8.04. Текстуры
Текстуры
Понятие
Текстура в контексте разработки игр — это изображение, накладываемое на поверхность трёхмерной модели с целью придания ей визуальной детализации, цвета, рельефа и других свойств внешнего вида. Текстура превращает геометрически правильную, но визуально пустую форму в узнаваемый объект: деревянный ящик, каменную стену, металлическую броню или кожаную перчатку. Без текстур любая 3D-модель остаётся однотонной, лишённой характера и глубины восприятия.
Текстурирование — это процесс применения таких изображений к моделям. Этот процесс включает не только непосредственное наложение картинки, но и согласование её расположения, масштаба, ориентации и взаимодействия со светом и другими визуальными эффектами. Текстурирование делает возможным имитацию сложных материалов при минимальных затратах вычислительных ресурсов. Оно позволяет создавать богатые, правдоподобные миры без необходимости строить каждую царапину или трещину как отдельный полигон.
В основе текстурирования лежит идея декорирования. Модель задаёт форму, а текстура задаёт внешность. Это разделение функций — форма и оформление — является ключевым принципом эффективной работы с графикой в играх. Геометрия определяет, где находится поверхность; текстура определяет, как эта поверхность выглядит.
Текстура может содержать информацию не только о цвете. Современные игровые движки используют набор специализированных текстурных карт, каждая из которых управляет отдельным аспектом внешнего вида. Эти карты работают совместно через материал — виртуальный шаблон, который объединяет все текстуры и параметры их вза interactions с освещением, камерой и окружением.
Текстурирование — это не просто «оклейка» модели картинкой. Это целостный художественно-технический процесс, требующий понимания как художественных основ (цвет, композиция, материал), так и технических ограничений (разрешение текстур, производительность, форматы файлов). Успешное текстурирование создаёт иллюзию реальности, поддерживает стилистику игры и помогает игроку интуитивно понимать свойства объектов: что можно сломать, что скользкое, что горячее.
Текстуры являются одним из самых важных элементов визуального языка игры. Они формируют настроение, передают эпоху, намекают на историю объекта — потёртости, ржавчина, следы использования. Хорошо сделанная текстура работает на уровне подсознания, усиливая погружение и веру в игровой мир.
Этапы
Текстурирование — это многоступенчатый процесс, требующий последовательного выполнения ряда технических и художественных задач. Каждый этап обеспечивает корректное отображение модели в игровом движке и её гармоничное вписывание в визуальную среду игры.
UV-развёртка
Первый и фундаментальный этап — создание UV-развёртки. UV-развёртка представляет собой двумерное представление поверхности трёхмерной модели. Буквы «U» и «V» обозначают координаты на плоскости текстуры, аналогично тому, как «X», «Y» и «Z» обозначают координаты в трёхмерном пространстве.
Процесс развёртки заключается в «разрезании» модели по швам и «раскладывании» её граней на плоскость так, чтобы минимизировать искажения и перекрытия. Хорошо сделанная UV-развёртка гарантирует, что текстура будет накладываться равномерно, без растяжений и разрывов. Это особенно важно для объектов с чёткой структурой — например, кирпичной стены или ткани с узором.
UV-развёртка также влияет на эффективность использования текстурного пространства. Чем плотнее уложены элементы развёртки на текстурной карте, тем выше разрешение деталей при том же объёме видеопамяти. Профессиональные художники стремятся использовать каждую часть текстурного атласа, избегая пустых зон.
Создание текстурных карт
После подготовки UV-развёртки начинается создание самих текстур. Современные игры редко используют одну текстуру на модель. Вместо этого применяется набор специализированных карт, каждая из которых управляет отдельным визуальным свойством. Эти карты работают совместно через материал, который определяет, как они взаимодействуют со светом и камерой.
Diffuse map (или albedo map) — основная цветовая карта. Она задаёт базовый цвет поверхности без учёта освещения, бликов или теней. Эта карта отвечает за то, каким цветом выглядит объект при нейтральном свете. Например, красный кирпич, зелёная листва или серый металл.
Normal map — карта нормалей. Она имитирует мелкие неровности поверхности: царапины, бороздки, выпуклости. Вместо того чтобы усложнять геометрию модели миллионами полигонов, normal map хранит информацию о направлении поверхности в каждом пикселе. Движок использует эти данные для расчёта освещения, создавая иллюзию глубины и рельефа. Это один из самых мощных инструментов повышения детализации без потери производительности.
Specular map — карта отражательной способности. Она определяет, насколько сильно поверхность отражает световые блики. Металл, стекло или влажная кожа будут иметь высокие значения в этой карте, тогда как матовые материалы — низкие. В некоторых современных материалах (например, в PBR-подходе) эта функция передаётся через metallic и roughness-карты, но принцип остаётся тем же: контроль над блеском и отражением.
