Что такое низкополигональная модель
Полигональное моделирование в 3Ds Max
Полигональное моделирование — распространенный и гибкий способ создания 3D-модели. Благодаря ему в программе 3D Studio Max (3Ds Max) вы сможете создать практически любой объект интерьера или экстерьера. В статье подробнее разберем принцип метода и рассмотрим основные инструменты, которыми должен владеть визуализатор.
Что такое полигональное моделирование
Полигональное моделирование — это способ построения трехмерного объекта в условиях полигональной сетки. Сетка представляет собой сумму одинаковых полигонов-многоугольников, из которых формируется база для будущего объекта.
Полигональное моделирование в 3Ds Max осуществляется при помощи модификатора Edit Poly. Это многофункциональный инструмент, позволяющий совершать разные операции. Трехмерное тело конвертируется в Edit Poly (режим редактирования) и превращается в плоскость, состоящую из ребер, точек, граней. Перечисленные компоненты можно изменять любым доступным образом: передвигать, выдавливать, вытягивать в длину или ширину, масштабировать, вращать, удалять, объединять в группы. Так первоначальное объемное тело может принять совершенно новый вид, стать абстрактным или реалистичным.
Вершины объекта свободно двигаются в любом направлении, иногда поверхности перекрещиваются между собой. Зачастую привязки к реальным единицам измерения нет, ориентироваться приходится на свою интуицию и глазомер. Это творческий, почти ювелирный процесс: иногда приходится выполнить тысячи кликов мышью, чтобы добиться желаемого результата.
Чтобы понять принципы полигонального моделирования, рекомендуем разобраться с базовыми понятиями:
Эффективнее применить моделирование с помощью полигонов, когда:
Невозможно полноценно освоить «3Д Макс» без изучения полигонального моделирования. Это первый и основной способ проектирования объектов людей, животных, автомобилей и целых архитектурных сооружений. На нашем курсе по 3D-моделированию и архитектурной визуализации мы подробно рассказываем о работе с полигонами. В процессе обучения вы сможете применить полученные знания в своем индивидуальном проекте.
Работа с полигонами
Полигональное моделирование разделяется на три типа:
Перед тем как приступить к непосредственно манипуляциям с полигонами, конвертируйте текущий объект в режим editable poly. Для этого кликните ПКМ в окошке проекции, далее в выпадающем меню выберите команду Convert to Editable Poly.
Во вкладке Selection предстоит выбрать подобъекты, которые необходимо видоизменять. Для каждого трехмерного тела существует пять уровней:
Каждому подобъекту соответствует цифра на клавиатуре от 1 до 5. Горячая клавиша пригодится для быстрого переключения между уровнями. Набор функций и параметры различаются в зависимости от уровня.
Точки, ребра и целые полигоны можно вращать, масштабировать и двигать в желаемом направлении. Так вы шаг за шагом придадите объекту нужную форму. Все инструменты для взаимодействия с подобъектами находятся на командной панели Main Toolbar. Удаление целых полигонов осуществляется при помощи клавиши Delete. Ребра проще всего удалить кнопкой Backspace. Нажатая клавиша Shift позволяет копировать полигоны целиком, создавать новые.
Обзор инструментов
После конвертации объекта в режим полигонов откроется перечень основных инструментов:
Polypainting. Низкополигональная модель.
Когда мне раньше говорили, что НОРМАЛЬНО текстурить можно в ZBrush, я не сильно в это верила.
Точнее сказать, попробовав несколько раз этот процесс в ZBrush, твёрдо решила перейти на другой софт. КАК ЖЕ Я ОШИБАЛАСЬ!
Вроде были и знания о том, как можно текстурить, и вроде бы достаточно читала о возможностях ZBrush, и о фантастическом SpotLighte и о poly painting, но не до конца я понимала, как эти знания можно применить, имея перед собой конкретную задачу— затекстурировать низкополигонального персонажа.
Никаких бы вопросов не возникло, если бы изначально хайпольная модель создавалась в ZBrush (для последующей ретопологии) и покрасить множество пиксолей, из которых состоит модель не составило бы особого труда. Так же не возникло проблем раскрасить один единый меш (низкополигональный), импортированный в ZBrush.
