【游戏开发实战】下载原神模型，PMX转FBX，导入到Unity中，卡通渲染，绑定人形动画（附Demo工程）

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2022-10-12

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一、前言

嗨，大家好，我是新发。
我这两天在做一个RPG打群架的个人作品，涉及到一些渲染和人物动画控制的问题，顺手写篇教程，这里角色模型我用原神的模型来演示。

效果如下
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二、原神模型下载

原神的模型可以在官网直接下载到。

1、第一期模型

官网：https://ys.biligame.com/gczj/
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2、第二期模型

官网：http://ys.biligame.com/pjdkx/
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3、第三期模型

官网：https://ys.biligame.com/beyel
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4、第四期模型

官网：https://ys.biligame.com/ysl
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5、第五期模型

官网：https://www.bilibili.com/blackboard/activity-raop07Ymhm.html
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6、第六期模型

官网：https://www.bilibili.com/blackboard/activity-kiOl0D1nF8.html
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7、第七期模型

官网：https://www.bilibili.com/blackboard/activity-btLCSzTTsK.html
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8、模型合集打包下载

如果你不想一个个下载，可以从我的网盘下载，我已经全部打包好了，
网盘地址：https://pan.baidu.com/s/1gUCyDuu9D2Aoug6weK2WxA
提取码：bbr5
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三、pmx转fbx

我们下载下来后，模型的格式是pmx，
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我们需要把它转为fbx格式才能导入Unity中使用。pmx转fbx可以通过Blender来转，刚好我之前自学了Blender，也写过几篇Blender配合Unity的文章，大家感兴趣的可以看看：
《【游戏开发创新】上班通勤时间太长，做一个任意门，告别地铁与塞车（Unity | 建模 | ShaderGraph | 摇杆 | 角色控制）》

《【游戏开发创新】自学Blender建模，自制孔明灯，在Unity中点亮整个星空，愿新年，胜旧年（Unity | 建模 | 粒子系统 | 预设）》

《【游戏开发创新】当我学了Blender 建模，自制3D电脑桌面，回收站爆发了，把我做的模型都吐了出来（Blender | Unity | FBX）》

回归正题，下面就来教大家如何使用Blender将pmx转为fbx格式。

1、Blender下载与安装

Blender官网：https://www.blender.org/
中文手册：https://docs.blender.org/manual/zh-hans/2.79/about/introduction.html

由于Blender官网的下载速度太慢，建议去Blender中国社区下载，地址：https://www.blendercn.org/
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根据你的电脑系统下载对应的版本，我是windows系统，点击下载windows平台的安装包，
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下载完后直接傻瓜式安装即可~
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2、Cats插件下载与安装

Blender是开源免费的，轻量又强大，易于上手，很适合个人独立开发者学习和使用，它具有丰富的插件生态，就像VSCode一样，我们这里要将pmx转为fbx格式，就需要用到一个Cats插件。
Cats插件自身也是开源的，我们直接从GitHub上下载。
地址：https://github.com/GiveMeAllYourCats/cats-blender-plugin
如下，点击Cats Blender Plugin，下载下来的是一个zip文件，
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现在我们打开Blender，然后点击菜单Edit / Preferences，打开偏好设置窗口，
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点击Add ons，然后点击install按钮，
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然后选择我们刚刚下载的Cats插件文件，点击Install Add-on，
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安装完毕后，记得勾选上它，（如果你没勾选，插件就是禁用状态的）
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现在，我们就可以在编辑区的侧边栏那里看到CATS插件了，（注：侧边栏显示和隐藏的快捷键是N）
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3、导入pmx模型

我们在CATS插件中点击Import Model按钮，
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然后选择pmx文件，点击Import Any Model按钮，
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此时导进来的模型的材质有问题，是这样子的，
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4、修复材质问题

我们打开侧边栏的Misc，然后点击Shadeless（即使用卡通材质），
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此时我们就可以看到正常显示了，
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看下细节
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5、修复模型：Fix Model

我们可以看到，模型的节点命名并不是按照Unity骨骼映射的英文命名，
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我们点击CATS插件的Fix Model按钮，即可自动进行修复，除此之外，它还会帮我们删除多余无用的骨骼，将使用同一张贴图的节点合并为一个Mesh并重命名为Body等，
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修复后可以看到变成英文命名了，
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6、导出fbx

点击CATS插件的Export Model按钮，即可导出fbx文件，
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建议导出fbx文件放在pmx文件同级目录中，
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如下，
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四、Unity部分

1、导入fbx和贴图

我们上面的fbx文件和tex文件夹（里面是贴图）一起拷贝到Unity工程中，（如果你没有拷贝tex文件夹，在Unity中显示的就是白模）
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此时我们把模型拖入场景中，看到的效果是这样的，
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2、从fbx中导出材质球

