Розробка тривимірних персонажів, створення 3d персонажів

Загальна інформація

Тривимірні персонажі - один з головних атрибутів, без якого важко собі уявити сучасні медіа-проекти. Так з чого ж починається розробка таких персонажів і як виглядає процес їх створення?

Ще років 10 тому, цей процес був лінійним і дуже простим. Зараз же він має багато нюансів і особливостей, які в першу чергу визначаються тим, для чого даний персонаж буде використовуватися в майбутньому і до якого типу індустрії він буде мати відношення. Величезну роль в цьому різноманітті технологій і методів розробки тривимірних персонажів зіграло стрімке розвиток комп'ютерної техніки та програмного забезпечення для роботи з тривимірними моделями.

Наприклад, процес створення 3D персонажа для кіноіндустрії, відрізняється від розробки такого ж персонажа для комп'ютерної гри. У той же самий час, навіть в області кіно, один і той же персонаж може створюватися різними способами, в залежності від того, яке завдання він буде виконувати в даному проекті. Тому більш правильним буде визначення основних напрямків медіаіндустрії, де використовуються тривимірні персонажі та ознайомлення з процесом їх створення в кожній галузі окремо.

Як буде видно нижче, багато етапів створення 3D персонажа схожі в тій чи іншій індустрії, а багато в корені відрізняються, але незмінним залишається один етап для всіх напрямок - це ідея і створення образу персонажа.

Створення образу майбутнього тривимірного персонажа

В основі будь-якої тривимірної моделі, в тому числі і персонажів, лежить цікава ідея. Ідею може подати сценарист, режисер, головний художник або сам моделлер персонажів (фахівець зі створення тривимірних моделей персонажів). Як правило, ідея - це словесний опис або чорновий начерк образу персонажа.

Далі за роботу береться художник по концепту (в професійному середовищі - concept artist). Як правило це професійні художники з відповідною освітою, які прекрасно малюють від руки, а так само з використанням графічного планшета. Крім володіння мистецтвом малюнка і живопису, дані фахівці дуже творчі особистості, знання яких далеко виходять за область образотворчого мистецтва. Головне завдання художника по концепту - це розробка візуального образу персонажа. Маючи на руках лише словесний опис персонажа або чорновий начерк, художник повинен пропрацювати його більш детально. Як правило, для початку роблять кілька чорнових начерків, які показують можливі варіанти того, як буде виглядати персонаж. Після цього ці концепти затверджуються керівництвом (режисер, головний художник і т.п.). Коли образ обраний, художник повинен його опрацювати дуже детально з урахуванням особливостей персонажа. Наприклад, таких як: де живе персонаж, в яких умовах, що їсть, чим займається, який у нього характер, який вік і т.д. Коли образ готовий і затверджений, художник по концепту готує додаткові зображення персонажа. Такі як: різні види положення його тіла, різні фази руху, різні види міміки, великі види деталей персонажа (одяг, зброя, амуніція і т.п.). Весь цей матеріал в майбутньому буде переданий на наступний етап виробництва і допоможе створити тривимірну модель персонажа, точно відповідну, намальованому концепту.

Зображення можуть бути як кольорові, так безбарвні. Найголовніше, вони повинні чітко давати зрозуміти що за персонаж намальований і які деталі у нього потрібно буде опрацювати, при створенні тривимірної моделі.

Для створення цифрових малюнків можна використовувати величезну кількість програмного забезпечення, представленого на ринку, причому, як платного, так і безкоштовного, але лідерами є такі програми як Adobe Photoshop і Corel Painter.

Отже, після того, як концепти готові, саме час зайнятися створенням тривимірних моделей персонажів за цими малюнками. Давайте подивимося, як виглядає цей процес в кіноіндустрії.

Кіно і тривимірні персонажі

На самому початку цієї глави хотілося б позначити два напрямки використання тривимірних персонажів, які існую в цій індустрії. Це створення:

• Концептуальних тривимірних моделей персонажів;
• Створення тривимірних персонажів для впровадження в відзнятий кіноматеріал.

