Substance Designer – PBR-Nodes: Normal, Base Color, Roughness

PBR-Nodes in Substance Designer sind spezialisierte Knoten zur korrekten Berechnung physikalisch basierter Materialmaps (Normal, Base Color, Roughness, Metallic, Height), die den Kernoutput eines Designer-Materials bilden.

Rubrik: Animation & VFX · Unterrubrik: Substance · Niveau: Fortgeschritten

Synonyme / Auch bekannt als: PBR-Outputs, Materialkanäle, PBR-Texturmaps

Was sind PBR-Nodes?

Im Node-Graph von Substance Designer ist nicht jeder Node gleich: Während viele Nodes generische Bildoperationen durchführen (Blur, Blend, Transform), gibt es eine Kategorie von Nodes, die spezifisch für die Erzeugung physikalisch korrekter Materialdaten ausgelegt sind. Diese PBR-Nodes verstehen die physikalischen Gesetzmäßigkeiten von Licht und Oberflächen und erzeugen Outputs, die in PBR-Renderern und PBR-Viewports korrekt interpretiert werden.

Dazu gehören einerseits Konverter-Nodes (z. B. Normal-Map-Erzeugung aus Height-Daten), andererseits die Output-Nodes, die definieren, in welchem PBR-Kanal ein Ergebnis landet.

Erklärung

Normal Map-Nodes

Normal Map (Node): Konvertiert eine Graustufenheightmap in eine Tangent-Space-Normal-Map (RGB, Blau = hoch). Der Parameter Intensity kontrolliert die Höhenskalierung. Für realistische Normalwerte: Intensity zwischen 0.3–1.0 für subtile Oberflächen, 1.0–3.0 für ausgeprägte Geometrie.

Height to Normal World Units: Berechnet Normal Maps unter Berücksichtigung der physikalischen Einheitenskala. Wichtig für konsistente Normal-Map-Intensitäten, wenn verschiedene Materialien in derselben Szene kombiniert werden. Inputs: Height Map, Tile Size in World Units (z. B. 100 cm).

Normal Combine: Kombiniert zwei Normal Maps physikalisch korrekt (nicht einfach addiert, sondern per Whiteout-Blend oder Rotational Normal Blend). Unverzichtbar für das Überlagern einer tileable Detail-Normal auf eine große Basis-Normal.

Normal Color: Konvertiert RGB-Normal-Werte in Graustufen-Curvature-Werte und umgekehrt. Hilfreich für Debugging.

Slope Blur: Verzerrt (warpt) einen Input entlang der Richtungsinformation einer Normal Map. Ermöglicht z. B. Wasserspuren, die der Oberflächenneigung folgen.

Base Color-Nodes

Base Color ist ein Farbkanal (RGBA). Designer bietet keine spezifischen „Base Color-Nodes" im engeren Sinne – stattdessen werden Standard-Color-Nodes genutzt:

Gradient Map: Weist Graustufenwerten Farben aus einem Gradient zu. Zentral für die Farberzeugung aus prozeduralen Heightmap-Strukturen. Beispiel: Helle Bereiche (Kanten) → helleres Grau; dunkle Bereiche (Vertiefungen) → dunkle Farbe.

Color Correct: Passt Hue, Saturation, Lightness, Contrast eines Farbbildes an. Standard-Node für fine-tuning der Ausgabefarben.

HSL (Hue-Saturation-Lightness): Trennt und rekombiniert Farbkomponenten für selektive Anpassungen.

Flood Fill to Color: Füllt Bereiche (aus einer Flood-Fill-Segmentierung) mit zufälligen Farben aus einem Farbpaletten-Input. Unverzichtbar für Fliesen, Bricks, Platten – jeder Stein bekommt eine leicht andere Farbe.

Roughness-Nodes

Roughness ist ein Graustufenkanal (0 = poliert, 1 = matt). Nodes:

Levels / Curves: Die wichtigsten Nodes zur Roughness-Steuerung. Da Roughness direkt den visuellen Glanz kontrolliert, sind präzise Levels-Einstellungen entscheidend.

Histogram Scan: Verschiebt und skaliert die Helligkeitsverteilung einer Maske für Roughness-Variationen. Parameter: Position (Grenzwert), Contrast (Schärfe der Übergänge).

Histogram Select: Isoliert einen Helligkeitsbereich aus einem Input – ideal um z. B. nur die hellsten Kanten einer Curvature Map als Roughness-Variation zu nutzen.

