hard surface modeling что такое
Советы по Hard-Surface текстурированию и запеканию
В этой статье Victor Kam подробно расскажет нам о текстурировании hard-surface ассетов, инструментах для запекания, умных материалах и детализации.
Введение
Меня зовут Виктор Кам, я родился и вырос в Ванкувере, Канада. Большую часть своего детства я играл в Нинтендо, смотрел мультики и читал комиксы. В 90-ые я состоял в небольшой художественной группе, которая создавала ANSII-арт, который стал моим первым цифровым артом.
Впервые я познакомился с 3Д, когда мой отец показал мне Autocad (он работал инженером). Вскоре, я выбрал 3ds Max, как свой основной 3д пакет и он до сих таким и остаётся. Сейчас я работаю лидом над одним неанонсированным проектом в Blackbird Interactive.
Я уже 15-лет работаю в игровой индустрии, а также около 2-х лет я работал преподавателем. Некоторые заслуживающие внимания, проекты над которыми я работал: серия игр Need For Speed Underground, Sleeping Dogs и Homeworld: Deserts of Kharak. В дополнение ко всему этому, я также работал над несколькими портативными тайтлами для PSP и Nintendo DS, так что опыт у меня весьма разнообразный.
Что же касается личных проектов, то для них я сейчас использую Blender 2.8 и я хочу встроить его сильнее в мой привычный пайплайн. Мне кажется, что Blender даёт мне больше творческой свободы в плане моделирования. Когда я не занимаюсь моделированием, то я делаю наброски поз и заново изучаю основы.
Ещё одна проблема — это являются ли материалы концепции PBR. С рассветом отсканированных материалов и преднастроенных базовых материалов, PBR совместимые текстуры больше не являются проблемой, только если вы не работаете со стилизованной графикой. Лично я считаю, что для начала лучше всего использовать дефолтные значения и править их лишь тогда, когда вам необходимо достичь определённой цели.
Запекание
Существует множество решений для запекания текстур. Есть MightyBake, Knald, Substance, Marmoset Toolbag, все они платные. А есть бесплатные – Xnormal и Handplane Baker.
Из-за того, что все мои ассеты проходят через Substance Painter перед тем, как попасть в игровой движок, то я предпочитаю запекать карты внутри Substance Painter. Хотя лично мне Marmoset Toolbag кажется гораздо более простым и лёгким в плане получения достойного результата с минимумом лишних телодвижений.
До появления всех этих специализированных программ, художникам приходилось разбивать свои модели, чтобы убирать все перекрывающиеся артефакты. Сейчас эта проблема решена “match by name” запеканием в Substance Painter, тогда как в Marmoset это называется Baking Groups. Если их сравнивать, то лично мне “match by name” кажется немного более хлопотным в настройке, так как требует от вас давать каждой части уникальное название. Например, у меня был случай вовремя кранча – я не мог корректно запечь карты, потому что у меня была пропущена одна буква в имени. Тогда как в Marmoset, ты просто кидаешь все части, которые хочешь запечь в одну папку.
Если вы hard surface художник, то знаете какую головную боль доставляют перекошенные запечённые карты, но в Marmoset есть возможность, рисовать skewmaps, что позволяет их легко исправлять.
Если же у вас слишком много перекосов, то иногда я использую для их исправления технику от Nick Quackenbush – вы используете Substance Designer, запекаете усреднённую (averaged) и не усреднённую (non-averaged) карты нормалей, запускаете их через node preset, а затем смешиваете их на основе UV island. Результат не будет идеальным, но позволит вам гораздо быстрее их исправить.
Самое хорошее в Marmoset Toolbag, это то, что всё в нём визуально, а не просто набор значений с слайдерами. Вы можете видеть, как высоко или низко находится ваш вьюпорт, вы даже можете видеть cage, если правильно его настроите. Это очень сильно облегчает понимание, того, что происходит с вашими запечёнными картами и позволяет легко их исправлять. Суммируя всё это, если вы новичок в запекании карт нормалей, то я рекомендую вам использовать Marmoset Toolbag. Он отлично подходит, для изучения процесса запекания, так как всё в нём очень наглядно.
