Мікеланджело в цифрі: Моделювання

Як не дивно, технологія створення персонажів комп'ютерних ігор на сьогоднішній день максимально наблизилася до мистецтва античної скульптури. Щоб продемонструвати це, 3D-художник Микола Говако спеціально для «TechInsider» зробив модель воїна-переможця, фантастичного танка-трансформера часів Другої світової війни

Комп'ютерну графіку часто називають мистецтвом XXI століття. Саме зараз нові технічні можливості дозволили їй максимально наблизитися до вільної творчості без обмежень, подібно живопису або скульптурі. І в той же час саме зараз цей вид мистецтва як ніколи доступний будь-якому бажаючому. У сучасній ігровій індустрії процес створення персонажа умовно ділиться на шість етапів. Насамперед автор формулює ідею і збирає інформацію, яка допоможе реалізувати її візуально: фотографії, креслення, розповіді очевидців, чутки і плітки. На основі отриманої інформації створюється детальний концепт у вигляді начерків та ескізів. Третій етап - найважливіший: створення високополігональної тривимірної моделі, або скульптинг. Потім віртуальна скульптура переводиться в низькополігональну модель - саме в такому спрощеному вигляді вона зможе бігати по екрану середньостатистичних домашніх комп'ютерів. Робоча модель одягається в карти нормалів і текстури і перетворюється з пустотілого картатого привиду на відчутного персонажа. На останньому етапі наш герой анімується і оселяється в гру. Не варто лякатися безлічі спеціальних термінів: кожен етап ми розглянемо детально.

Від архівів до ескізів

На самому початку роботи у художника на руках є тільки короткий опис, надісланий з редакції: "Бойовий робот-трансформер, що трансформувався з танка Т-34, в стилістиці Другої світової: пошарпаний, зелений, з червоними зірками. Як це реалізувати, яку деталь зробити руками, а яку ногами - творче завдання для художника ". Визначивши необхідне завдання, ми приступаємо до пошуку інформації. У першу чергу знаходимо в інтернеті фотографії та креслення танка Т-34. Згодом, щоб повністю відтворити персонажа із заданого техзавдання, нам також знадобляться фотографії понівеченого металу, зображення червоної зірки тієї епохи, малюнок гусениць та інші дрібні деталі. Витративши півгодини на пошук потрібних картинок, ми переходимо до етапу концепт-арту. Ескізи можуть бути простими і грубими, можуть навіть не мати нічого спільного з фінальним продуктом, тим не менш вони дуже важливі - начерки відображають думку на папері (або екрані монітора) і дозволяють художнику ґрунтовно все продумати в дизайні персонажа, перш ніж братися за «важку артилерію» у вигляді тривимірного модування.

На цей етап роботи пішла всього пара-трійка годин, але, якби була можливість, ми із задоволенням витратили б на нього набагато більше часу. Не варто недооцінювати важливість концептів і начерків у робочому процесі, адже саме вони дають автору і замовнику можливість зрозуміти, як буде виглядати готова модель, і зробити якісь коригування, поки ще не дуже пізно.

Віртуальна чарівність

Уявіть собі, що на шинелі червоноармійця ми намалювали безліч точок приблизно на рівній відстані один від одного. Якщо з'єднати кожну точку з сусідніми, отримані відрізки утворюють на поверхні шинелі безліч трикутників. Такі трикутники називаються полігонами. Саме у вигляді точок і полігонів тривимірний об'єкт живе в пам'яті комп'ютера. Очевидно, що чим більше полігонів у моделі, тим більше її зображення на екрані буде схоже на свій реальний прототип і тим складніше буде комп'ютеру розрахувати і показати користувачеві сцену за її участю.

Приступаючи до втілення задуму, 3D-художник створює високополігональну модель, яка містить не один десяток мільйонів полігонів. Поворушити таку детальну цифрову скульптуру не зможе навіть найпотужніший домашній комп'ютер. Виникає резонне питання - навіщо вкладати стільки сил в опрацювання всіх деталей до останнього гвинтика, якщо потім все це доведеться нещадно оптимізувати? Відповідь проста: художники і програмісти навчилися дуже реалістично обманювати око гравця, «запікаючи» інформацію про високополігональну геометрію в звичайну двомірну текстуру (свого роду шпалери, які клеяться на модель). Жодна крихітна деталька не пропаде задарма, тому на даному етапі художник може зрадитися натхненню і творити персонажа у всій красі, не думаючи про полігони і системні ресурси.