Metallic-Nodes

Metallic ist binär (0 oder 1 für die meisten Flächen). Nodes:

Levels (scharf): Metallic-Maps werden meist als harte Schwarz/Weiß-Masken erstellt. Ein Levels-Node mit sehr hohem Kontrast erzeugt klare Metall/Nicht-Metall-Trennung.

Blend: Kombiniert mehrere Metallic-Bereiche (z. B. Metall + Korrosion-Übergang mit weicher Maske).

Height/Displacement-Nodes

Emboss: Erzeugt eine Heightmap aus der Richtungsinformation einer Textur. Nützlich für Prägungen und Reliefs.

Bevel: Fügt weiche Kanten-Abrundungen zu einer Heightmap hinzu. Unverzichtbar für realistische Hardsurface-Materialien.

Mirror Grayscale: Spiegelt Graustufenwerte, um aus einer Normal Map eine kompatible Height Map zu approximieren (begrenzte Genauigkeit).

Multi-directional Warp: Verzerrt mehrfach in verschiedene Richtungen für organische, nicht-gleichmäßige Height-Strukturen.

Output Nodes

Output Nodes sind die Endpunkte eines Graphs. Sie definieren den PBR-Kanal:

• BaseColor: RGBA Farbkanal
• Metallic: Graustufen
• Roughness: Graustufen
• Normal: RGB (Tangent Space)
• Height: Graustufen
• AmbientOcclusion: Graustufen
• Emissive: RGBA
• Opacity: Graustufen

Für jeden Output kann ein Format (8-bit, 16-bit float) und ein Farbraum (sRGB für BaseColor/Emissive, Linear für alle anderen) definiert werden.

Beispiele

Roughness für Metallverschleiß: Curvature Smooth → Histogram Scan (isoliert Kanten) → Blur → Levels (Kontrast und Helligkeit) → Blend (mit Grunge-Overlay) → Output: Roughness

Normal aus kombinierter Strukturebene: Heightmap Basis → Normal Map (Basis-Normal) + Detail-Noise → Normal Map (Detail-Normal) → Normal Combine → Output: Normal

In der Praxis

Die korrekte Behandlung von Farbräumen ist entscheidend: Base Color und Emissive in sRGB exportieren (8-bit ist ausreichend), alle anderen Maps (Normal, Roughness, Metallic, Height) in Linear (16-bit empfohlen). Fehler im Farbraum führen zu visuell falschen Materialien in der Engine.

Für die Normal-Map-Qualität gilt: Immer Normal Combine statt einfachem Blend zum Zusammenführen von Normal Maps verwenden. Ein simpler Blend erzeugt physikalisch falsche Normal-Map-Werte.

Vergleich & Abgrenzung

Designer PBR-Nodes vs. Blender Material-Shader: Blender-Shader arbeiten zur Laufzeit im Renderer; Designer-Nodes erzeugen offline gebackene Texturen. Das Ergebnis kann in Blender importiert werden, ermöglicht aber keine Echtzeit-Parameteranpassung ohne erneutes Baking (außer bei SBSAR-Nutzung).

Häufige Fragen (FAQ)

Warum erscheint meine Normal Map zu schwach? Zu niedriger Intensity-Wert im Normal-Map-Node oder falsche Einheit im Height-to-Normal-World-Units-Node. Für sichtbare Details: Intensity auf 1.0–2.0 erhöhen und mit dem 3D-Viewport in Designer überprüfen.

Muss ich für Roughness 8-bit oder 16-bit exportieren? 16-bit empfehlenswert, da Roughness-Verläufe (0.3–0.7) mit 8-bit leicht posterisieren. Besonders bei sanften, gleichmäßigen Verläufen ist der Unterschied sichtbar.

Wie kombiniere ich zwei Normal Maps richtig? Immer über den Normal Combine-Node, niemals über Blend (Normal-Modus). Normal Combine verwendet Rotationskomposition; einfaches Blending erzeugt falsche Richtungsvektoren.

Verwandte Einträge

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• PBR in Substance Painter: Metallic/Roughness vs. Specular/Glossiness

Weiterführend

• Adobe Inc.: PBR Nodes in Substance 3D Designer. Adobe Help Center, 2024.
• Allegorithmic: The PBR Guide Vol. 2 – Practical Guidelines for PBR Textures. Allegorithmic, 2017.
• Flick, Wes: Normal Map Theory and Practice. Artstation Learning, 2022.
• de Rousiers, Charles: Moving Frostbite to PBR. DICE/SIGGRAPH, 2014. (Foundational PBR theory)