Подводя итог – если ваш пайплайн включает в себя Substance Painter для создания текстур, то перед тем как включить запечённые в другом ПО текстуры в Substance Painter, вам их придётся импортировать в него. Это может создать излишние проблемы, когда вы работаете в большой команде и у вас могут возникнуть проблемы с контролем источников. Это лишь добавит дополнительный уровень файлового менеджмента в ваш пайплайн, чего я всегда стараюсь избегать. По этой причине, я стараюсь делать как можно более идеальные запечённые карты нормалей внутри самого Substance Painter и использовать сторонние программы только в случае крайней нужды.
Умные Материалы используй по-умному.
Смарт материалы великолепны, но людям необходимо понимать, что они хороши не только для создания грязи или эффектов износа. Они также могут полезны как шаблоны, чтобы поддерживать цельность между ассетами в крупных проектах. Например, если вы работаете не деструктивным методом, посредством fill layer и масок, то вы можете сохранять смарт материалы с пустыми масками и использовать их как шаблон внутри вашей команды. Всё что художнику нужно будет сделать, когда он начнёт работать с ассетом, это установить смарт материал на свою модель и рисовать по маскам, совершенно не беспокоясь о сохранности текстуры. Для тех, кто работает в команде и использует файлы Photoshop, то я уверен что вы знакомы с проблемой “Layer 281”, когда только один человек во всей студии знает, что этот слой на самом деле делает.
Для тех, кто хочет заняться процедурным текстурированием всерьёз я бы порекомендовал, не только использовать смарт материалы, но и использовать дополнительные запечённые карты, для создания различных эффектов. Например, вы можете использовать карту толщины (Thickness map), чтобы создать эффект свечения от нагретых элементов, который очень круто подходит для внешних частей двигателей. А из-за того карта толщины, использует запечённую карту, то вы сможете сохранить её для использования в будущем.
Hard surface художники, любят штамповку, поэтому у меня всегда есть смарт материал с слоями высоты, который использует якорные точки, чтобы процедурно управлять значениями неровности, основанными на значениях высоты. Чтобы сохранить всё в не деструктивном стиле, не используйте якорную точку только на paint layers, вместо этого, поместите её поверх папки вашей группы слоев в качестве passthrough layer. Таким образом вы сможете передать информацию в папку, находящуюся выше по иерархии.
Я люблю добавлять много цвета в BaseColor. Это конечно не соответствует PBR стандарту, но мне нравится, как сильно это помогает улучшить цвет в моих персональных работах. Это очень похоже на запечённый свет в Substance Painter, но это более олдскульный метод – использовать запечённые карты с gradient ramp поверх. У вас могут получиться весьма необычные результаты с этим методом.
Одеваем ассеты
Перед тем как решить какие материалы мне нужны, я обычно смотрю свой ассет в чистых значениях как обрубовку. Вы можете сделать это в Photoshop или использовать flat materials в вашем 3Д редакторе. Каждое значение может иметь небольшой оттенок. Я также могу использовать их как value map для своих основных цветов, чтобы сделать всё немного более интересным.
Когда я работаю над штампованными деталями, то обычно стараюсь оставаться на краях границ и делать наиболее насыщенные штамповкой области точками интереса. В данном случае это будет область с антенной. Пока я прорабатываю её, я также размещаю декали, чтобы подчеркнуть высоту штамповки и само собой стараюсь сделать всё это подчинённым определённой логике. Верите вы или нет, но я многому научился из классов по созданию ювелирных украшений, особенно тому, что нужно вести глаз зрителя по украшению. У вас должны быть спокойные области, где не происходит ничего интересного, и области, насыщенные деталями, которые привлекают внимание и вызывают интерес. Вы даже можете намеренно сделать неожиданные поворот в своём дизайне, чтобы привлечь зрителя, я, к примеру выставил адронный коллайдер на этом корабле на его переднюю часть.