Вопросы и непонимания появились, когда мне нужно было затекстурить низкополигональную модель, состоящую из нескольких мешей. И вот тут я не понимала, как можно считать текстурирование в ZBrush приятным, когда импортируя, например, вот такую модельку ( см. ниже) и добавляя ей Divides для увеличения окрашиваемых впоследствии точек, я в итоге получала модель, которую практически было невозможно покрасить. :(( Она смузилась так, что. отдельные части геометрий создавали дырки между собой, и это понятно. но как такое можно корректно затектурировать?
Но вернёмся к ZBrush.
Вчера вечером мне в скайп один из друзей (Саша, спасибо!) прислал ссылку на процесс текстурирования лоуполи модели одного молодого человека (и ему отдельное спасибо за видео!).
Смело так, уверенно, локально, чётко, вообщем, смотрела, открыв рот.
Парень «красит» лоуполи!? Как?
Саня сказал, что заметил одну «мелочь» в видео, которая потом в корне поменяло моё отношение к текстурированию в ZBrush.
Ребята, запомните, что в ZBrush существует ма-а-а-аленькая кнопочка в разделе Geometry, которая называется Smt (Subdivide Smooth Modifier)
В ZBrush она включена по умолчанию. И именно она ( в ключённом состоянии) отвечает за сглаживание геометрии при добавлении подразделений Divide.
Затем увеличила количество Subdivision Level до 5, нажав несколько раз Ctrl+D
Обратите внимание— геометрия внешне осталась неизменной, хотя полигоны добавились 🙂
Это то что нам нужно, чтобы покрасить лоупольку. (хотя это уже хайполька но выглядит она как лоуполи. После текстурирования в Браше мы просто снимем с неё карту и при надобности доработаем в Photoshop))
Вот так, зная о такой маленькой фиче, можно решить большую задачу!
Теперь, я надеюсь, буду получать удовольствие от текстурирования низкополигональных моделей в ZBrush.
Кстати. если мне нужно будет более тщательно выкрасить лоупольку в местах, куда тяжело подлезть кистью, никто ж не запрещает мне разбить модель на сабтулы и красить каждый сабтул в отдельности. ( PolyGroups— Auto groups, Subtools— Groups Split)
И потом уже, выделив нужный мне сабтул спокойно красить его как мне нравится 🙂
Полигональное моделирование
На сегодняшний момент разработано множество компьютерных программ, позволяющих работать с 3D графикой. Люди разных профессий: дизайнеры, конструкторы, визуализаторы, применяют их в проектировании. Самый первый метод, используемый в конструировании 3D объектов – полигональное моделирование, оно же самое распространённое при проектировании интерьеров, зданий, среды обитания человека.
Программы полигонального моделирования часто используется в архитектуре, проектировании предметов интерьера, в дизайне среды и конструировании малых объёмных форм.
Что собой представляет эта технология?
Специфика метода заключается в построении 3D объектов, с помощью специальных плоскостей (полигонов). С его помощью в 3D Max, можно создавать ряд объектов, без которых любой интерьер был бы пустым. В 3D Max полигональное моделирование, выполняет основную функцию, без этого способа построение объектов становится не возможным.
Любые полигональные фигуры, состоят из граней плоскостей (полигонов), объединённых в один элемент с помощью вершин:
Все объёмные тела имеют свой каркас, который составляет основу модели: с его помощью можно редактировать изделие, менять форму, вытягивать, передвигать и т. п.
В проектировании архитектурных сооружений, дизайне малых форм и т. п, там, где требуется передать точное сходство с прототипом, часто применяется метод полигонального моделирования.
В зависимости от поставленных задач, 3D объекты могут иметь различное количество полигонов.
На начальном этапе конструирования, создаются низкополигональные модели, что даёт возможность сократить время на обработку данных. При этом уровень детализации будет невысоким.
Что бы создать модель с более проработанной детализацией, необходимо увеличить число полигонов, такое изделие будет называться высокополигональным. Метод применяется, когда необходимо создать точную копию объекта.
Конструирование происходит в несколько уровней, по стандартной схеме, путём постепенного увеличения полигонов.
