3D моделинг это вещь довольно универсальная, которая с каждым годом приходит в обиход многих сфер человеческой деятельности. Существует невероятное количество способов, методов и программ, которые позволяют создавать различные модели для различных нужд. Но мне хотелось бы рассказать о самой, на мой взгляд, интересной и сложной части – создании персонажей.
Сначала я хочу сказать спасибо нашим партнерам за то, что позволили использовать персонажа в качестве иллюстрации к этой статье. Этого милого парня зовут Ракан и он герой книги с дополненной реальностью, которая выйдет в свет только к концу года. Мы его создали. И ниже, на его примере, я расскажу и покажу как это делается в современной индустрии 3D.
Основные этапы моделирования персонажей следующие:
- Изучение концептов и/или референсов.
- Наброски
- Скульптинг по концептам
- Ретопология
- Развертка
- Снятие карт нормалей
Для персонажей чаще всего используется такая программа, как Zbrush. Это невероятно мощный редактор для цифрового скульптинга. Да, так же как и в реальности, в нем можно вылепить 3D модельку используя множество инструментов наподобие виртуальных кистей, работающих как стеки, петли и ножи. Кроме того, в Zbrush'е есть готовые болванки различных предметов, фигур и частей тела с верными пропорциями. Наш персонаж имеет не совсем реалистичные пропорции, поэтому начнем его делать с простой сферы.
Рис 1. Программа Zbrush и наш будущий герой (Полная версия)
Рис 2. Вот так рождаются пероснажи
Дальше с помощью простых манипуляций из сферы делают общую форму тела. По умолчанию в Zbrush'е используется вот такой коричневый материал, который называется Red Wax.
Чтобы было проще работать, концепты персонажа можно перенести прямо в рабочую область с помощью инструмента Image Plane сразу в нескольких ракурсах.
Рис 3. Скульптинг по концептам с помощью инструмента Image Plane (Полная версия). Этот скриншот мы подготовили позднее, когда персонаж был уже готов, чтобы наглядно показать как это работает.
Процесс пошел – цифровая глина быстро начинает приобретать нужную форму. Идет проработка мелких деталей. Если в проекте используется динамика для волос и ткани (поведение одежды и волос просчитывает компьютер в зависимости от движения персонажа и окружающих условий), то персонаж моделится в чем мама родила. Такое решение требует гораздо больших вычислительных мощностей и имеет ряд особенностей. В нашем случае одежда и волосы – это части персонажа, поэтому и делается он целиком. Исключением могут быть отлетные части одежды, например юбка, плащ, ножны для меча.
Рис 4. Ракан почти готов! (Полная версия)
Дальше начинаются танцы с бубнами, смысл которых становится ясен только после погружения в моделинг, но я все-так попробую их описать.
Когда персонаж полностью готов – настает время очень важной процедуры – ретопологии.
Рис 5. Первый кошмар начинающих моделеров
Собственно, ретопология – это довольно грубое упрощение существующей модели для получения более простой сетки с учетом потребностей для дальнейшей анимации. Зачем красивого и детализированного персонажа, на создание которого было затрачено столько усилий, превращать в простую, как граненый стакан, модель спросите вы? Дело в том, что на этой стадии поверхность персонажа имеем мелкий рельеф, описанный в существующей геометрии невероятным количеством 4-угольников - полигонов (несколько миллионов), которые будут просчитываться заново каждый раз, когда вы решите что-либо сделать с этой моделью, например, передвинуть ее. Такая моделька будет нещадно потреблять вычислительные ресурсы компьютера, а ведь моделинг – это только первая стадия работы! Поэтому, задача ретопологии – получить лоуполи (низкополигональную) копию в несколько десятков тысяч полигонов (несколько тысяч для игр), с которой потом и будут работать дальше другие ребята.
Рис 6. Сетка до и после ретопологии. Так выглядят миллионы полигонов (Полная версия)
Так же необходимо учесть, что во время анимации у персонажа должны сгибаться колени и локти, а рот и глаза реалистично двигаться. Чтобы почить такой эффект в местах деформаций необходимо уплотнить мэш (полигональную сетку) и создать лупы (loop – петля, на рисунке обозначены зелеными стрелками). Для ретопологии существует уйма инструментов и даже программ, которые могут генерировать сетку автоматически. Но гораздо лучшего результата можно добиться, нарисовав сетку вручную.
