8.04. Моделирование
Моделирование
Понятие
Моделирование — это процесс создания трёхмерных объектов, называемых моделями, для последующего использования в цифровых средах, особенно в видеоиграх. Эти объекты могут представлять собой персонажей, здания, транспортные средства, оружие, мебель, природные элементы или целые ландшафты. Каждая модель служит визуальным и функциональным компонентом игрового мира, формируя его внешний вид, атмосферу и взаимодействие между игроком и окружением.
В основе моделирования лежит идея воссоздания реальных или воображаемых форм в цифровом пространстве. Такие формы строятся из множества геометрических примитивов, соединённых в единую структуру. Эта структура определяет не только внешний облик объекта, но и его поведение внутри игрового движка: как он будет освещаться, как будет взаимодействовать с другими объектами, как будет анимироваться или разрушаться.
Моделирование — это художественный и технический процесс одновременно. Он требует чувства пропорций, понимания анатомии (в случае персонажей), знания материалов и поверхностей, а также умения работать с ограничениями производительности. Хорошая модель сочетает в себе эстетическую выразительность и техническую эффективность.
Этапы моделирования
Процесс создания модели проходит через несколько последовательных этапов. Каждый из них решает свою задачу и подготавливает основу для следующего шага. Эти этапы обеспечивают системный подход к созданию качественного игрового контента.
1. Концепция
Первый этап — концепция. На нём формируется визуальное представление будущего объекта. Это может быть ручной эскиз на бумаге, цифровой рисунок или полноценный концепт-арт. Концепция фиксирует форму, пропорции, характерные черты и детали объекта. Она служит ориентиром для художника на всех последующих этапах.
Форма — это общее очертание объекта, его силуэт и объём. Пропорции — соотношение размеров отдельных частей друг к другу. Детали — это мелкие элементы, которые придают уникальность: заклёпки на броне, царапины на металле, складки на одежде. Концепция помогает заранее определить, какие из этих элементов важны для восприятия, а какие можно опустить ради упрощения.
2. Блокинг
После утверждения концепции начинается блокинг — этап построения базовой геометрии. Художник создаёт упрощённую версию объекта, используя простые трёхмерные фигуры: кубы, сферы, цилиндры, плоскости. Эти примитивы быстро трансформируются, масштабируются и комбинируются, чтобы приблизительно повторить форму из концепта.
Блокинг позволяет проверить пропорции и общий объём модели ещё до того, как начнётся сложная работа по детализации. Этот этап экономит время: если форма оказывается неудачной, её легко исправить на ранней стадии. Базовая геометрия состоит из полигонов — плоских граней, образующих поверхность модели. Полигон чаще всего представляет собой треугольник или четырёхугольник. Совокупность полигонов формирует сетку, которая и становится каркасом модели.
3. Детализация
На этапе детализации модель обретает глубину и выразительность. Художник добавляет мелкие элементы: рёбра, углубления, выступы, отверстия, текстурированные участки. Детализация может происходить разными способами: путём ручного моделирования новых граней, скульптинга (цифровой скульптуры) или использования нормал-карт, которые имитируют рельеф без увеличения числа полигонов.
Реалистичность модели зависит не столько от количества деталей, сколько от их уместности и правдоподобного расположения. Например, на панели управления космического корабля будут кнопки, переключатели и экраны; на доспехах рыцаря — ремни, застёжки и потёртости. Детали должны соответствовать логике мира игры и функциональному назначению объекта.
4. UV-развёртка
UV-развёртка — это процесс преобразования трёхмерной поверхности модели в двумерное изображение, которое затем используется для наложения текстур. Представьте, что модель — это картонная фигурка, которую нужно разрезать по швам и разложить на столе так, чтобы все части легли плоско. Именно так работает UV-развёртка: она «разворачивает» полигоны модели на плоскость, сохраняя их форму и взаимное расположение.
Качественная развёртка обеспечивает чёткое и равномерное наложение текстур без искажений. Она требует внимательного распределения пространства: важные участки (например, лицо персонажа) получают больше места на текстурной карте, менее значимые — меньше. UV-развёртка — технический, но критически важный этап, без которого невозможно добиться визуальной целостности модели.