Несмотря на то, что полигональное моделирование считается самым распространённым способом построения 3D объектов, но это не единственный метод, используемый в создании трёхмерных изображений. Так, например: при проектировании объектов животного мира или растений, лучше всего использовать сплайновое моделирование.
Сплайновое и полигональное моделирование, основные отличия
Сплайновое моделирование – создание объёмных фигур, с применением специального лекала (сплайнов). Сплайнами могут быть кривые, имеющие любую геометрическую форму: дуги, окружности, прямоугольники и т.п. Каркас, служит основой для создания огибающей поверхности. Метод позволяет создавать модели, с высокой степенью детализации, при этом, поверхность становится боле гладкой. В отличие от полигонов, сплайновое моделирование не требует больших затрат энергии, необходимой для обработки информации. Поэтому, этот способ, часто используют при создании, сложных объектов. Всегда есть возможность вернуться к исходному состоянию.
Нередко, эти виды сравнивают с векторной и растровой графикой. В первом случае, фигуры создаются из точек и направляющих, такое изображение получается плоским, но зато при изменении масштаба, качество картинки не изменяется. Графика на основе растров кажется объёмной, но при увеличении масштаба, качество картинки ухудшается, детали становятся размытыми.
То же самое можно сказать и о моделировании с помощью лекал. Точно так же, как и векторная графика, сплайны способны передавать точность объекта, так как форма создаётся с помощью кривых, неоднократно описывающих экватор. Для точной проработки деталей, поверхность увеличивают в масштабе.
Объекты, созданные на основе полигонов, имеют разную степень детализации.
Чтобы добиться максимального сходства с прототипом, изделие должно иметь как можно больше полигонов, к примеру: объект, состоящий из 250 полигонов, будет иметь степень детализации в 35 градусов, кода аналогичный образец, но уже с 1500 полигонами, 10 градусов.
Хоть расстояние между гранями будет небольшим, и поверхность объекта будет казаться сглаженной, при увеличении масштаба на плоскости появятся шероховатости.
Методики построения полигональных моделей
В 3D Max полигональное моделирование – применяется при проектировании трёхмерных изображений. Способ позволяет создавать реалистичные модели с высокой степенью детализации, что даёт преимущество перед другими редакторами.
Создать полигональную модель можно разными способами:
Полигональное моделирование так же предусматривает и другие способы построения объектов.
Редактирование полигональных моделей осуществляется в окне одного меню Polygons Edit, с помощью этих окон, можно осуществлять другие команды. Они составляют основу любого 3D редактора. Кроме базовых окон, существуют дополнительные панели, без которых получить качественную модель невозможно, к ним относятся:
Для достижения удачного процесса моделирования следует помнить основное правило построения:
Приемы моделирования объектов
Конструирование с помощью вершин
Основу сетки составляют прямоугольные ячейки, каждая имеет свои вершины, с их помощью происходит редактирование. Что бы создать другой объект, необходимо произвести манипуляции с точками вершин.
В качестве наглядного примера, используется куб, затем, активировав F9, не снимая выделения, переходят в режим редактирования вершин. Задействовав инструмент Move Tool, верхние точки перемещаются, так, что бы примитив принял другую форму. При необходимости сохранить симметрию, удобней всего воспользоваться инструментом Scale Tool. Воспользовавшись различными инструментами можно добиться совершенно уникальных результатов, например, при вращении, вершинах приобретут спиралевидную форму.
Кроме всего прочего, для вершин существует уникальный метод стёсывания, позволяющий создавать множество граней из одной.
Использование рёбер в проектировании
Этот метод схож с предыдущим, редактирование рёбер осуществляется по тому же принципу, что и с вершинами. На практике это работает следующим образом: в качестве базового элемента создаётся куб, при нажатии клавиш F10 активизируется редактор рёбер. Далее, в качестве примера вытягивается одна и противоположных граней ребра. После чего, появится дополнительная плоскость, такую же операцию можно повторить и с соседними рёбрами.
Проектирование моделей с помощью полигонов
Сразу стоит отметить, это наиболее распространённый метод создания сложных объёмных конструкций. В этом случае работа проводится с полигонами, производя различные манипуляции можно менять форму, размер, создавать более сложные объекты. Как и в предыдущих примерах, редактирование происходит по аналогичному сценарию. Активизировав клавишу F11, запускается редактирование полигонов, предварительно выделив один из примитивов, можно работать с гранями, меняя их положение.