上面我们看到，模型的材质效果不是 卡通渲染风格，当你去定位模型的材质的时候，会发现材质是嵌在fbx文件里的，
请添加图片描述
我们并不能对fbx内的材质进行编辑，
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没关系，我们把材质导出来。
选中fbx文件，在Inspector窗口中点击Materials，设置Location为Use External Materials (Legacy)，然后点击Apply按钮，
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此时材质球就会从fbx文件中导出来了，
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接下来我们就可以修改材质球的shader了，默认是Standard，
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3、卡通渲染

卡通渲染不像 PBR那样有标准流程和衡量准则，可以说卡通渲染是人们主观审美 + 现实环境抽象的结合，不同人对卡通渲染的理解理念不同，不过随着卡通渲染的不断发展，也形成了一套固定思路。

3.1、简单粗暴，使用Unlit/Texture

最粗暴的方式就是直接使用Unlit材质，在贴图上表现出卡通效果。
我们把材质球的shader全部改成Unlit/Texture（也就是无光照模型，直接显示贴图纹理），
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效果如下：
请添加图片描述
当然，这过于简单了，缺点很明显，没有光照效果。

3.2、基于光照的卡通渲染

我们对比看下原神游戏中的画面效果，是一种次时代卡通效果。我们可以看到，它是有光照效果的，太阳在右侧，人物面朝太阳方向时，光照面会有高光，背面会有阴影；当背朝太阳时则相反。
请添加图片描述
我们需要考虑光照，也就是基于光照模型的卡通渲染。

3.3、UnityToonShader项目

基于光照模型的卡通渲染，我在GitHub上找到了一个项目，地址：https://github.com/Sorumi/UnityToonShader
如果你访问不了GitHub，可以访问我的CODE CHINA，我已将它Fork过来了，
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3.4、ToonMultiStepShader.shader

进入上面这个项目的Assets/Shaders目录，可以看到一些shader脚本，我使用的是这个ToonMultiStepShader.shader，
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shader代码如下：

Shader "Toon/Basic/MultiSteps"
{
    Properties
    {
        // 颜色
        _Color ("Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
        _HColor ("Highlight Color", Color) = (0.8, 0.8, 0.8, 1.0)
        _SColor ("Shadow Color", Color) = (0.2, 0.2, 0.2, 1.0)
        
        // 贴图
        _MainTex ("Main Texture", 2D) = "white" { }
        
        // 渐变
        _ToonSteps ("Steps of Toon", range(1, 9)) = 2
        _RampThreshold ("Ramp Threshold", Range(0.1, 1)) = 0.5
        _RampSmooth ("Ramp Smooth", Range(0, 1)) = 0.1
        
        // 镜面
        _SpecColor ("Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1)
        _SpecSmooth ("Specular Smooth", Range(0, 1)) = 0.1
        _Shininess ("Shininess", Range(0.001, 10)) = 0.2
        
        // 边缘
        _RimColor ("Rim Color", Color) = (0.8, 0.8, 0.8, 0.6)
        _RimThreshold ("Rim Threshold", Range(0, 1)) = 0.5
        _RimSmooth ("Rim Smooth", Range(0, 1)) = 0.1
    }
    
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType" = "Opaque" }
        
        CGPROGRAM
        
        #pragma surface surf Toon addshadow fullforwardshadows exclude_path:deferred exclude_path:prepass
        #pragma target 3.0
        // 基础色
        fixed4 _Color;
        // 高光颜色
        fixed4 _HColor;
        // 阴影色
        fixed4 _SColor;
        // 主贴图
        sampler2D _MainTex;
        // 渐变阈值
        float _RampThreshold;
        // 渐变平滑度
        float _RampSmooth;
        // 渐变阶数
        float _ToonSteps;
        // 镜面平滑度
        float _SpecSmooth;
        // 光滑度
        fixed _Shininess;
        // 边缘颜色
        fixed4 _RimColor;
        // 边缘阈值
        fixed _RimThreshold;
        // 边缘光滑度
        float _RimSmooth;
        
        struct Input
        {
            float2 uv_MainTex;
            float3 viewDir;
        };
        
        // 线性阶跃
        float linearstep(float min, float max, float t)
        {
            return saturate((t - min) / (max - min));
        }
        
        inline fixed4 LightingToon(SurfaceOutput s, half3 lightDir, half3 viewDir, half atten)
        {
            half3 normalDir = normalize(s.Normal);
            half3 halfDir = normalize(lightDir + viewDir);
            
            float ndl = max(0, dot(normalDir, lightDir));
            float ndh = max(0, dot(normalDir, halfDir));
            float ndv = max(0, dot(normalDir, viewDir));
            