Рис 7. Теперь этот парень сможет реалистично двигаться при анимации и при этом не сильно грузить компьютер (Полная версия)
Теперь мы имеем легкую, но грубую модельку, которой нужно сообщить мелкие детали с оригинальной хайполи (высокополигональной) модели. Первый шаг – создание UV развертки (или UV маппинг, от mapping). В принципе это то же самое, что и крой одежды, только несколько сложнее. UV развертка условно делит модель на отдельные части, которые позволяют максимально точно разложить ее на плоскости. При этом стыки краев развертки, где проходят швы, стараются прятать в незаметных местах. UV – это обозначение координат (u, v) точки поверхности персонажа на плоской развертке, которые затем отобразятся на трехмерной модели. Кстати, умение делать хорошие развертки это показатель профессионализма моделера.
Рис 8. UV – развертка. Второй кошмар начинающих моделеров (Полная версия)
Второй шаг – снятие карт нормалей, передающих лоуполи модели мелкий рельеф поверхности.
Попробую объяснить на простом примере. Представьте себе такую сцену – на среднем плане мы видим едущий по дороге грузовик. В следующем кадре он останавливается, а мы замечаем большие колеса с крупным рисунком протектора. В данном случае полезная для нас работа – это просчет в каждый момент времени 2-х колес с одного ракурса. Но компьютер вынужден посчитать и дополнительных несколько десятков тысяч невидимых полигонов протектора при любом изменении положения модели. Это обстоятельство печалило многих, поэтому в результате были реализованы такие технологии, как карты нормалей (normal maps) и карты смещения (displacement maps).
Хоть мы и работаем в 3D пространстве, но финальный продукт – это плоское изображение с иллюзией трехмерного пространства (уберем в сторону стерео-формат). Эту иллюзию дают тень и перспектива. С перспективой все более менее просто – внутри 3D редактора действуют почти те же законы пространства, что и в привычной жизни, а вот с тенями дело обстоит гораздо интереснее.
Карты нормалей это такие текстуры, содержащие информацию о тенях, которые появляются на красивой рельефной поверхности высокополигональной модели и позволяют спроецировать эти тени на лоуполи модель. В результате, при визуализации мы видим поверхность рельефной, хотя на самом деле на лоуполи модель его нет. Т.е., оригинальные нормали объекта заменяются нормалями с высокополигональной модели.
В Ракана карты нормалей мы еще не сняли, поэтом в качестве иллюстрации воспользуемся Наурызбай батыром.
Рис 9. Карты нормалей (Полная версия). Третий кошмар начинающих моделеров. Информация из высокополигональной модели интерпретируются в цветовую составляющую RGB, где [r,g,b] соотносятся с осями [x,y,z].
Чтобы снять хорошие карты нормалей с помощью различных инструментов хайполи модель проецируют на лоуполи модель. Когда проецирование завершено, карты нормалей «запекаются» на модели персонажа, который после приминения данных карт выглядит детализированным. Умение снимать хорошие карты нормалей говорит о классе моделера.
После таких манипуляций персонажа можно отдавать на тектурирование и риг, о которых поговорим в следующий раз.
P.S.: Хочу поблагодарить своего терпеливого коллегу Дениса Луценко за то, что он все-таки нашел время, чтобы подготовить эти скриншоты в процессе своей работы.
Часть 1. Как начать делать компьютерную графику и не облажаться
Часть 2. Хороший пре-продакшн или почему иногда работу стоит делать два раза
Часть 3. Как продать идею к мультфильму, фильму или игре
Часть 4. То что вы хотели знать про 3D-моделинг, но было непонятно
Часть 5. Хитрости текстурирования 3D персонажей для мультфильмов
Часть 6. Жомарт: Генезис или коротко о риге персонажа для мультфильма
Узнать больше: О школе | О студии KCG