Что такое оверлапы в 3д
Оптимизация текстур: оверлапы, реюз, декали
Оверлап (overlap или реюз) — это накладывание одинаковых UV-шеллов на UV-развертке друг на друга с целью экономии текстурного пространства.
Эту технику можно использовать на моделях со множеством повторяющихся плоскостей/элементов, для которых не важна уникальность текстуры.
Мы говорим об уникальности, потому что если два элемента лежат на одном месте в UV-пространстве и используют общую текстуру — на них будет отображаться одинаковый набор пикселей.
Это значит, что если ты нарисуешь какую-то деталь на одном из плейнов — она автоматически появится и на остальных. Поэтому оверлапы нужно использовать аккуратно.
Способы создания оверлапов
Разберем два основных способа: один из них удобен при работе с большими массивами деталей, а второй подойдет для создания точечных оверлапов.
Способ 1
Когда ты закончил оптимизацию Low poly модели и приступаешь к работе с UV — удали все элементы и полигоны, которые планируешь оверлапить, и оставь только по одному референсному элементу.
Например: у тебя есть 10 одинаковых винтов. Тебе нужно удалить 9 из них, развернуть один, который остался, а потом сделать 9 копий развернутого винтика.
Дальше можешь работать с UV как обычно. Единственное, что нужно учесть в таком случае, — когда UV будет готова, тебе предстоит раскопировать обратно все удаленные элементы.
Используя этот подход, ты можешь создавать оверлапы для множества разных элементов, и тебе не придется выискивать нужные шеллы в UV-эдиторе. Удобно, если модель простая и нет проблем с расположением копий всех элементов на последнем этапе.
Также, прямо в процессе моделирования, объекты под реюз можно копировать как инстанс. В таком случае будет достаточно сделать развертку для одного элемента, а остальные подхватят эту информацию.
Способ №2
Накладывание существующих UV шеллов друг на друга вручную. Перед этапом финального упаковывания нужные шеллы складываются друг на друга и объединяются в группы, чтобы при автоматическом упаковывании алгоритмы не разъединяли их.
Способ подходит для точечного создания оверлапов, ведь для каждого элемента нужно сделать как минимум 3-4 действия. Если тебе предстоит разворачивать большое количество геометрии под реюз — лучше используй первый вариант.
Преимущества оверлапов на примере ассета
Возьмем ящик для патронов и сделаем для него две развертки: одна без использования оверлапов, а вторая — с ними. Texel density будем держать в районе 512px/m.
В развертке с реюзом нужный тексель удалось сделать при разрешении текстуры 2048х2048. Для текселя такой же плотности без оверлапов понадобится текстура 4096х4096.
Карта Albedo на примере с реюзом весит на 11.2 Мб меньше. На всем текстурном сете можно будет сэкономить
30 мегабайт. А теперь представь экономию в рамках проекта, когда таких сетов сотни. Десятки гигабайт.
Вывод: реюз помогает эффективнее использовать ресурсы проекта.
Теперь остается добавить уникальности текстурам: надписи, несимметричные детали и другие элементы, которые невозможно нанести оверлапами. Для это есть декали.
Декали
Декалями в геймдеве называют текстуры с нарисованными на них надписями / подтеками / элементами. Фон текстур обрезается с помощью альфа канала, а на объект они наносятся либо в самом движке, либо с помощью геометрических плейнов как часть модели.
Абстрактный пример текстуры для декалей. В реальных проектах текстурное пространство используется более рационально.
Так как декали используют свою отдельную текстуру, они никак не привязаны к объекту и их можно использовать для нанесения надписей поверх реюзнутых плоскостей.
Ошибки при использовании оверлапов
Оверлапы нужно использовать осторожно, ведь если реюзаемые плоскости находятся рядом — может возникнуть «эффект бабочки».
Лучше всего реюзать плоскости, которые находятся на разных сторонах объекта. Если же избежать этого нельзя — создавай максимально усредненную детализацию.
Чуть больше о проблемах с оверлапами можно почитать в нашей статье о проверке дополнительных карт.
На этом все. Пользуйся осознанно и старайся искать баланс между уникальностью и оптимальностью. Иногда все же лучше сделать разрешение текстур чуть выше, но сохранить интересный вид объекта. В любом случае, теперь ты еще ближе к работе с текстурами на уровне «PRO».
UV Развёртка: ААА-Пайплайн 4/7. Самый полный гайд.
