ModelTranslator: 减面+高低模烘焙工具设计文档

Co-Authored-By: Claude Opus 4.8 <noreply@anthropic.com>
2026-07-16 10:23:13 +08:00
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+# ModelTranslator 减面与烘焙工具设计
+
+日期：2026-07-16
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+## 目标
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+为 `Tools/ModelTranslator` 新增两个 headless Blender 工具，与现有 `model_translator.py` 组成完整管线：
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+1. **model_decimate.py**：把 FBX 模型减面到指定三角面数，并重展一套不重叠 UV
+2. **model_bake.py**：以高模+低模两个 FBX 为输入，在低模 UV 上烘焙法线贴图，并把 color / metallic / roughness / ao 一并分离输出
+
+```
+高模.fbx ──工具1──▶ <名>_low.fbx ──工具2──▶ out_bake/<名>/ (低模fbx + 5张贴图)
+                        (高模.fbx ──┘)            └──工具3(现有)──▶ Unity XPbr 资源
+```
+
+工具2 产物命名对齐 ModelTranslator 纯网格约定（`<前缀>_<token>.png`），可直接喂给 `model_translator.py`。
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+## 架构与文件布局
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+沿用现有"系统 Python CLI 包装器 + headless Blender 内部脚本"模式：
+
+```
+Tools/ModelTranslator/
+  model_decimate.py   # 工具1 CLI
+  bl_decimate.py      #   └ Blender 内部执行（blender -b --factory-startup --python）
+  model_bake.py       # 工具2 CLI
+  bl_bake.py          #   └ Blender 内部执行
+```
+
+- `find_blender`（CLI 参数 > `BLENDER_EXE` > 默认 `D:\tools\blender-5.0.0-windows-x64\blender.exe` > PATH）与 `run_blender`（子进程 + stdout `MT_SUMMARY ` JSON 行协议）逻辑与 `model_translator.py` 一致
+- 仅依赖系统 Python 标准库 + Blender 5.0
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+## 工具1：model_decimate.py
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+**CLI**：
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+```bash
+python model_decimate.py src/well1500.fbx --tris 5000 [-o <dir>] [--blender exe]
+```
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+**Blender 内流程（bl_decimate.py）**：
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+1. 导入 FBX，收集所有 mesh 对象；非 mesh 对象（骨骼/空物体等）忽略并打警告（本工具只针对静态物件）
+2. 多 mesh 时 join 成单对象（目标面数按总量控制，也为工具2烘焙简化）
+3. 全面三角化，统计当前三角面数 `cur`；若 `cur <= 目标` 直接跳过减面并打提示
+4. Decimate modifier（collapse）`ratio = target/cur`，apply 后再三角化统计；collapse 结果是近似值，误差 >3% 时按比例修正再来一轮，最多 2 轮修正
+5. Smart UV Project 重展（angle_limit 66°，island_margin 按 2048 图约 4px），删除全部旧 UV 层
+6. 材质槽原样保留（烘焙后无用，但不破坏信息）
+7. 导出 `<原名>_low.fbx`；默认输出到源文件同目录，`-o` 可改
+
+## 工具2：model_bake.py
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+**CLI**：
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+```bash
+python model_bake.py <高模.fbx> <低模.fbx> [-o out_bake] [--size 2048] \
+    [--ray-distance N] [--samples 64] [--blender exe]
+```
+
+**Blender 内流程（bl_bake.py）**：
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+1. 分别导入高模、低模，各自 join 成单对象；校验低模有 UV 层，没有则报错退出（提示先跑工具1）
+2. 射线距离（max ray distance / cage extrusion）：默认取低模包围盒对角线的 2%，`--ray-distance` 覆盖（单位=场景单位）
+3. 低模挂临时烘焙材质，内含烘焙目标 image 节点；渲染器 Cycles、CPU
+4. 烘焙顺序（先烘依赖原始高模材质的 pass，再改节点图）：
+   - ① `NORMAL` pass：切线空间，基于低模新 UV；高模材质的法线贴图输入保持原样，法线细节一并烘入
+   - ② `AO` pass：samples 默认 64（`--samples` 可调）
+   - ③ 逐通道 EMIT trick：把高模各材质 Principled BSDF 的 Base Color / Metallic / Roughness 输入（贴图连线或常量值）改接 Emission → 烘 `EMIT`，依次输出 color / metallic / roughness（每张 1 sample）
+   - 所有 pass margin 16px，selected-to-active（高模 selected，低模 active）
+5. 颜色空间（吸取 well10k 双重 sRGB 编码教训，见 c682ab4）：
+   - color 烘焙目标图建为 **sRGB**
+   - normal / metallic / roughness / ao 建为 **Non-Color**
+   - PNG 落盘后 Unity 端 sRGB 开关由工具3 生成的 `.meta` 控制
+6. 输出到 `out_bake/<低模名去掉 _low 后缀>/`：
+   - 低模 FBX（导出时 path_mode 剥离贴图路径）
+   - `<名>_color.png`、`<名>_normal.png`、`<名>_metallic.png`、`<名>_roughness.png`、`<名>_ao.png`
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+## 方案取舍记录
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+- **烘焙核心选 Cycles selected-to-active + EMIT trick**：Cycles 无 metallic pass，`DIFFUSE` pass 受光照/颜色空间干扰；把数据通道接 Emission 烘 `EMIT` 是标准做法，color/metallic/roughness 三张统一路径。headless 一次性会话，改节点图无需还原
+- 否决"法线烘焙+原贴图搬运"：低模重展新 UV 后与高模 UV 无对应关系，搬运不成立
+- 否决手写 BVH raycast 采样：插值/抗锯齿/切线空间全要自己做，工作量大、质量难保证
+- 减面用 Decimate modifier（collapse）：Quadriflow remesh 只适合有机体且慢，不做
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+## 错误处理与局限
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+- 低模无 UV → 报错退出
+- 高模某通道无贴图 → Principled 常量值接 Emission 照常烘，日志标注 `(常量)`
+- 高低模位置/缩放需在同一坐标系（工具不做对齐）；烘焙前打印两者包围盒尺寸，差异超 10% 打警告
+- 法线按 OpenGL(+Y) 约定，不提供绿通道翻转
+- 不支持骨骼/动画/多 UV 层；多 mesh 一律 join
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+## 测试
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+- `python -m unittest`：ratio 修正计算、射线距离估算、输出命名等纯逻辑函数的单元测试
+- 冒烟测试：用 `src/well1500.fbx` 跑全管线——工具1 降到 5000 面 → 工具2 烘焙 → 工具3 转 Unity 资源；检查 5 张 PNG 存在且尺寸正确、低模 FBX 面数达标（±3%）
+- 最终 Unity 手动验证（与 ModelTranslator 既往验证方式一致）