Дополнительно доступно множество приёмов по преобразованию граней.
При разбивании грани на две части, создаётся ещё одно ребро. После активации команды правка, курсор мыши изменится, после этого стоит выделить вершины нового ребра и выйти из режима правки, кликнув на пустом поле. После этого можно совершать любые действия относительно новых рёбер.
Применение полигонального моделирования
Область применения полигонального моделирования весьма обширная, от проектирования фигур человека, растений, животных, до создания сложных архитектурных форм, хотя могут применяться и сплайны, в зависимости от конкретных целей.
Недостатки метода
Несмотря на массу положительных качеств метода, недостатки всё же присутствуют.
Применяемые программы
На сегодняшний день, существует множество зd редакторов, трудно найти более популярный, чем Autodesk 3D Max. Программа подходит для создания трёхмерной графики, с её помощью были созданы спецэффекты ко многим фильмам. Сюда же можно добавить не менее известную программу Autodesk Maya, Autodesk Softimage и множество похожих редакторов.
Немного о Game LowPoly
Здравствуйте, уважаемые читатели Render.ru. Меня зовут Олег, моего коллегу соавтора зовут Владимир, и я являюсь Game Low-Poly моделлером. В данной статье мне бы хотелось бы познакомить вас с азами создания игровых моделей.
Данная статья будет в первую очередь полезна начинающим, но будет интересна и ветеранам индустрии.
Преамбула
Данная статья вынашивалась мною достаточно давно.
В последнее время очень большое число людей направило свой взор в сторону игровых моделей, но, к сожалению, обладая замечательными навыками в создании Hi-poly и Mid-poly моделей, многие совершенно не имеют представления о Low-poly. Как итог, модели получаются хоть и красивыми, но совершенно негодными для дальнейшего использования.
Часто от начинающих игровых художников можно услышать фразу: « Модель делалась для себя, над оптимизацией не задумывался», она является в кроне неверной.
Построение Low-poly модели начинается именно с определения, а зачем же она собственно нам нужна?
В данной статье я хотел бы рассказать именно о различных направлений, в которых используются игровые модели, и о их весьма специфичных требованиях.
Терминология
Грань (Edge, прим. перевод: Грань) – линия, ограниченная двумя вертексами. Содержит координаты образующих ее вертексов, и собственные координаты, являющиеся суммой координат вертексов.
Примечание: К сожалению, современные методы отрисовки не предполагают использование полигонов состоящих из более чем из трех вертексов. Такие полигоны триангулируются игровым движком, и уже в последствии обрабатываются видеокартой, именно по этой причине рекомендуется самостоятельно триангулировать сетку. Существуют и другие способы отрисовки, но, к сожалению, они не универсальны для различного компьютерного железа, по этой причине сейчас не используются.
Игровые разделы
Соответственно из всего сонма жанров мы можем выделить для себя всего три направления, наиболее характерно отличающиеся по положению камеры:
Состав текстур: Normal Map с Ambient Occlusion в альфа канале, Specular, Diffuse map. Разрешение немного нестандартное: у тела 3840х3840, у головы 1920х1920, у каски, объеденной с намордником 1920х1920, маска 960х960, система повреждений 960х960, глаза 512х512.
Детально: Голова 7.164, Волосы 6.054, Торс 5.851, Кисти рук 2.664, Ноги 2.549, Башмаки 1.758, челюсть 547, резинка для волос 359, рюкзак 2.693, ресницы 426, лакрима 558, глаза 912.
Состав текстур: Normal Map, Specular, Diffuse map и Ambient Occlusion для лица. Разрешение классическое: у тела 1024х1024, у головы 1024х1024, волосы 1024х512, ноги 1024х1024, челюсть и руки 512х512, башмаки 512х512, рюкзак 512х512, глаза 256х256, лакрима 128х128.
Игровые планы
Разобравшись с глобальным положением камеры, и определив ее типичные использования в играх, мы с вами выделили для себя три основных направления. Но и в самой игре расстояние от камеры до различных объектов может сильно отличаться.