5. Оптимизация
После завершения детализации и UV-развёртки модель подвергается оптимизации. Этот этап направлен на снижение вычислительной нагрузки, которую модель создаёт во время работы игры. Даже самые мощные устройства имеют ограничения по количеству полигонов, которые могут обрабатываться одновременно. Поэтому каждая модель должна быть сбалансирована: достаточно детализированной для визуального качества, но не избыточной с точки зрения производительности.
Оптимизация включает несколько подходов. Во-первых, уменьшается общее количество полигонов без заметной потери формы. Это достигается за счёт упрощения геометрии: например, сложные изгибы заменяются более простыми поверхностями, мелкие элементы объединяются или удаляются. Во-вторых, устраняются невидимые части модели — те, которые никогда не попадут в кадр во время игры. Например, внутренняя сторона шкафа, стоящего у стены, или нижняя часть платформы, расположенной высоко над землёй.
Также применяется принцип «художественного упрощения». Модель не обязана точно повторять реальный объект. Биологическая анатомия персонажа может быть упрощена, технические узлы машины — стилизованы. Главное — сохранить узнаваемость и функциональность. Иногда детали имитируются с помощью текстур или шейдеров, что позволяет добиться нужного визуального эффекта без увеличения геометрической сложности.
Оптимизация — это искусство компромисса между правдоподобием и эффективностью. Хороший игровой художник знает, где можно сократить, а где важно сохранить деталь.
6. Экспорт в движок
Завершающий этап — экспорт модели в игровой движок. Модель сохраняется в универсальном формате, совместимом с движком, таким как FBX или OBJ. Эти форматы поддерживают геометрию, UV-координаты, нормали, иногда — анимацию и материалы.
Перед экспортом проводится финальная проверка: корректность развёртки, отсутствие дублирующихся вершин, соблюдение масштаба, ориентация осей. После импорта в движок модель интегрируется в игровую сцену: к ней применяются текстуры, настраиваются материалы, добавляются коллизии (невидимые границы взаимодействия), при необходимости — анимации или физические свойства.
Экспорт — не просто техническая операция, а переход модели из среды создания в среду функционирования. От качества этого перехода зависит, насколько точно модель будет восприниматься игроком в конечном продукте.
Инструменты
Для выполнения всех этапов моделирования используются специализированные программы. Каждый инструмент обладает своими сильными сторонами и традиционно применяется в определённых контекстах.
Blender — бесплатный программный пакет с открытым исходным кодом. Он поддерживает все этапы создания модели: от блокинга до анимации и рендеринга. Blender активно развивается сообществом и широко используется как в инди-разработке, так и в образовательных целях. Его гибкость и доступность делают его универсальным выбором для начинающих и опытных художников.
Maya — профессиональный инструмент, разработанный компанией Autodesk. Maya является стандартом в индустрии AAA-игр и кино. Он предлагает мощные средства для моделирования, анимации, симуляции и риггинга. Maya особенно силён в работе с персонажами и сложными сценами, где требуется высокая точность и контроль над каждым элементом.
3ds Max — ещё один продукт Autodesk, популярный в архитектурной визуализации и разработке игр. Он удобен для создания окружения, пропсов и технических моделей. 3ds Max часто используется в студиях, где важна интеграция с другими инструментами Autodesk и где требуется быстрая итеративная работа над уровнями и ландшафтами.
ZBrush — программа, специализирующаяся на цифровой скульптуре. В отличие от полигонального моделирования, ZBrush работает с высокодетализированными мешами, содержащими миллионы полигонов. Он позволяет художнику лепить форму так же свободно, как скульптор работает с глиной. ZBrush идеален для создания органических форм: лиц, существ, доспехов с богатым рельефом. Результаты работы в ZBrush обычно упрощаются и переносятся в другие программы для дальнейшей подготовки к игре.
Выбор инструмента зависит от задачи, бюджета проекта, команды и предпочтений художника. Часто в одном проекте используются сразу несколько программ: например, форма создаётся в ZBrush, упрощается в Maya, а финальная сборка происходит в Blender.
Типы моделей
В игровой разработке модели классифицируются по уровню детализации, назначению и техническим характеристикам. Эта классификация помогает организовать рабочий процесс, распределить ресурсы и обеспечить согласованность между художественным замыслом и техническими возможностями платформы.