Перший напрямок дозволяє створити тривимірну модель персонажа, яка в основному потрібна для:

Другий напрямок вже дозволяє створити фінальну закінчену тривимірну модель, яка буде впроваджуватися, в відзнятий кіноматеріал.

Дуже часто тривимірна модель, яка була створена як концептуальна модель, стає основою для створення фінальної моделі, готової до використання в кіно-проекті.

Отже, при створенні тривимірної моделі для галузі кіновиробництва можна виділити кілька важливих кроків, через які проходить тривимірний персонаж:

• Створення високополігональні моделі;
• Створення тривимірної моделі середньої Полігональний;
• Створення текстур розгорток, текстур і матеріалів для моделі;
• Підготовка моделі до анімації.

Перший крок - це створення високополігональні моделі. Кілька років тому такого етапу виробництва не було взагалі, але з розвитком технічних і програмних можливостей, він став таким же важливим етапом як і інші. Процес створення високополігональні тривимірної моделі ще називають цифровим скульптингом або ліпленням (від анг. Digital sculpting - цифрова ліплення). На даному етапі Моделер (фахівці з моделювання тривимірних моделей) фактично ліплять модель в цифровому середовищі, так само як це роблять звичайні скульптори, працюючи з глиною або гіпсом. Тільки замість рук і пальців цифрові скульптори використовують величезний набір кистей, чутливих до натиснення, що робить процес цифрової ліплення зручним і швидким. Незаперечною перевагою перед створенням скульптур класичним способом є можливість скасування невірних дій і використання частин, раніше створених моделей, в нових роботах. До того ж цифровий скульптинг має можливість без особливих труднощів змінити позу тривимірного персонажа в будь-який моменти роботи, що в скульптурі «аналогової» неможливо.

Головним інструментом для цифрових скульпторів (Моделер) є графічний планшет. Звичайно, можна працювати і мишкою, але тоді ми втрачаємо можливість використовувати чутливість до натиснення, якою володіє планшет.

Основними програмними рішеннями для цього етапу є програми Pixologic Zbrush, Autodesk Mudbox і 3D Coat.

Головна відмінність перерахованих вище програм від класичних програм для створення тривимірних моделей, про які ми скажемо нижче, є можливість створювати моделі, які мають величезну деталізацію (полігонаж, тобто кількість полігонів, невеликих ділянок тривимірної моделі, з яких складається модель). Наприклад, на етапі скульптінга, моделер може створити персонаж з деталізованою опрацюванням рельєфу шкіри! Що буває неможливо зробити іншими засобами моделювання.

Після того, як модель пройшла даний етап створення, вона вже може використовуватися самостійно як тривимірний прототип, а може і передаватися на наступний етап виробництва.

Створення тривимірної моделі середньої Полігональний - другий етап виробництва тривимірної моделі персонажа, необхідний з тієї причини, що результат, який отримано на першому кроці створення, абсолютно не придатний для анімації персонажа. Тому для того, щоб модель в майбутньому могла бути анімована, створюється її спрощена копія. Копія, що має меншу кількість полігонів в своєму складі, що дає можливість аніматорам комфортно працювати з нею в реальному режимі часу.

Відразу зробимо уточнення, що полігон - це невелика ділянка поверхні, що має трикутну, чотирикутну і багатокутну форму. Фактично кожна тривимірна модель персонажа складається з набору полігонів і чим їх більше, тим більше полігональної вважається модель. З одного боку, це збільшує якість моделі, так як великою кількістю полігонів можна передати більше деталей на поверхні моделі, а з іншого, це збільшує навантаження на обладнання, на якому виконується робота з моделлю. Тому кожен з напрямків медіаіндустрії встановлює свої вимоги до тривимірних моделей.