Это четвертая статья из цикла про ААА-пайплайн. Вот ссылки на все пять, выбирай ту, которая тебе нужна:
Эта статья поможет новичкам научиться делать развертку так, чтобы на этапе запечки не возникало неожиданных проблем. Ты узнаешь, что такое UV маппинг (развертка), зачем он нужен и из каких этапов состоит. Внимательное изучение статьи займет около 20 минут. Если возникнут вопросы — пиши в чат-бот (кнопка справа внизу). Там на связи живой менеджер 🙂 Он поможет разобраться. Ну что, давай начнем!
Что такое развертка
В редакторе на модель можно наложить материал, выбрать его цвет и настроить блик. Но положить текстуры на 3D-объекты нельзя. Программа просто не знает как накладывать плоскую текстуру на геометрию. Для этого нам нужна 2D-развертка объемной модели.
Развертка похожа на инверсное оригами. В оригами ты делаешь из плоского листа бумаги 3D-объект, а в развертке наоборот — из объемного делаешь плоское.
В любом 3D-редакторе есть инструментарий для работы с UV. Например, функционала Maya хватит, чтобы сделать развёртку даже самой сложной модели. Но для удобства и редких фишек (таких как отрисовка паддинга) иногда используют программы для работы только с UV. Самые популярные — UV Layout и Rizom UV
Для маппинга сложных форм мы пользуемся функцией авторазвертки.
Из чего состоит развертка
Внизу на картинке у куба 8 точек и 6 квадратных полигонов. На развертке тоже 6 квадратов, но точек больше 8, как на 3D-модели.
Изменили размер UV шелла, изменилась и текстура на объекте
Проблемы из-за неправильной развертки
Во втором видео мы подпортили UV развертку, чтобы была видна разница между правильной и неправильной разверткой. Плохие текстуры портят даже идеально собранные модели. Если увидишь такие же проблемы, когда будешь текстурить — что-то не так в UV развертке. Давай разберемся откуда берутся такие глюки с текстурой и как их исправить.
Есть 2 вида развертки на UV:
1) Сделать уникальный маппинг;
2) Сделать тайловый маппинг.
В UV пространстве бесконечное количество квадратов, которые повторяют текстуру первого квадрата. То есть, всю развертку нужно уместить в один квадрат.
Это и есть уникальный маппинг. Его используют в твердотельном моделировании (Hard Surface) или для создания персонажей. А для объектов окружения, ландшафтов и зданий в основном используют тайловый мапинг.
Один материал имеет только одну текстуру. Эта текстура растягивается на первый квадрат UV. В этом случае, чтобы замапить грузовик нам нужна текстура с деревом и с крашенным металлом.
Мы замапили все объекты на UV только в первый квадрат. На выходе получилась одна единственная текстура и один материал, а мы тем самым сэкономили ресурсы игрового движка. Маппинг техники и персонажей имеет некоторые отличия. Если хочешь больше узнать о том, как делать развертку именно для 3D-персонажей присмотрись к курсу STYL.
Как мы уже говорили — квадраты на UV бесконечны. Текстура, которую мы положим в первый квадрат может повторяться бесконечное количество раз. Такое повторение текстур называется — тайл.
Тайловый маппинг используется для развёртки зданий, предметов окружения и ландшафтов.
Если мы хотим сделать развертку этого дома — сначала нужно создать материалы с бесшовными текстурами, а потом наложить геометрию с помощью авторазвертки (box mapping).
В отличие от уникального маппинга, в тайловом UV шеллы могут выходить за пределы квадратов. Зачем это нужно? Представь что нам нужно затекстурить кирпичную стену. Если развёртка стен будет в первом квадрате — кирпичи будут слишком крупными. Потому, мы выбираем тайловый подход, чтобы можно было контролировать текстуры так, как нам нужно.
Вот так выглядит наш дом после развертки и текстур.
Получаем в одной текстуре сразу несколько покрашенных объектов — это называется атлас. Атласы часто используют в играх, чтобы экономить затраты движка на прорисовку текстур.
Из-за особенностей цифровых вычислений, разрешение текстур всегда стараются делать кратными степени двойки. Сторона текстуры может быть 32 пикселя в ширину или 64, 128, 256, 512, 1024, 2048 и даже 4096 пикселей.