Когда дело касается царапин и эффектов износа, то я придерживаюсь правила «делай аккуратно». Это значит вдумчиво размещать эти эффекты, они должны быть аккуратны и не спорить с главным центром внимания. Чтобы понять эту концепцию, лучше всего изучать реальные материалы, вы сможете легко найти металлические детали с эффектом износа, если выгляните наружу. =)
Ассеты для Продакшана vs Персональных Работ
Настоящим испытанием может стать создание материалов крутого ассета для продакшана, который предполагается использовать в своём личном портфолио, потому что на художника всегда действуют ограничения платформы. Мы как художники, всегда хотим, чтобы наши материалы выглядели как можно более круто, но обычно нам мешают технологические ограничения и время. Первым шагом на пути создания крутого ассета является понимание того как он будет использоваться в игре? Как близко с ним будет взаимодействовать игрок? Когда вам известны ограничения, то внутри них уже можно начинать действовать. Как только вы их узнали, будьте дружелюбны к техническим художникам и старайтесь вырабатывать решения, которые пойдут на благо всей команды!
Workflow 3D-художника. Как не утонуть в тонне информации. Часть 1
Всем привет, Хабр сообщество! Хочу сегодня рассказать Вам о workflow 3D-художников, как в это вникнуть и остаться со стабильной нервной системой. Статья нацелена на новичков в данной области, опытные акулы могут предаться ностальгии, вспомнить, как все начиналось.
В этой статье я опишу этапы создания моделей окружения. Так же в следующей части мы рассмотрим дополнительные этапы работ для художника по персонажам.
Расскажу Вам историю абстрактного персонажа Васи. Что-то в его жизни перевернулось, он решил забросить старое доброе рисование и податься в 3D. Вася, само собой, пошел смотреть, сколько же за данный труд молодым светилам платят и чего требуется. Открывает вакансию джуна, а там:
Вася закрыл вакансию и каждый вечер плакал от количества страшных слов и вопросов в его голове.
Дабы уменьшить количество сломанных судеб, я берусь все разъяснить.
И первое, что хотелось бы отметить – никогда не соглашайтесь работать за еду. Не нужно понижать стоимость работы коллег по цеху, но также не нужно, сделав одну работу, просить миллионы. Когда чувствуете, что уровень ваших работ достаточен, чтобы получать за это деньги читай: мама говорит, что хорошо, желательно найти опытного человека и спросить, что он думает. И только когда он скажет, что все более-менее, тогда и нужно выходить на охоту.
Но пока мы разберёмся с чего начинать.
Нужно понимать, что список требуемых работодателями программ довольно усредненный, при большом желании можно вообще все в одной сделать и получить ачивку «Этот парень смог, с ним шутки плохи». Но все же удобнее использовать специализированные программы, потому я буду указывать некоторые из них, подходящие определенному этапу работы.
И так, приступим.
Краткий план статьи:
Концепт
Первое, что должно быть у вас в голове – это концепт. Вы должны точно знать, что хотите получить в конце, считаю, что творческий полет себе может позволить только опытный человек (немного отходить от концепта позволительно).
Тут есть несколько вариантов: вы можете нарисовать концепт самостоятельно, дабы видеть, что в итоге получится, а можете воспользоваться готовым модельным листом, коих в интернете куча (только не забудьте получить разрешение автора, либо делайте для себя, никуда не публикуйте).
В основном модельный лист – это концепт персонажей (как людей, так и животных), но я встречала даже модельный лист камня (внезапно). Выглядит он почти всегда так:
Модельный лист персонажа
Тут нужно быть внимательным, существует их 2 вида: для аниматоров и для 3D-шников. Нам нужен тот лист, где фигура находится строго в A или T – pose или же так, как изображено в примере, есть несколько сторон (зад, перед, бок) и каждая из сторон совпадает с другой по линиям как на картинке ниже:
Его Величество Моделирование
И примерно с этого этапа начинаются расхождения. У каждого художника свой подход к работе и зависит от вида моделирования, конечной цели.