Низкополигональные модели
Низкополигональные модели содержат минимальное количество полигонов. Они создаются с учётом строгих ограничений производительности и часто используются в мобильных играх, инди-проектах или в тех частях игры, где объект находится далеко от камеры. Такие модели полагаются на текстуры и шейдеры для передачи деталей. Например, складки на одежде могут быть нарисованы, а не вылеплены геометрией.
Несмотря на упрощённую форму, низкополигональные модели требуют тщательной проработки силуэта и пропорций. Именно они определяют узнаваемость объекта. Хорошая низкополигональная модель — это результат осознанного упрощения, а не недоделанная версия сложной формы.
Высокополигональные модели
Высокополигональные модели содержат большое количество полигонов и предназначены для захвата мельчайших деталей поверхности. Они редко используются напрямую в игре из-за высокой нагрузки на систему. Вместо этого такие модели служат источником информации для создания нормал-карт, которые переносят рельеф на более простые сетки.
Высокополигональные модели особенно важны при работе с органическими формами: лицами, руками, животными, фэнтезийными существами. Они позволяют точно передать мышечный рельеф, текстуру кожи, морщины или чешую. Процесс их создания часто происходит в специализированных программах, таких как ZBrush, где художник может свободно лепить форму без оглядки на технические ограничения.
Пропсы
Пропсы — это второстепенные объекты окружения: мебель, посуда, книги, оружие, техника. Они заполняют игровое пространство, делая его живым и правдоподобным. Пропсы могут быть как низкополигональными (например, куст вдалеке), так и средней детализации (например, стол, за которым сидит игрок).
При создании пропсов важно соблюдать единый художественный стиль всей игры. Даже мелкий предмет должен соответствовать эпохе, культуре и технологическому уровню мира. Кроме того, пропсы часто группируются в наборы: кухонный набор, офисный набор, военный набор. Это ускоряет сборку уровней и обеспечивает визуальную целостность.
Персонажи
Персонажи — одни из самых сложных типов моделей. Они должны не только выглядеть убедительно, но и корректно анимироваться. Для этого модель оснащается скелетом — иерархией костей, управляющих движением частей тела. Процесс связывания геометрии с костями называется риггингом.
Модель персонажа проходит все этапы моделирования, но с дополнительными требованиями. Например, суставы должны иметь достаточное количество полигонов для плавного изгиба, кожа — реалистично деформироваться при движении. Лицевая анимация требует особой топологии: полигоны вокруг глаз, рта и бровей располагаются по определённой схеме, чтобы поддерживать широкий диапазон выражений.
Персонажи часто создаются в нескольких вариантах: основная модель для близких планов, упрощённая — для дальних, и иногда — специальная версия для теней или отражений. Это позволяет гибко управлять производительностью в зависимости от контекста.
Полигон
Полигон — базовый строительный блок любой 3D-модели. Это плоская грань, ограниченная тремя или четырьмя вершинами. Треугольники — универсальная форма, понятная всем графическим системам. Четырёхугольники удобны для моделирования и анимации, но в конечном итоге преобразуются в треугольники при рендеринге.
Количество полигонов напрямую влияет на сложность модели. Однако качество не определяется исключительно этим числом. Грамотно расставленные полигоны, следующие форме объекта, дают лучший результат, чем хаотичная масса мелких граней. Топология — распределение и направление полигонов — играет ключевую роль в анимации, деформации и визуальном восприятии.
Префабы
Префабы — это готовые игровые объекты, сохранённые в виде шаблонов. Они содержат модель, материалы, компоненты физики, скрипты и другие свойства. Префаб можно многократно размещать в сцене, изменяя отдельные параметры без потери связи с исходным шаблоном.
Использование префабов ускоряет сборку уровней и обеспечивает единообразие. Например, один и тот же светильник, созданный как префаб, может встречаться в десятках комнат, но при необходимости его яркость или цвет можно изменить локально. Префабы также упрощают обновление: если дизайнер решит заменить текстуру у всех стульев, достаточно изменить один префаб — и все экземпляры автоматически обновятся.
Таким образом, моделирование — это многоуровневый процесс, объединяющий художественное видение, технические знания и дисциплину оптимизации. Каждая модель, будь то камень на дороге или главный герой, проходит путь от идеи до функционального элемента игрового мира. Этот путь требует внимания к деталям, понимания контекста использования и уважения к ограничениям целевой платформы.