Наш герой народився всередині програми цифрового скульптингу Zbrush. Порівняно з ветеранами - програмними монстрами на кшталт Maya або 3ds Max, чиї порядкові імена вже розміняли перший десяток версій, Zbrush - досить молодий пакет. Однак прийнято вважати, що його вихід ознаменував тиху революцію в 3D-графіку. Він дозволяє в буквальному сенсі ваять з тривимірного примітиву (куба, циліндра, сфери) будь-які форми за допомогою планшета. Просто натискаючи на перо сильніше або слабше, художник, подібно скульптору, відсікає від віртуальної мармурової брили надлишки матеріалу. Навколо Zbrush навіть склався відповідний сленг. Коли фахівці кажуть «ліпити» або «пиляти», мова йде про створення високополігональної моделі.

Отже, через кілька годин напруженої роботи перед нами закінчена високополігональна модель. У ній трохи більше 15 млн полігонів. На сьогодні скульптинг - це найтриваліший і найтрудомісткіший етап роботи над персонажем. Цікаво, що ще кілька років тому, за часів Quake 3 і Half-Life, етап створення високополігональної моделі і зовсім був відсутній. Зараз же майже всі герої сучасних ігор і комп'ютерних голлівудських блокбастерів створюються саме в Zbrush.

Все геніальне просто

Навіть у найсучасніших іграх у моделі рідко буває більше 10 − 15 тисяч полігонів. Щоб змусити модель виглядати краще, ніж вона є насправді, існує спеціальна технологія. Називається вона normal mapping, і її сенс полягає в тому, що за допомогою спеціальної текстури в геометричну модель додають безліч деталей, яких у неї, власне кажучи, немає. Ці текстури називаються картами нормалів (normal maps), і для їх створення якраз і потрібні високополігональні моделі.

Щоб зрозуміти, як працює normal mapping, уявімо собі, яким чином людське око отримує інформацію про об'єм і рельєф. Поверхні, розташовані під різним кутом до джерела світла, по-різному відбивають його і відкидають тіні. Світло і тінь - ось ті сигнали, які дозволяють нам судити про форму предметів. Карта нормалі - це ті самі шпалери з малюнком. Тільки колір кожної точки відображає її відхилення від нормалі (начебто точка належить поверхні, що знаходиться під кутом до полігону, на який натягнута текстура) і особливі властивості відбиття світла. Обраховуючи освітлення для цієї точки, комп'ютер робить відповідні поправки. З точки зору системних ресурсів це набагато простіше, ніж висвітлювати мільйони полігонів.

Низькополігональна модель будується на основі високополігональної, але при цьому головне завдання художника - якомога точніше передати основні форми моделі, вклавшись у жорсткі полігональні рамки. Слід пам'ятати, що про дрібні деталі подбають карти нормалів, а ось велику геометрію потрібно обов'язково пропрацювати на низькополігональній моделі. На цей етап пішло загалом вісім робочих годин.

Костюмчик за мірками

Щоб «запекти» карту нормалів, знадобиться дві моделі (високо- і низькополігональна) і будь-який пакет тривимірного моделювання на кшталт Autodesk 3ds Max, Maya або Softimage XSI. Також обов'язкові на сьогодні в роботі з тривимірними моделями для ігор карти дифуза (diffuse, розсіяне світло) і спекуляра (specular, відображене світло). Дифуз визначає колір тих чи інших елементів моделі. Це в прямому сенсі кольорові шпалери з візерунками. Спекуляр визначає віддзеркалені властивості поверхні і дозволяє достовірно імітувати будь-який матеріал: наприклад, метал добре відбиває світло, а тканина або шкіра, навпаки, не бликують. Насправді існує ще безліч різних текстур, які використовуються не настільки широко: наприклад, glow відповідає за «світіння» будь-яких елементів на текстурі персонажа - скажімо, вогників або фар; opacity - за прозорість. На вимальовування всіх текстур було витрачено приблизно десять робочих годин. Якісно знята карта нормалей багато в чому допомогла нам у роботі над іншими текстурами - вона послужила розміткою для малювання «шпалер» точно за потрібними мірками. У процесі створення карт дифуза і спекуляра використовувалися фототекстури металу і іржі.

Вся робота над персонажем зайняла близько тижня робочого часу - це стандарт в сучасній індустрії ігрової графіки. Втім, на цьому життя тривимірного героя зазвичай тільки починається - попереду його ще чекає процедура навчання рухам (анімація) за допомогою програмування і запису рухів живих акторів. Про пожвавлення 3D-персонажів ми розповімо в одному з наступних номерів.

Автор - організатор конкурсів Dominance War і CGTalk.ru'MAGIC Next-Gen на території СНД