Ambient occlusion map — карта окружающего затенения. Она имитирует естественное затемнение в углах, щелях и местах, куда трудно проникает рассеянный свет. Эта карта добавляет глубину и контраст, делая модель более объёмной даже при отсутствии сложного освещения. Ambient occlusion часто рассчитывается автоматически на основе геометрии.
Displacement map — карта смещения. В отличие от normal map, она действительно изменяет геометрию модели, поднимая или опуская вершины в зависимости от яркости пикселей. Этот метод даёт реальный рельеф, но требует значительных вычислительных ресурсов и используется реже — чаще в кинематографической графике или при близком рассмотрении объектов.
Существуют и другие типы карт: emissive map (свечение), roughness map (шероховатость), opacity map (прозрачность), height map (высота) — их набор зависит от возможностей движка и требований проекта.
Настройка материалов
После создания текстурных карт они объединяются в материал. Материал — это виртуальный шаблон, который определяет, как объект взаимодействует со светом, камерой и окружением. В игровом движке (например, Unity или Unreal Engine) материал создаётся путём подключения текстур к соответствующим входам шейдера.
Шейдер — это программа, выполняемая на графическом процессоре, которая рассчитывает итоговый цвет каждого пикселя на экране. Материал настраивается через параметры: уровень металличности, степень шероховатости, интенсивность свечения, прозрачность и другие. Эти параметры могут быть постоянными или управляться текстурами.
Настройка материала — это момент, где художник и технический специалист встречаются. Здесь важно достичь баланса между визуальной точностью и производительностью. Слишком сложный материал может замедлить рендеринг, особенно на мобильных устройствах или консолях прошлого поколения.
Интеграция в игру
Финальный этап — проверка текстур в контексте игрового мира. Текстура, отлично выглядящая в изоляции, может теряться на фоне других объектов, конфликтовать с освещением или выглядеть неестественно при движении камеры. Поэтому обязательна проверка в движке при разных условиях: дневной и ночной свет, дождь, туман, близкое и далёкое расстояние.
Особое внимание уделяется масштабу. Текстура кирпичной стены должна соответствовать реальным размерам кирпича, иначе игрок интуитивно почувствует «неправильность». Многие движки позволяют задавать масштаб текстуры в мировых единицах (например, один метр = 1024 пикселя), что помогает сохранять согласованность.
Также проверяется работа текстур при анимации. Если модель деформируется (например, лицо персонажа при мимике), текстура должна следовать за ней без разрывов или искажений. Это требует тщательной проработки UV-развёртки и иногда использования дополнительных техник, таких как triplanar mapping.
Инструменты
Создание текстур требует специализированного программного обеспечения. Выбор инструмента зависит от стиля игры, бюджета проекта и уровня художника.
Substance Painter — один из самых популярных инструментов в индустрии. Он позволяет рисовать текстуры прямо на 3D-модели в режиме реального времени. Художник видит, как каждая кисть, слой или эффект влияет на итоговый результат. Substance Painter поддерживает сложные материалы, маски, генераторы и экспортирует готовые карты в форматах, совместимых с любыми движками. Его преимущество — интуитивность и глубокая интеграция с современными workflow.
Photoshop и GIMP — классические программы для растровой графики. Они подходят для ручного рисования текстур, особенно в стилизованных или пиксельных играх. Хотя они не работают напрямую с 3D-моделями, их гибкость и богатый набор инструментов делают их незаменимыми для многих художников. GIMP — бесплатная альтернатива Photoshop с открытым исходным кодом.
Quixel Mixer (ныне часть Megascans от Epic Games) — инструмент для создания реалистичных текстур на основе сканированных материалов. Он использует библиотеку фотографий настоящих поверхностей — камня, дерева, металла — и позволяет смешивать их, добавлять износ, настраивать параметры. Quixel особенно популярен в проектах, ориентированных на фотореализм.
Blender — полноценный пакет 3D-графики с встроенными средствами текстурирования. В Blender можно не только моделировать и анимировать, но и рисовать текстуры с помощью встроенного paint-режима, генерировать карты нормалей из высокополигональных моделей, настраивать материалы в шейдерном редакторе. Blender бесплатен и активно развивается сообществом.
Каждый из этих инструментов имеет свои сильные стороны. Профессиональные студии часто комбинируют их: например, создают базовые материалы в Quixel, дорабатывают детали в Substance Painter и финальную компоновку делают в Blender или движке.