Так как чаще всего в суровом игровом производстве используется полигональное моделирование, будем рассматривать его. Существует low-/mid- и high–poly модели.
Слева направо: low-poly, mid-poly, high-poly
Разница, думаю, понятна – кол-во полигонов и уровень детализации. Теперь, когда мы понимаем, какую нам предстоит модель сделать и с каким полигонажем работать, решаем, к какому типу она относится – hard surface или organic?
Пример Hard surface:
Исходя из этого выбираем подход, потому как для hard surface удобнее использовать Subdivision modeling, а для органики – скульптинг. Но, как и в любом правиле, тут тоже есть исключения: в ZBrush можно изучить инструмент ZModeler и делать Subdiv или наоборот делать органические модели без использования скульптинга (последнее мне кажется нецелесообразным).
Что такое subdivision modeling?
Subdivision modeling являет собой метод представления гладкой поверхности посредством сглаживания более грубой полигональной сетки.
Фактически, вы строите сетку под сглаживание, а потом применяете модификатор Turbosmooth, который разбивает один полигон на четыре, переходит от примитива к гладкой и сложной форме. Вот как это выглядит:
Поэтапное сглаживание грубой формы
Что такое скульптинг?
Все знают, как работает скульптор. Здесь принцип тот же, только работать нужно в цифровой среде.
И если сравнивать скульптинг и Subdiv, то основное преимущество в том, что с его помощью создаются высокодетализированные объекты состоящие из миллионов полигонов, благодаря чему достигается фотореалистичное качество модели, и основная область его применения – это, конечно, создание органических моделей имеющих сложную форму и фактуру, копирование реальных, создание фантастических или сказочных персонажей, животных, растений, ландшафтов и даже мебели.
Создать такую детализацию с помощью Subdiv очень сложно, практически невозможно
Этапы для скульптинга и subdiv отличаются:
Retopology
Самый сложный этап для новичка – это ретопология. Это целая наука, которая имеет свои правила для анимации, кино, игр.
Сперва на текущем этапе было бы неплохо упорядочить части модели, возможно, некоторые слить, а другие оставить. Для игровой ретопологии обычно сливают подобные элементы по принципу «все, что можно отделить – отдельно».
Рассмотрим более наглядный пример:
Персонаж, разделенный на субтулы (выделены цветом)
Все, что обозначено одним цветом – один сабтул.
Существует несколько правил, которые следует соблюдать при создании ретопологии:
Если модель изначально имела Low-Poly версию, то вся ретопология состоит в том, чтобы найти способ из существующей сетки сделать сетку с еще меньшим кол-вом полигонов. Возможно, стоит удалить те части, которые не видно, к примеру, тело под одеждой.
Данную операцию можно выполнить как в софте, в котором вы моделировали, так и в специализированных программах, таких, как Topogun 2.
UV mapping
UV делают для того, чтобы текстура ложилась правильно, а не вот так:
Вот так выглядит растянутая текстура
«UVW развёртка» или просто «развёртка» – такое название приобрела эта операция путём обычного перевода с английского Unwrap UVW.
Требования к качественной развертке:
«Запечь» означает перенести некоторые характеристики материала или сетки модели на изображение карты. Тот же принцип использует художник, когда на плоском листе бумаги изображает объем, цвет и свет.
После того, как развертка сделана, мы можем посмотреть на результаты наших трудов:
Слева изображена развертка представленной модели
Зелёные полосы на модели человека – это те самые швы, по которым её разворачивают.
Сейчас каждая уважающая себя программа имеет возможность проделать такую операцию, есть так же специализированные, такие как UVlayout, RizomUV. Я всегда использовала возможности 3ds max, вполне хватало.
