Как создаются 3D модели для игр – то, что всегда было с вами, но чего вы не замечали

Здравствуйте. Недавно я прошёл онлайн-курс по созданию 3D моделей (чтобы не выглядело рекламой, упущу какой именно) и открыл для себя некоторые вещи, которые не сказать, что перевернули мои представления об играх, но заставили взглянуть на игровые модели совершенно иначе. Этими вещами я и хотел бы поделиться с вами. Это не будет сухой технической экскурсией по всему процессу создания моделей (хоть мы и пройдём через весь процесс), а скорее рассказ с упором на факты, которые, быть может, позволят вам, как и мне, взглянуть на игры немного по-другому.

Например, почему для создания одной модели художник вынужден делать три, почему иногда в папке с игрой вы можете обнаружить содранную кожу ваших любимых персонажей и что трилогия «Властелин Колец» подарила каждой современной игре.

Драфт

Двинемся по порядку, с самого начала цикла создания модели. На самом деле драфт является не столько первым этапом, сколько подготовкой к будущей работе. Драфт для 3D художника — то же самое, что набросок для обыкновенного художника. Только если на листе бумаги будущий рисунок обозначается грубыми мазкам и штрихами, то модель конструируется из примитивов (кубов, цилиндров, прямоугольников) с целью поймать силуэт объекта, его габариты и пропорции.

Иногда на этапе драфта может прорабатываться цветовая схема объекта. А иногда работа на этапе драфта и заканчивается. В таких случаях драфт может быть самодостаточным произведением, когда художник хочет воплотить определённую идею, но не хочет возиться со всеми остальными техническими этапами.

Кстати, есть такой замечательный сайт Sketchfab. Если вам когда-либо нравилось просматривать в интернете красивые картинки или фото, здесь вы можете открыть для себя то же самое, но уже в сфере 3D. Там различные художники публикуют не только драфты, но и более комплексные вещи. Как вам, например, 2D картина, созданная в 3D, но при этом с любого ракурса выглядящая как 2D картина?

Работа Csaba Baity

Прогуливаясь по этому сайту, можно получить большое эстетическое удовольствие, даже если вы не заинтересованы в 3D.

Low-Poly & High-Poly

Это, собственно, второй и третий этапы создания модели, которые очень трудно рассматривать по отдельности. И они же отвечают на вопрос, почему 3D художник должен создавать 2 модели, чтобы создать одну (не считая того, что он уже до этого создал драфт).

Наверняка многие из вас слышали такое понятие, как «лоу-поли графика». Чаще всего оно применяется к различным инди-играм с простенькой угловатой графикой.

Little Devil Inside

И в своё время эта ассоциация поставила меня в тупик, потому что я никак не мог понять, почему художники применяют эти слова в отношении вполне реалистичных моделей.

Дело в том, что почти все высокодетализированные модели, которые вы встречаете в играх, они — не настоящие. Круглые плавные формы на вашем клинке, следы снарядов на вашем танке, болты на вашем роботе, морщины на вашем персонаже — ничего этого на модели нет, это визуальный обман. Просто современные технологии (в большинстве своём) не способны отрисовывать настолько детализированные объекты в реальном времени. Поэтому художник должен создать две его версии: ту, что будет выглядеть реалистично и содержать в себе все мельчайшие детали (High-Poly модель) и его упрощенную версию, которую сможет потянуть игра (Low-Poly модель).

Разница в количестве полигонов, мерило детализации модели, между этими двумя версиями может быть колоссальной. Low-Poly модель может состоять из тысячи или ста тысяч полигонов, а её High-Poly версия может исчисляться миллионами.

Вот пример с бронированной кабиной. Сверху High-Poly версия с плавными формами, швами от сварки и следами от снарядов. В ней 915 856 полигонов. А снизу — оптимизированная версия, где нет никаких деталей, но она весит 398 полигонов.

Хотя по факту это одна и та же модель, просто с разной детализацией. То, что эти две версии должны быть одинаковых габаритов и идеально накладываться одна на другую, является одним из главных источников головной боли у художников. А то, по каким правилам Low-Poly модель оптимизируется для ваших платформ, это вообще отдельная песня. Наблюдение за тем, как моделлер манипулирует 3D сеткой, избавляясь от каждого лишнего полигона, порой может иметь гипнотический эффект.

Пара примеров оптимизации сетки: форма не изменилась, но кол-во полигонов сократилось.

Кстати, ещё один любопытный факт — вы никогда не обращали внимание на то, что почти у всех «жёстких» объектов в играх, в частности у оружия, углы гораздо толще и более плавные, чем у реальных прототипов? Дело в том, что блик света на углах является мощнейшим выразительным приёмом, чтобы подчеркнуть форму модели. Но из-за особенностей отрисовки графики при удалении от объекта блик неизбежно пропадает, и теряется выразительность. Поэтому углы и делают такими жирными — чем они толще, тем на большем расстоянии будет заметен блик.

Наглядный пример на корпусе прицела.

По итогу у художника на руках есть две модели: Low-Poly и High-Poly. Вторая никогда не попадёт в игру, и встаёт задача перенести визуальную информацию с высокодетализированной модели на оптимизированную. Но перед этим предстоит ещё один этап.