            // 平滑阶跃
            float diff = smoothstep(_RampThreshold - ndl, _RampThreshold + ndl, ndl);
            float interval = 1 / _ToonSteps;
            // float ramp = floor(diff * _ToonSteps) / _ToonSteps;
            float level = round(diff * _ToonSteps) / _ToonSteps;
            float ramp ;
            if (_RampSmooth == 1)
            {
                ramp = interval * linearstep(level - _RampSmooth * interval * 0.5, level + _RampSmooth * interval * 0.5, diff) + level - interval;
            }
            else
            {
                ramp = interval * smoothstep(level - _RampSmooth * interval * 0.5, level + _RampSmooth * interval * 0.5, diff) + level - interval;
            }
            ramp = max(0, ramp);
            ramp *= atten;
            
            _SColor = lerp(_HColor, _SColor, _SColor.a);
            float3 rampColor = lerp(_SColor.rgb, _HColor.rgb, ramp);
            
            // 镜面
            float spec = pow(ndh, s.Specular * 128.0) * s.Gloss;
            spec *= atten;
            spec = smoothstep(0.5 - _SpecSmooth * 0.5, 0.5 + _SpecSmooth * 0.5, spec);
            
            // 边缘
            float rim = (1.0 - ndv) * ndl;
            rim *= atten;
            rim = smoothstep(_RimThreshold - _RimSmooth * 0.5, _RimThreshold + _RimSmooth * 0.5, rim);
            
            fixed3 lightColor = _LightColor0.rgb;
            
            fixed4 color;
            fixed3 diffuse = s.Albedo * lightColor * rampColor;
            fixed3 specular = _SpecColor.rgb * lightColor * spec;
            fixed3 rimColor = _RimColor.rgb * lightColor * _RimColor.a * rim;
            
            color.rgb = diffuse + specular + rimColor;
            color.a = s.Alpha;
            return color;
        }
        
        // 表面着色器
        void surf(Input IN, inout SurfaceOutput o)
        {
            fixed4 mainTex = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);
            o.Albedo = mainTex.rgb * _Color.rgb;
            
            o.Alpha = mainTex.a * _Color.a;
            
            o.Specular = _Shininess;
            o.Gloss = mainTex.a;
        }
        
        ENDCG
        
    }
    FallBack "Diffuse"
}

将其导入Unity工程中，
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3.5、材质球设置

把材质球的shader改为Toon/Basic/MultiSteps，如下
在这里插入图片描述
调整一下高光、阴影、渐变阈值、镜面、边缘等参数，
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3.6、效果演示

效果如下，我们在修改太阳光方向，观察不同角度的效果，
请添加图片描述

4、添加动画

我们要给角色添加动画，加入你现在已有一些人形骨骼动画，想套用在原神的模型上，怎么弄呢？我来教你~

4.1、人形动画资源获取

假设你手头上没有人形动画，这个时候，我就要推荐你一个高级网站了：Mixamo，地址：https://www.mixamo.com/

我之前有写过一篇文章专门介绍这个网站：《在线免费角色动画网站：mixamo》

我们选择一个喜欢的动作，比如我选这个
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点击Download按钮，
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格式选择FBX，不要包含网格（选Without Skin），然后点击DOWNLOAD，
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这样我们就得到了一个含动画的fbx文件，
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4.2、设置人形动画

我们把动画fbx文件导入Unity中，如下
在这里插入图片描述

选中动画fbx文件，在Inspector窗口中点击Rig，把Animation Type设置为Humanoid，然后点击Apply，
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此时我们点击Configure，可以看到人形动画Avatar的绑定信息，
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如下
在这里插入图片描述

同样的，把我们原神的fbx模型的Animation Type也改为Humanoid，
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同样点击Configure按钮，检查一下Avatar，
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4.3、添加Animator动画

最后一步，把动画文件拖给模型父节点，此时会自动挂一个Animator组件，我们设置一下Avatar对象，如下
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注意，如果要让动画循环播放，需要把动画的Loop Time勾选上，如下
请添加图片描述

4.4、运行效果

加个背景图，运行效果如下，
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emmmm，还是少一点效果，我们加上泛光屏幕后处理，如下
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注：关于屏幕后处理，我在之前一些文章中与讲到，可以看我之前的文章：
《【游戏仿真实验】使用Unity仿真电视机光学三原色显示画面，我是要成为海贼王的男人》
《Unity后处理（图像优化特效技术），实现影视级别的镜头效果，辅助标签：PostProcessing》

好了，剩下的就是大家自由发挥了，添加一些其他动画，进行组合、控制。
关于Animator动画控制，我之前写过相关教程，推荐大家看下，《Unity动画状态机Animator使用》

四、Demo工程下载

本文Demo工程我已上传到CODE CHINA，感兴趣的同学可自行下载学习，
地址：https://codechina.csdn.net/linxinfa/MiHoYoModelTest
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五、完毕

好啦，就到这里吧~
我是林新发：https://blog.csdn.net/linxinfa
原创不易，若转载请注明出处，感谢大家~
喜欢我的可以点赞、关注、收藏，如果有什么技术上的疑问，欢迎留言或私信~

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