Прежде чем переходить к запеканию текстур, было бы неплохо сделать следующие действия:
1. Триангуляцию низкополигональной модели, то есть разбить многоугольники на треугольники, так как при неправильном автоматическом разбиении могут появится проблемы с нормалями (направлениями полигонов), что приведет к ненужным артефактам. Но я этого не делаю, потому что современные алгоритмы на мой взгляд хорошо с этим справляются и, если случаются подобные проблемы, я возвращаюсь с этому шагу и исправляю;
2.Создать Cage. Cage, простыми словами, – это версия низкополигональной модели, подогнанная таким образом, чтобы полностью перекрывать высокополигональную. При её построении у моделей должны быть одинаковые координаты;
Синяя решетка вокруг модели – cage, то пространство, которое будет захватывать детали из высокополигональной модели
3. Назначить каждой части модели (в ZBrush — сабтулы) свой материал, чтобы при импорте в Substance Painter они были так же разделены, а не слились воедино.
Переходим к текстурированию.
Текстурирование и запекание текстур
Запечь нужные текстуры Вы можете в той же программе, в которой моделировали, я же использую для этих целей Substance Painter – наглядно, удобно, чего еще нужно.
Запекание происходит автоматически, все, что Вам нужно – импортировать в программу Low-poly модель с разверткой (обязательно!), после выбрать соответствующую опцию, загрузить высокополигональную модель, выбрать разрешение карт, загрузить Cage или же выбрать отступы от модели и нажать кнопку Bike All Texture sets.
Самая распространенная технология текстурирования в играх PBR — Physically-Based Rendering, позволяет создать фотореалистичные текстуры с помощью набора карт.
Часто используемые карты:
Слева квадрат без карт нормалей, справа карта нормалей присутствует
В Substance Painter очень широкий функционал, который делает текстурирование гораздо легче: можно рисовать сразу по модели, использовать разнообразные альфы, готовые hard surface штампы, процедурные карты, фильтры, маски – в общем, полное раздолье для фантазии.
После Вы получите карты, которые можно экспортировать и отправлять сразу в любой игровой движок, здесь есть много шаблонов: под Unity 4/5, Unreal Engine, Dota 2, V-ray, Corona и тд.
Собственно на этом и заканчивается работа по окружению, последующие этапы, которые будут описаны в следующей статье, используются в основном при создании персонажей.
Благодарю за прочтение, may the force be with you!
Приемы Hard Surface моделирования для Gamedev
Оглавление:
Вступление
Прежде чем перейти к основной теме статьи, немного коснемся требований к игровым ассетам и важных аспектов качественной модели.
Требование к ассетам
Hard Surface – это любые твердотелые объекты, которые зачастую имеют острые углы и не поддаются простой деформации. Такие модели выделяют в отдельную группу, а для их создания используют специальные пайплайны.
Важные аспекты качественной модели
Также нужно проанализировать соотношение пропорций деталей, размеры фасок, ну и сам материал, из которого сделан прототип. Эти пункты помогают достичь нужного качества на всех этапах создания ассета.
Еще очень важный момент. Нужно максимально точно вычислить размер прототипа. Это очень важно. Есть много способов это сделать. К примеру, можно узнать размер одного конструктивного элемента и от него вычислить все пропорции модели.
Нечеткие грани и градиенты на модели слева, говорят о том, что визуальный шейдинг модели неисправен. Модель справа – это пример правильного шейдинга low poly-модели, с которой не будет никаких проблем.
Плохой шейдинг влияет не только на внешний вид, но и на дальнейшие технические работы с ней. Без качественного шейдинга не удастся правильно запечь карты нормалей, АО-карты, вспомогательные карты для процедурного текстурирования.
Если модель изначально сделана правильно, чтобы исправить шейдинг нужно всего лишь настроить группы сглаживания. Есть очень простой способ сделать это: на угол менее 60° нужно назначить soft edge, больше 60° – hard edge.
Добиться правильного шейдинга на high poly моделях в несколько раз сложнее, чем на low poly. Для этого требуются навыки и понимание построения топологии и в принципе работы с мешем.
