽（AO）
3. 凹凸表現（Normal）

Opacityはマスクとしての役割があり、AOとNormalは立体感の表現で非常に重要です。デカールは実際には物体の形を変えることができないため、立体感を出すにはAOとNormalの調整が必要になります。そのため、デカール作成時にはAOとNormalの見え方の調整に時間をかけ、後からUnreal Engine上で効果量や状態をパラメータで調整できるように心がけています。

これらの要素をバランスよく調整することで、デカールを自然な見た目に仕上げることができます。

下記の作例では、ヒビの量や太さ、面の剥落のバリエーションが必要だったため、それらをパラメータで調整できるように設計しました。基本的な制作プロセスは変わりません。まずリファレンスを観察し、ディテールを把握して、使用するノードを慎重に選定するというながれで作成を進めています。

Unreal Engineとの連携

Unreal EngineではSubstanceプラグインがあり、SBSARファイルをインポートすることができます。SBSARファイルとは、Substance Designerで作成したマテリアルをコンパイルした形式で、Substance Painterにインポートする際によく使われます。Substance Designer上で設定したパラメータを操作することでUnreal Engine上でデカールのバリエーションをつくることが可能です。

Substance 3D for Unreal Engine
www.fab.com/ja/listings/292bb370-f146-4d1e-89c2-afbdb26cea6b

SBSARファイルをUnreal Engineに持ち込む最大のメリットは、パラメータを自由に変更できる点です。通常のデカールは状態が固定された静的なデータとして扱われますが、SBSARファイルを使えばUnreal Engine上でリアルタイムにデカールの見た目を変更することができます。

デカールの種類ごとに新しくファイルをインポートする必要はなく、Unreal Engine上で実際にデカールを使いながらパラメータを自由に調整できるので、簡単に見た目を変更できて気軽に試行錯誤が行え、作業時間も短縮できます。このようなSubstanceとUnreal Engineの連携は、デカール作成において非常に有効な手段と言えます。

なお、Substance Designer側でパラメータを設定する際は注意が必要です。たくさんの細かい設定ができるからといって、必ずしも使いやすくなるわけではありません。むしろ、多すぎるパラメータは混乱を招く可能性があります。また、パラメータの数が増えると負荷も大きくなるため、本当に必要な設定だけに絞ることをオススメします。

まとめ

当記事では、Substance Designerを使用したマテリアル作成方法とデカールについて説明しました。次回は、クオリティをさらにアップさせるために行なった具体的な工夫や、マテリアルのリピート感を減らして自然に見せるためのテクニックについて詳しく紹介していきます。

少しでもSubstance Designerに興味をもっていただけたら嬉しいです。また、これから挑戦しようとしている方にも、今回の記事が少しでも参考になれば幸いです。ここまで読んでいただき、ありがとうございました。

次回もぜひお楽しみに。