Основные этапы создания 3D-моделей для видеоигр

Пайплайн* создания 3D-модели для видеоигры включает в себя несколько этапов, каждый из которых играет важную роль в достижении качественного результата. Кратко рассмотрим каждый этап, начиная с выбора референсов и заканчивая финальным рендером, а также инструменты, которые используют 3D-художники.

* Пайплайн (англ. pipeline) — последовательность шагов по созданию и оптимизации модели.

Выбор референсов

Выбор референсов — один из самых важных этапов в создании любой 3D-модели. Качественные референсы служат основой для точного воспроизведения деталей и пропорций, помогают понять форму и структуру объекта. Референс (англ. reference «справка, сноска») — вспомогательное изображение или фотография, которые художник изучает перед началом работы. Так он может точнее передать детали и пропорции, получить дополнительную информацию об объекте или наткнуться на свежие идеи.
Важно, чтобы выбранные референсы соответствовали художественному стилю проекта. Также следует обращать внимание на качество референсов. Чем подробнее изображения, тем легче будет проработать мельчайшие детали.
Для поиска референсов можно использовать любые удобные сайты и сервисы. Например, ArtStation, Pinterest, Sketchfab и Google. В некоторых случаях полезно создавать собственные референсы, фотографируя предметы с разных углов, чтобы максимально точно понять форму и текстуру объекта.
Для удобного хранения референсов используют программы вроде PureRef. Она позволяет собирать и хранить изображения в одном месте, при этом не занимает много памяти на диске.
Ещё одна программа, которую нужно отметить — Eagle. Она позволяет хранить в одном месте все ссылки, графику, иконки, анимацию, фото, видео, аудио и даже шрифты.
Удобная фишка Eagle — расширение для браузера, которое позволяет сохранить референс простым перетаскиванием. Так можно экономить время на сохранении и структурировании изображений.

Блокаут-модели

Блокаут — первый этап моделирования, когда с помощью простых фигур создаётся базовая форма будущей 3D-модели. На этом этапе главная задача — задать основные пропорции, силуэт и объём.
Основные принципы:

• Использование простых форм. Начинать следует с кубов, сфер и цилиндров, чтобы получить общий силуэт модели. Несложные формы позволяют быстро вносить корректировки на раннем этапе.
• Соблюдение пропорций. Важно, чтобы пропорции соответствовали выбранным референсам. Ведь если ошибиться с ними, это может привести к серьёзным последствиям на дальнейших этапах.
• Минимальная детализация. На этом этапе не стоит зацикливаться на мелких деталях. Цель — установить основные формы.

Когда блокинг готов, можно переходить к уточнению форм и добавлению деталей.

Моделирование/Скульптинг

Моделирование — этап, где базовая форма превращается в детализированную модель. Здесь нужно соблюдать правильную топологию*. Также важно сохранять пропорции, заданные на этапе блокинга.

* Топология — организация и расположение полигонов модели. Хорошая топология необходима для удобства работы с объектом, правильной деформации при анимации и корректного наложения текстур.
Процесс начинается с создания high-poly модели с высоким количеством полигонов, которая позволит проработать мелкие детали. Однако такая модель не подходит для использования в игровых движках, так как требует много ресурсов.

На будущих этапах high-poly модель будет служить основой для получения текстурных карт, таких как Normal и AO

После этого с помощью ретопологии создаётся low-poly модель, которая сохраняет форму high-poly версии, но содержит меньше полигонов. Это нужно для оптимизации производительности в играх. Ретопология упрощает модель, сохраняя основные детали, чтобы она не перегружала систему.
Ретопология выглядит вот так:
Для последующего этапа запекания текстурных карт модели должны максимально совпадать друг с другом.

Модели, наложенные друг на друга в 3D-редакторе. Красным выделена HP-модель, серым — LP

Создание UV-развёртки

UV-развёртка — процесс разворачивания поверхности 3D-модели на 2D-плоскость для наложения текстуры. Качество UV-развёртки влияет на то, как текстуры будут отображаться на модели.
Представьте себе упаковочную коробку: когда она собрана, она объёмная, но если её разрезать и разложить, получится плоский лист с разметкой всех сторон коробки.