Текстуры кратные степени двойки заполняют целые ячейки видеопамяти. Если вместо текстуры 1024х1024 засунуть в движок текстуру размером 1000х1000 — она не заполнит всю ячейку видеопамяти и ее обработка потребует больше ресурсов от видеокарты. Из-за такой мелочи игра потеряет в производительности. Больше о текстурировании 3D-моделей ты можешь узнать на курсе Процедурный трип.
Теперь, когда разобрались как взаимодействуют текстуры с разверткой, давай дальше разбираться с UV.
Как правильно работать с UV
Есть 4 приема для работы с UV, которые сэкономят пространство и упростят процесс текстурирования:
Пример как работать с оверлапами
Как оверлапить симметричные объекты
Дальше нас ждут тайлы, тримы и атласы. Чаще всего их используют для объектов окружения, зданий и ландшафтов. Но, например, тайлы бывают полезны и для hard surface моделей, и персонажей. Давай узнаем, что это такое.
Как тайлы, тримы и атласы экономят пространство?
Тримы — это те же тайлы (квадраты на маппинге), но повторяются они не во все стороны, а только по одной оси. С атласом тримов мы можем размаппить лестницу любого размера и на ней никогда не будет швов.
На текстурах лестницы нет швов
Пример как работают атласы и тайлы
Как проверить развертку на ошибки
Когда делаешь развертку, могут появиться косяки, как с нашим грузовиком. Но во всех программах есть «чекер». Это текстура с шахматной доской, которую используют для проверки развертки. Он выглядит вот так:
Квадраты без потягов и одного размера, значит ошибок на UV нет
Как работает функция Unfold
Но сложные модели нужно будет маппить самому. Взять лоуполи, сделать авторазвертку, а потом нажать Unfold — это далеко не все. Тебе нужно выбрать способ маппинга модели, правильно развернуть элементы, сделать оверлапы, уместить шеллы внутри первого квадрата и еще много всего.
Чек лист по UV маппингу:
Что делать, если появились проблемы с разверткой
1. Потяги на UV — чекер не квадратный
Если видишь нечто подобное — исправляй через Unfold. Если он не поможет — исправляй руками.
2. Квадраты чекера разного размера
Чтобы понять почему квадраты меняют размер, нужно знать, что такое тексель.
Тексель — это количество пикселей на метр, сантиметр, или дюйм. Он показывает, насколько детальной будет текстура. В шутерах тексель высокий, потому что игроки сильно приближаются к объектам. В играх от 3 лица тексель ниже, а в стратегиях минимальный. Чтобы не перегружать движок важно, чтобы объекты переднего плана имели высокий тексель, а среднего и дальнего плана — низкий.
Как изменится тексель, если менять размер шеллов
Это может стать бедой для модели, а может быть и лайфхаком. Если моделишь грузовик, хорошая практика — на днище сделать тексель меньше, потому что игроки вряд ли его увидят в игре. А ты сэкономишь место на UV для чего-нибудь более важного.
3. Слишком много свободного места на UV пространстве
Нужно увеличить размер шеллов и перепаковать, чтобы они полностью заняли первый квадрат. Тогда тексель будет выше, а текстура детализированнее.
4. Объекты на UV пересекаются
UV шеллы пересекаются
Если шеллы пересекутся — на модели появятся артефакты. Исключение из этого правила — оверлапы. В них мы осознанно накладываем шеллы друг на друга.
Если объекты не идеально лежат друг на друге, появляются швы на текстурах
Порядок работы с UV
Давай подытожим, в каком порядке нужно делать развертку:
Советы по правильной работе с UV
1. Обрезай сложные формы
Большие стенки нужно обрезать, иначе могут появиться потяги на UV. В таких местах чекер неровный. Разберём этот момент на примере нашей модели. Если сделать авторазвёртку этой детали — увидим потяги:
Всё про Bake (Запечку) как этап ААА-пайплайна
Привет! Мы продолжаем цикл статей по пайплайну разработки стилизованных персонажей. Сегодня расскажем, что такое этап запечки, и как перенести детализацию с высокополигональной модели (high poly) на низкополигональную (low poly).
Запечка (Bake) — четвёртый этап ААА-пайплайна. На прошлом мы сделали развёртку, а сейчас будем её использовать для создания Normal Map, AO и Color ID.
Примечание: нам часто говорят, что правильнее писать «запекание», а не «запечка». Мы пишем «запечка», потому что это устоявшийся термин в индустрии.