Условно, игровое пространство можно разбить на четыре плана.
Из-за того что игрок постоянно наблюдает модели данного плана, для них допускается плотная сетка. Но есть одна маленькая особенность, и скрывается она в различных группах материалов для таких моделей.
Итак, рассмотрим классический случай.
Дано: модель пистолета, револьверного типа, с общим числом треугольников 6.810. В постоянной видимости у игрока только часть наружного меша, если выделить ее, то мы получим всего лишь 3.060 треугольников, остальную часть модели игрок увидеть не может. Что бы не загружать всю модель в память, а подгружать нужные элементы поэтапно, игровая модель подготавливается с учетом нанесения на нее двух и более материалов: материал группа для постоянно видимого участка (на картинке желтым), и материал группа для участка видимого только во время анимации (на картинке красным).
Соответственно, на краткий миг анимации перезарядки и появляется на экране ранее скрытый объект. Это позволяет значительно сэкономить постоянные затраты памяти.
2. Анимируемые объекты второго плана, а именно: персонажи, и противники.
В данном разделе кроются модели монстров, неигровых персонажей, крупных анимированных объектов играющих важную роль в повествовании. Сетка для таких объектов в разы менее плотная чем для объектов первого плана.
Как вы уже могли заметить, сетка не равномерна для всей модели, наиболее плотными участками являются: лицо, волосы, и кисти рук, участки сгибов (локтевые участки, колени, плечи, тазобедренный участок). Связано это в первую очередь с большим числом костей используемых для анимации данных частей тела.
Сетка для анимируемых органических моделей, а так же механических с изгибаемыми элементам преимущественно выполнена кольцами из квадратных полигонов (впоследствии триангулированных). Выполняют сетку именно так, для компенсации сжатий и растяжений сетки (проявляющейся в сжатии, растяжении и перегибах текстуры).
3. Интерактивные объекты.
4. Элементы локации:
В современных играх предполагается построение уровня из заранее подготовленных моделей (Unreal Engine, Unity). Для левел дизайнера подготавливается набор моделей, состоящий из различных панелей, крупноблочных объектов, плитки и многого другого, размещаемого непосредственно на уровне. Все эти объекты должны быть максимально оптимизированы, ибо являются наиболее многочисленными.
Необходимо отметить, что современные игровые движки могут отрисовывать миллионы треугольников, но сильно ограничены по числу активных объектов. Так в Unreal Engine проявляются первые признаки заторможенности при всего 1000 объектах на экране, при этом не имеет значение степень детализации данных объектов. Именно по этой причине, после построения уровня в редакторе, его необходимо поэлементно укрупнить в различные объекты, не забывая про разделение на материал группы.
На изображении ниже приведен пример игрового уровня с высокой плотностью сетки. Как вы можете заметить, элемент уровня имеет цилиндрическую форму, что приводит к значительному увеличению полигонажа относительно стандартных уровней.
Численность объектов
Частые ошибки при создании игровых моделей
Мы с вами рассмотрели на что следует обращать внимание и как классифицировать вашу игровую модель. Разобрали основные требования к игровым моделям, а теперь мне бы хотелось вам рассказать об основных ошибках, допускаемых как профессионалами, так и новичками.
1. Сохранение не формообразующих высоту вертексов.
Данная ошибка является самой грубой и наиболее распространенной у новичков. На модели допускается сохранять только вертексы создающие основную форму модели, в крайних случаях возможно сохранение защитных бордеров (дополнительный лупс препятствующий искажению нормалей), а так же лупсов обеспечивающих симметрию развертки, но необходимо трезво оценивать их необходимость.
2. Несоразмерность детализации.
Как уже ранее говорилось, плотность сетки должна напрямую зависеть от возможности приблизить камеру к объекту.
На изображении ниже можно увидеть яркий пример несоответствия размеров кнопки и платы. плата предназначенная для установки в дверную кнопку выполнена из 1020 треугольников, при условии что теоретически на экране может занимать максимум 128х256 пикселей. Подобная плотность сетки недопустима.
Стоит так же отметить, что не следует делать сетку плотной на сложно доступных для обозрения участках.