Точно так же работает UV-развёртка. Позволяет разложить 3D-объект в одной плоскости и равномерно распределить по нему текстуры.
Основные принципы UV-развёртки:

• Важно развернуть модель так, чтобы текстуры накладывались без растяжений и сжатия.
• Места, где модель разрезается на части, нужно размещать в скрытых или наименее заметных местах, чтобы минимизировать видимость переходов на текстурах.
• Важно эффективно использовать UV-пространство, чтобы повысить разрешение текстур и минимизировать потери площади. Это особенно важно для игровых моделей, где каждая деталь должна использовать текстурное пространство максимально эффективно.

Из инструментов для создания и оптимизации UV-развёртки стоит отметить RizomUV— специализированное ПО, которое позволяет автоматизировать процесс развёртки и обеспечивает максимально выгодное размещение UV-островов.
После завершения UV-развёртки модель готова к следующему этапу — запеканию текстур.

Запекание текстур (Baking)

Запекание текстур — процесс переноса деталей с high-poly на low-poly модель. Делается это, чтобы сохранить визуальную сложность объекта, но при этом минимизировать нагрузку на систему.
На этом этапе создаются текстурные карты normal, ambient occlusion и curvature, которые используются для создания иллюзии глубины и мелких деталей на low-poly-модели.

AO / Curvature / Normal

Ambient Occlusion (AO) помогает создавать тени в углублениях и на стыках объектов.

Curvature Map выделяет границы и углы модели, упрощая процесс текстурирования. По умолчанию карта запекается в серых тонах, где вогнутые детали ярче, а выпуклые — темнее.

Normal Map переносит информацию о мелких деталях и текстуре поверхности, создавая эффект глубины и рельефа без добавления дополнительных полигонов.

Запекание выполняется с помощью программ Substance Painter, Marmoset Toolbag, Blender и других. Основная задача — правильно настроить положение и параметры моделей, чтобы информация с high-poly корректно перенеслась на low-poly-версию.

Текстурирование

Текстурирование — процесс добавления текстур и материалов. Текстуры — плоские изображения, которые «натягиваются» на 3D-модель, чтобы добавить цвет, отражения, потёртости и другие детали.
Представьте, что у вас есть 3D-модель меча. Чтобы сделать его реалистичным, нужно «покрыть» его текстурой металла, добавить отражения, потёртости и царапины. Эти детали добавляются исходя из стиля проекта, для которого создаётся модель.
Подробнее с текстурированием разбирались в одном из предыдущих материалов «Текстурирование: подходы, технологии, будущее».

Существует несколько методов текстурирования:

PBR (Physically Based Rendering). Используется для создания реалистичных материалов с учётом физических свойств поверхности.
Процедурное текстурирование. Метод, когда текстуры создаются с помощью алгоритмов и не зависят от конкретных UV-карт. Это позволяет легко создавать текстуры, которые повторяются и масштабируются без потери качества.
Ручное текстурирование. Художник рисует текстуры вручную в программах. Например, в Substance Painter или Photoshop. Такой метод особенно полезен для стилизованных проектов.
После этапа текстурирования модель приобретает финальный вид и готова к рендерингу.

Рендеринг

Рендеринг — процесс создания финального изображения. Процесс рендера включает расчёт освещения, тени, отражений, преломлений и других визуальных эффектов, которые влияют на восприятие модели.
На этом этапе настраиваются освещение, камера и дорабатываются материалы.
Рендеринг можно делать в реальном времени в игровых движках или с использованием «долгих» рендер-движков. Например, Arnold, Cycles или Redshift, для создания высококачественной визуализации.

Финальный рендер завершает процесс создания 3D-модели, позволяя художнику, наконец, увидеть финальный результат свой долгой и непростой работы.

Заключение

Создание 3D-моделей для видеоигр — это сложный процесс, который требует наличия опыта, времени и внимания к деталям на каждом этапе. Правильная UV-развёртка позволит избежать искажений текстур, а процесс запекания сохранит детализацию и обеспечит оптимальную производительность. Финальное текстурирование делает модель готовой для использования в играх.

Если вы лишь начинаете свой путь в мире 3D-графики, надеемся, что этот материал станет отправной точкой и поможет лучше понять, как создаются игровые модели. Компания DigitalRazor, в свою очередь, может помочь вам с выбором производительного компьютера. Ведь именно с его помощью вы будете создавать будущие 3D-шедевры.