Гугл на слово запечка показывает то, что нам нужно, а на слово запекание предлагает запечь курочку
Что такое запечка
Взглянем на low poly модель, которую сделал наш студент Leon.
Низкополигональная модель, созданная на этапе ретопологии
В ней минимум полигонов и чистая сетка. Эта модель будет загружаться в игровой движок.
Есть ещё high poly модель с высокой детализацией и скульпт.
Хайполи модели под сабдив и скульпт
Технология запечки позволяет нам перенести все детали с high poly и скульпта на low poly-модель.
В итоге, в игровом движке будет low poly модель с минимальным количеством полигонов, но выглядеть она будет так, как будто на ней есть все эти детали:
Для внимательных: ID Map никак не влияет на вид модели, в отличие от нормала и АО, но она пригодится при текстурировании, поэтому эту карту тоже будем печь.
Как это работает?
Мы берём low poly модель и добавляем на неё запечённые карты Нормала и АО. А эти карты обманывают поведение игрового света. Модель начинает бликовать так, как будто на ней есть все эти фаски, вырезы и прочие детали.
Для тех, кто не понимает, о чём речь: мы очень подробно писали про вертекс нормали и принцип работы нормала в статье про сетку.На этом этапе пайплайна — запечке, наша задача: запечь 3 карты.
1) Normal map — карту неровностей
2) Ambient Occlusion (AO) — карту затенения
3) Color ID — цветные маски
В Marmoset можно запечь гораздо больше карт, про это будет дальше.
Мы добавим эти карты на нашу low poly модель, на ней появится вся детализация с high poly и скульпта, а благодаря карте Color ID модель будет легче разбить по материалам и текстурировать.
Все карты создаются на основе развёртки, которую мы сделали на прошлом этапе пайплайна. Без развёртки карты не запекутся. Если есть ошибки на развёртке или low poly модели, то мы столкнёмся с кучей проблем.
Ссылки на теорию
Вот несколько наших статей, прочитав которые ты точно поймёшь, как работает «магический» трюк с обманом вертекс нормалей.
Какие карты будем печь
Нет смысла запекать карты, если не знаешь, что они делают и как работают.
1. Normal Map
Normal Map переводится как «карта нормалей»
Она изменяет направление блика на геометрии.
Карта создаёт виртуальные вертекс нормали в каждой точке low poly модели и искажает поведение света. Если наложить запечённый нормал на модель, то она будет выглядеть почти как high poly.
Вот хороший пример: low poly модель с включенным Нормалом и без него.
Модель с включенным нормалом и без него
Новые полигоны не создаются, это лишь иллюзия формы:
Приглядись, видишь low poly сетку? Все детали и затенения, которые ты видишь — иллюзия.
Чтобы создать нормал, нужно взять развёртку, которую мы делали ранее, взять high poly и скульпт, загрузить в программу для запечки и нажать кнопку «bake».
Там много нюансов, но мы обо всём расскажем.
Из чего печётся Normal map
Что нужно знать о Нормале
Небольшие чёрные полосы на нормале — это нормально.
Никто не будет разглядывать нашу модель под микроскопом.
Чёрные полоски на нормале
Почему не стоит сильно волноваться о чёрных полосах?
Игрок почти всегда видит модель в игре на расстоянии. Поэтому не нужно тратить несколько часов, чтобы убрать чёрные полоски на нормале:
Та же модель, но на расстоянии. Чёрные полосы не режут глаза, — значит, всё окей.
Из чего состоит карта нормалей
Normal map создает иллюзию объёма благодаря трем картам в каналах текстуры: красный, зелёный, синий.
Чтобы переключаться между каналами, откроем файл с нормалом в Photoshop и зайдём во вкладку Channels.
Красный канал показывает искажение вертекс нормалей по горизонтали. Чем светлее пятно на красном канале — тем сильнее виртуальная поверхность наклонена вправо, а чем темнее — тем больше «поверхность» бликует влево.
Красный канал нормала
Зелёный канал — работает так же, но искажает шейдинг по вертикали.
Светлый-блик поворачивается наверх, а тёмный — вниз.
Зелёный канал Нормала
Чтобы лучше понять разницу между этими двумя каналами, посмотрим на эту часть модели:
У бочки на high poly есть фактура дерева.
Затемнение идёт только по одной из осей.