3. Утечка нормалей
На изображении представлены различные сочетания Smooth-group, положений крышки Low-poly модели относительно Hi-poly.
1) Hi-poly модель, с которой и запекается карта нормалей.
2) Простая Low-poly, с одной Smooth-group, крышка в уровне Hi-poly. На данной модели при фронтальном расположении камеры мы наблюдаем заметное искажение кольца и фаски, при наклонной камере дефекты становятся незаметными. Подобный тип игровой содели следует применять для малых объектов и при условии расположения камеры под углом.
3) Простая Low-poly, с одной Smooth-group, крышка ниже Hi-poly. Проблемы аналогичны п. 2. дополнительно подчеркивается вредная фаска.
4) Простая Low-poly, с двумя Smooth-group, крышка в уровне Hi-poly. На данной модели при фронтальном расположении камеры мы не наблюдаем никаких искажений, при наклонной камере проявляются грани модели. Подобный тип игровой модели следует применять для малых объектов и при условии расположения камеры фронтально.
5) Простая Low-poly, с двумя Smooth-group, крышка ниже Hi-poly. Проблемы аналогичны п. 2. дополнительно теряется фаска.
6) Более сложная Low-poly с фаской и с одной Smooth-group. На данной модели любом положении камеры мы наблюдаем остаточные незначительные эффекты искажения. Подобный тип игровой модели следует применять для крупных объектов.
Методику построения лоуполи модели и выбора Smooth-group следует принимать в зависимости от положения игровой камеры. Если мы чаще наблюдаем объект фронтально, то лучше использовать случаи № 4, 7.
Если мы наблюдаем объект чаще под углом, то лучше использовать случай № 2.
Если объект обозревается игроком со всех сторон, то наиболее адекватным будет являться случай №6.
4. Оптимальность сетки
На изображении ниже представлены два цилиндра с одинаковым числом треугольников.
5. Лишняя геометрия
Не следует допускать появления легко сводимой в карту нормалей геометрии на модели. Лучше свободные вертексы направить на улучшение других форм модели.
Интересные Факты
1.Вершинный Shader.
В игровых моделях, полигонаж считается в треугольниках, но данный расчет не отображает реальной картины.
Каждый 3D художник в своей жизни хотя бы раз пользовался Smooth-group (для Blender модификатор edge split). Особенностью применения данных функций, является умножение числа вертексов для создания Smooth поверхностей. Так же следует отметить, что Shaderы отрабатывают не по треугольникам, а именно по вершинам, что приводит к большей сложности вычислений на моделях, состоящих из большего числа Smooth-group.
Именно поэтому рекомендуется создавать игровые модели в одной Smooth-group, прибегая к разделению только в редких случаях.
Полностью отказаться от использования множественных Smooth-group к сожалению невозможно, ибо это приведет к резкому росту активного полигонажа модели. Каждый раз при подготовке Игровой модели, следует взвешивать, что лучше использовать: защитные бордеры (дополнительный лупс по периметру опасной зоны), либо Smooth-group.
2. Развертка модели
Одним из критериев качества модели является степень заполнения разверткой текстурного пространства.
Разворачивать модели рекомендуется с минимально необходимым числом швов, по все той же причине порождения дополнительных вертексов, и появлении текстурных швов на модели.
С появлением таких редакторов как Substsnce painter, практически исчезло требование по удобочитаемости развертки.
Стоит повторить классику: всегда проверяйте соразмерность различных элементов развертки. Два кусочка незначительно отличающихся по разрешению, но находящиеся вплотную к друг другу сильно портят визуальное восприятие модели.
3. Требования движка.
При разработке модели необходимо учитывать так же специфические требования движка.
К примеру, у Unreal Engine отличается Tangent space, что приводит к некорректной работе карты нормалей: проявляются швы, перекручиваются нормали. Соответственно в моделях приходится закладывать дополнительные защитные бордеры, препятствующие проявлению дефектов.
И еще один пример из далекого 2004 г. Одна из самых технологичных игр того времени, DooM 3 обладала крайне специфичным Tangent space, и нормали было возможно запечь только в нем самом (за исключением плоских).
Подобные особенности характерны для всех движков без исключения. Просто так их все описать невозможно, необходимо детально изучить движок под который вы работаете.