На примере слева шейдинг немного нарушен. Можно увидеть подтяжку на голове дрона, а блик у основания крыла острый, и некрасивый. На примере справа блик плавный, все ровно, гладко и привлекательно.
С неправильным шейдингом вся некачественная информация запечется на карты детализаций, нормалей и на все вспомогательные карты. Это дойдет и до самого финала, а чтобы исправить ошибку придется вернуться почти на самый первый этап – high poly.
На каждом проекте свои требования к high poly модели. В целом, к сетке особых требований не предъявляют. Главное, чтобы модель была качественной на шейдинге.
На примере изображена одна и та же модель. Сверху триангулированная неравномерная сетка, которую вручную редактировать невозможно. Под ней – классическая равномерная квадратная сетка, любое редактирование которой не представляет особого труда. Как бы там ни было, обе эти сетки дают качественный шейдинг модели и возможность запечь ее на low poly.
Основное требование к low poly – не должно быть ничего лишнего. На примере сверху каждый треугольник обоснован. На примере снизу большое количество трисов и точек, которые ни на что не влияют. Их можно удалить, не навредив форме или силуэту модели.
Работая с low poly нужно помнить, что все игровые движки триангулируют четырехугольные полигоны – делят эджем на два треугольника. Вам может быть знакома ситуация, когда после экспорта low poly в движок, на визуально ровных плоскостях появляются изломы. Это происходит из-за того, что полигоны могут быть деформированы. Разбивая такие полигоны на трисы, нужно делить их вдоль оси деформации. Движок же не учитывает такие детали и ставит эджи в произвольном направлении. Чтобы избавиться от артефактов, нужно вручную фиксить подобные полигоны.
Четыре способа создания high poly моделей
За время работы с hard surfase, Ян выделил для себя четыре основных способа создания high poly моделей: Классический SUBD, Cad-моделирование, Boolean to Dynamesh в ZBrush, Boolean to SUBD в любом полигональном редакторе (Maya, 3Ds Max, Blender и т.д.)
Классический SUBD
При нулевом дивайде модель несет в себе острые ребра, которые закреплены саппорт-лупами по периметру. Для сглаживания применяется смуз. Существует популярное правило: модель должна достичь нужной гладкости после применения двух сабдивов.
CAD моделирование
Модель создается из NURBS поверхностей. Метод позволяет легко добиться нужной плавности окружностей за счет использования кривых третьего, пятого порядка. В кино производстве 3D-артистам не разрешают использовать CAD, но в играх – это очень распространенный метод.
Boolean to Dynamesh (ZBrush)
Болванка модели и объекты для булевых операций создаются в Maya. Булевые операции проводятся в ZBrush, при помощи инструмента Live Boolean. Для сглаживания фасок между сочленениями используется Dynamesh и Polish, после чего к модели применяется Decimate.
Boolean to SUBD
Ничего не нужно моделить из плейна, выстраивая формы классическим методом. Болванка строится из примитивов, совмещенных при помощи булевых операций. Чтобы придать модели окончательный вид, форма вычитается плоскостями относительно референсов. Булевые операции проводятся в Maya или в другом полигональном редакторе.
Метод применим в случаях, когда нельзя использовать ZBrush, или если вам неудобно работать с буланом и децимейтами в ZBrush.
Читайте также нашу статью «Полезные советы по оптимизации игровой модели» с Евгением Петровым – Lead Weapon Artist Ulysses Graphics.
Заключение
В этой статье мы затронули только основные достоинства и недостатки четырех методов создания high poly моделей hard surface ассетов. Надеемся, эта информация поможет вам сделать выбор в пользу наиболее подходящего для вас метода.
Если же вы чувствуете, что вам не хватает скиллов и общего понимания темы, то курс « Hard Surface. Weapon » с Яном Шамариным в качестве ментора, поможет вам восполнить пробелы в знаниях и научит применять их в реальных проектах.
Статью подготовил Олег Мощенко на основе доклада Яна Шамарина на конференции Games Gathering Odessa 2021.