Так как красный канал нормала показывает искажение вертекс-нормалей только по горизонтали, а скосы между досками как раз и отклоняются влево или вправо, то на нём будет много информации.
А зелёный канал — показывает искажения по вертикали. Так как виртуальные плоскости не отклоняются вверх/вниз, то затемнений почти нет, то информации на нормале в этом канале почти не будет:
Зелёный и красный канал нормала на примере бочки
Красный и зелёный каналы — основные для нас (как моделлеров).
Но у Нормала есть ещё синий канал.
Синий канал имитирует углубления в объекте.
В играх он практически не используется.
За счет изменения синего цвета на нормале создаются искажения на плоской поверхности.
Если на синем канале есть артефакты, можно просто выключить этот канал, т.е. отключить синий цвет у нормал мапа в фотошопе. Или просто их замазать артефакты кисточкой.
Синий канал нормал
Больше про три канала Нормала — в этой статье.
У каждого канала — своя функция.
При артефактах после запечки иногда нужно править нормал руками.
Иногда это делается сразу на всех трёх каналах, а иногда — на одном из них.
Если ты не разобраться в функциях этих каналов, сложно будет редактировать нормал.
Нейтральный цвет Нормала
128х128х255 — нейтральный цвет нормала.
Если добавить полностью нейтральный нормал, то особой разницы видно не будет. Модель будет шейдить так же, как обычная лоуполи.
В каком формате лучше хранить нормал
После запечки, скорее всего, придётся вносить изменения в нормал, используя фотошоп.
Поэтому файл лучше сохранять в форматах Targa или TIF.
При сохранении есть выбор, сохранять в 24 или 32 bit.
Если есть Альфа-канал — сохраняем с 32 bit.
Если Альфа-канала нет — в 24 bit.
2. Карта АО
Так выглядит запечённая карта АО
Карта Ambient occlusion (AO) — это карта затенения.
Она показывает самые глубокие тени, которые есть в объекте.
В основном это тени в углублениях и на пересечениях. Эту карта используют игровые движки для корректного освещения. Она также очень полезна в текстурировании.
Отличный пример того, что сложно сделать без АО — это грязь. Она забивается в самые глубокие места модели, — карта АО поможет легко сгенерировать маску углублений, чтобы забить их грязью.
Если добавить на low poly модель карту АО, на модели появятся самые глубокие тени
Также как и нормал, карта АО печётся на развёртку модели из high poly и скульпта.
Карта AO создаётся из highpoly и скульпта
При запекании по-умолчанию эта карта чёрно-белая, но на этапе текстурирования её можно покрасить.
С картой АО разобрались, последняя карта, которая нам нужна — Color ID
3. Карта Color ID
У наша модель состоит из разных материалов: металла, камня, дерева и ткани.
Во время текстурирования нам нужно быстро выделять геометрию, которая будет, например, металлом или деревом.
Чтобы это можно было сделать в один клик внутри Substance Painter, нам нужно запечь карту Color ID. Она позволяет быстро выделять большие куски. А в программе для текстурирования эту группу объектов можно легко затекстурить.
Вот так, с помощью этой карты мы в считанные секунды красим модель в разные цвета:
Быстро красим модель в Substance Painter, используя карту Color ID
Для того, чтобы создать карту Color ID, нам нужно покрасить high poly-модель в разные цвета. Один цвет — это одна группа объектов, как правило разбитая по материалам. Например, всё дерево на Color ID оранжевое, вся кожа —розовая, ржавый металл — синий, шерсть — голубая, а новый и чистый метал —зелёный.
Это не цвета будущей модели — здесь они могут быть любыми. Главное, чтобы они были контрастными.
Дополнительные карты
В мармосете куча карт, которые можно запечь.
Их в разных пайплайнах используют разные художники для текстурирования:
Position map с помощью градиентов помогает накладывать текстуры в разных плоскостях модели.
Сurvature выделяет все края на модели и упрощает создание затёртостей и повреждений. Очень полезная карта на ряду с АО.
Thickness запекает толщину, что необходимо для имитации подповерхностного рассеивания.
Часто для hand paint текстур пекут свет прямо на текстуру. Иногда необходимо запечь альфу — карту прозрачности.
Еще мармосет умеет печь цвета и материалы с других моделей и текстур, это иногда помогает не переделывать много текстур с нуля.
Сейчас проще печь дополнительные карты прямо в Substance Painter.