UV развёртка

Знаете, одна из моих травм детства связана с тем, как я заглянул внутрь папки Half-Life 2 и обнаружил там содранную и разложенную кожу Аликс.

Вы только посмотрите на её пустые глазницы… бррр. В дальнейшем я ещё не раз натыкался в директориях игр на освежёванных героев и каждый раз жалел, что туда залез.

Так что же там делает этот подарочек от Кожаного Лица? Это результат процесса под названием «UV развёртка». Он нужен для отрисовки текстур на моделях. Дело в том, что 3D программы понятия не имеют, что делать с 3D моделями в плане текстур. Они абсолютно не понимают, как работать с поверхностями 3D объекта, учитывая, что текстуры — это 2D картинки, накладываемые поверх модели.

Процесс UV развёртки заключается в том, чтобы разрезать и разложить вашу 3D модель, как картон, в 2D плоскость. Это как собрать оригами наоборот — разложить фигурку в чистый лист. Как охотники освежёвывают медведя и расправляют его шкуру у себя в гостиной. Получается, такой вот, 2D медведь. В результате этих манипуляций художник имеет на руках огромное полотно, где каждая плоскость каждой детали расправлена и разложена по определённым правилам.

Вот пример UV развёртки велосипеда. Велосипеда, Карл! А теперь дружно передайте привет всем танкам из Battlefield и стардестроерам из «Звёздный Войн».

То же самое относится и к живым персонажам. Даже зная эту информацию, иногда, когда я захожу в программу для текстурирования и вижу среди материалов «золото» и «дерево» материал «человеческое лицо», чувствую себя примерно так:

Если вас интересует, почему процесс называется именно UV-развёртка, ответ прост: так обозначаются два направления 2D пространства — V (вверх-вниз) и U (право-лево). Результаты UV развёртки позволят в будущем текстурировать модель, а также перейти к следующему этапу.

Запечка

Запечка, или «Bake» — это и есть та технология, которую изобрели во время съёмок «Властелина Колец». Если коротко и не вдаваясь в детали, эта процедура позволяет художнику спроецировать внешний вид высокодетализированной модели на оптимизированную. Это могут быть как красивые скруглённые формы, так и целые детали, например, какие-нибудь болты.

Пример на простом кубике, как может выглядеть визуальный обман (если гифка тормозит — откройте в новой вкладке).

Как уже было сказано, это позволяет значительно сократить кол-во полигонов. Казалось бы, зачем это нужно киношникам? У них и так есть в распоряжении суперкомпьютеры и возможность рендерить один кадр несколько дней, так? А если кадры нужно будет переделать? Если на экране не один пещерный тролль, а целая армия орков? Представляете, насколько эта технология упросила жизнь создателям «Властелина Колец»? Настолько, что продолжает играть важнейшую роль в создании графики и по сей день.

Этот этап является святым причастием модели, т. к. если что-то где-то было сделано неправильно, это обязательно всплывёт артефактами именно здесь. Ну а после этого остаётся последний этап.

Текстуры

Эта тема настолько объёмна, что здесь даже нечего сказать. Скажу только то, что современные технологии позволяют творить настоящие чудеса. Например, автоматически создавать материалы с физически корректными значениями — нажал одну кнопку, и твой объект стал золотым, блестит и переливается как настоящий. Нажал ещё одну кнопку, и он покрылся потёртостями на углах. Ещё одну — появились царапины. Процедурная генерация текстур — это вообще то, что взорвало мне мозг. Я-то думал, что такие вещи, как ржавчина или пыль в углублениях модели рисуются вручную. Но нет, оказалось, что такие процессы сегодня можно довести практически до автоматизма. А когда создают автоматические «умные» материалы, это вообще песня — когда один и тот же материал подстраивается под совершенно разные объекты, самостоятельно определяя, где у него углы, которые нужно затереть, а где углубления, которые нужно запылить и т. д.

Вот так разные умные материалы выглядят на примере сферы.

Заключение

Как вы уже могли понять, создание игровых моделей — дело не самое простое. Даже с современными возможностями, такими как умные материалы, создание одного танка может затянуться на месяцы, даже если работать над ним будут несколько человек.

Недавно анонсировали Unreal Engine 5 и заявили, что он будет способен работать сразу с High-Poly моделями, минуя этапы Low-Poly, UV и запечки. Представляете, насколько это упростит художникам задачу и насколько больше позволит сосредоточиться не на технической, а на художественной части? Так что некст-ген может прийти не со стороны новых консолей, а со стороны движков.

Все эти знания позволили мне по-новому взглянуть на модели в играх, задумываться даже над тем, как создавались банальные контейнеры в Death Stranding. Когда вышла игра The Medium, а следом и мнение о ней в одном душевном подкасте, я испытал величайшее возмущение при нападках на графическую составляющую игры. Вы посмотрите на любой предмет окружения из игры, приглядитесь, с каким вниманием к мелочам они созданы. А ведь таких предметов на уровне может быть десятки и сотни.

Работы Justyna Tkacz

Что касается меня, за полгода обучения практически с нуля я достиг результата, который вы можете наблюдать ниже. Оставлю ссылку на ArtStation на полную версию работы, там снимки с разных ракурсов, скриншоты из Unreal Engine и др. Если будет интересно, перейдите, поразглядывайте — мне будет приятно).

War Mech