PBR-текстурирование
Современная индустрия игр почти повсеместно использует физически корректное рендеринговое моделирование — Physically Based Rendering, или PBR. Этот подход основан на имитации реального поведения света и материалов. Вместо произвольных настроек художник работает с параметрами, имеющими физический смысл: шероховатость, металличность, индекс преломления.
PBR требует строгого набора текстурных карт. Типичный PBR-материал включает:
- Albedo map — базовый цвет без теней и бликов.
- Normal map — для микрорельефа.
- Metallic map — указывает, какие участки являются металлом (белый) и какие — диэлектриком (чёрный).
- Roughness map — степень шероховатости поверхности: глянцевая (чёрная) или матовая (белая).
- Ambient occlusion map — для естественного затенения.
- Иногда Height map или Displacement map — для макрорельефа.
Главное преимущество PBR — предсказуемость. Один и тот же материал будет выглядеть согласованно при любом освещении: на солнце, в тени, в помещении. Это упрощает работу художников и дизайнеров уровней, так как не нужно подстраивать текстуры под конкретную сцену. Материал «ведёт себя правильно» сам по себе.
PBR также упрощает совместную работу. Художники могут обмениваться материалами между проектами, зная, что они будут корректно отображаться в любом движке, поддерживающем этот стандарт — будь то Unreal Engine, Unity, Godot или CryEngine.
Оптимизация текстур
Производительность — ключевой фактор в разработке игр. Каждая текстура занимает видеопамять, а её обработка требует времени GPU. Поэтому текстуры всегда подвергаются оптимизации.
Разрешение — один из главных параметров. Не каждая текстура должна быть 4K. Далеко расположенные объекты (например, горы на заднем плане) могут использовать текстуры 512×512 или даже меньше. Близкие объекты (оружие, лицо персонажа) оправданно получают 2K или 4K. Разумное распределение разрешений позволяет сэкономить сотни мегабайт видеопамяти.
Mipmapping — автоматическая генерация уменьшенных копий текстуры. Когда объект удаляется от камеры, движок подставляет более низкое mipmap-уровень. Это снижает нагрузку на текстурный кэш GPU и устраняет мерцание при движении.
Атласы текстур — объединение нескольких мелких текстур в одну большую. Например, все элементы интерфейса или детали окружения (дверные ручки, лампочки, кнопки) могут быть собраны в один атлас. Это уменьшает количество вызовов отрисовки (draw calls), что критично для производительности, особенно на мобильных устройствах.
Сжатие — использование специализированных форматов (BC1–BC7, ASTC, ETC2), которые уменьшают размер файла без заметной потери качества. Эти форматы поддерживаются напрямую графическими процессорами, поэтому распаковка происходит «на лету» без нагрузки на CPU.
Повторяемость (tiling) — для больших поверхностей (полы, стены, земля) часто используются тайлинговые текстуры, которые можно повторять бесшовно. Это позволяет покрывать огромные площади одной небольшой текстурой. Чтобы избежать «плиточного» эффекта, применяют техники: смешение нескольких слоёв, случайное смещение, добавление деталей через декали или vertex painting.
Особенности текстурирования разных типов объектов
Не все объекты текстурируются одинаково. Подход зависит от роли объекта в игре, его масштаба и степени взаимодействия.
Персонажи требуют максимального внимания к деталям. Лицо, руки, одежда — всё должно передавать характер, возраст, социальный статус. Для персонажей часто создаются уникальные UV-развёртки без повторений. Используются высокие разрешения, многослойные материалы, иногда — отдельные карты для макияжа, грязи или пота. Важна анимационная целостность: текстура не должна «плыть» при движении.
Окружение (props, архитектура, природа) часто строится из модульных компонентов. Стена может состоять из нескольких плиток, колонн и декоративных элементов, каждый со своей текстурой. Здесь важна согласованность стиля и масштаба. Часто используются smart materials — универсальные PBR-материалы, которые адаптируются под разные формы.
Оружие и техника — объекты с чёткой инженерной логикой. Здесь важны точность, логика износа, соответствие материалам (металл, пластик, резина). Текстуры должны подчёркивать функциональность: кнопки, швы, вентиляционные отверстия. Часто применяется метод «бейкинга» — перенос деталей с высокополигональной версии на низкополигональную через normal и ambient occlusion карты.
Стилизованные игры (например, в духе The Legend of Zelda: Breath of the Wild или Cuphead) используют иной подход. Цвета могут быть упрощены, тени — намеренно преувеличены, нормали — смягчены или искажены для художественного эффекта. Здесь важнее выразительность, чем фотореализм. Тем не менее, этапы UV-развёртки и настройки материала остаются теми же.