Після того як Моделер отримана високополігональні модель персонажа, він починає працювати над створення моделі, яка має середній полігонаж. Для цього можуть використовуватися будь-які програми, які мають інструменти для роботи з полігональними моделями. Хоча зараз дуже поширена технологія створення спрощених тривимірних моделей, використовуючи для цього поверхню високополігональні моделі. Така технологія називається - ретопологія. Прикладом такої програми може бути ПО Topogun, хоча існують і інші програми, які виконують цю функцію. Дана програма дозволяє створювати і редагувати спрощену модель, «прив'язуючи» її полігони до поверхні високополігональні. Тобто Моделер не потрібно думати про те, чи правильно розташований полігон в просторі, так як він завжди буде знаходитися на поверхні деталізованої моделі. Йому залишається зосередитися тільки на тому, щоб модель мала правильну топологію (тобто щоб розташування полігонів відповідало природним контурам і лініях тіла персонажа, а так само м'язової структурі) і над тим, щоб кількість полігонів у фінальній моделі, відповідало, встановленому технічним завданням .

Після цього етапу фактично модель готова. Точніше сказати готова її сітка, тобто поверхню, що складається з полігонів, але, як правило, цього ще недостатньо, для того, щоб модель можна було використовувати в кіно-проекті.

Не менш важливим етапом, ніж два попередніх, є третій крок виробництва - створення текстурних розгорток, текстур і матеріалів. Цей етап змушує безлику сіру модель, якою вона є після етапу моделювання, виглядати живим об'єктом. Шкіра персонажа стає шкірою, одяг - одягом, зброя і амуніція стають металевими поверхнями. Правильно налаштовані матеріали, або як їх називають в професійному середовищі - шейдери, спільно з створеними наборами текстур, завершують візуальний етап роботи над моделлю. Тепер персонаж готовий і глядачеві чітко зрозуміло хто він такий.

Перед тим, як художник по текстурам приступить до етапу створення необхідних наборів текстур для персонажа, моделер повинен виконати ще один важливий етап - створити текстурні розгортки для моделі. Як ми вже знаємо, тривимірні моделі є моделями, що знаходяться в тривимірному просторі, а текстури, які будуть для них створюватися, це плоскі растрові зображення. Для того, щоб вказати як плоска текстура буде відображатися на поверхні тривимірної моделі, використовуються текстурні розгортки. Вони вказують кожному полігону тривимірної моделі його місце на плоскій текстурі.

Після того, як розгортка готова, приступають до етапу створення необхідного набору текстур. До недавнього часу і цей етап був чітко визначений. За наявними розгортки, художник по текстурам міг намалювати необхідні текстури для моделі, використовуючи фотографії і маніпуляції з ними або ж малюючи все з нуля. Але в останні 5-8 років, з виходом нового програмного забезпечення, цей процес в корені змінився. Тепер художники по структурам малюють необхідні набори текстур прямо на поверхні тривимірних моделей! Це набагато зручніше і ефективніше, ніж старий класичний підхід. Хоча і він зараз теж використовується, але все ж, стосовно тривимірним персонажам, нова течія досягає гарних результату набагато швидше. Програмними рішеннями для виконання такого завдання є програми: The Foundry Mari, Autodesk Mudbox, Pixologic Zbrush, Pilgway 3dCoat і Maxon BodyPaint 3D.

Як правило, для тривимірних персонажів створюється не одна текстура, а цілий набір текстур. Це викликано тим, що різні текстури використовуються для передачі різних властивостей моделі. Наприклад, текстура кольору зазвичай створюється завжди, так як вона дозволяє визначити, які частини моделі, який колір або фактуру матимуть. Не менш важлива текстура шорсткості (bump). Вона допомагає поверхню моделі зробити рельєфною. Наприклад, складки на шкірі або шрами. Все це матиме обсяг, завдяки цій текстурі. Крім цього дуже часто використовуються такі типи текстур як: карта нормалей, карта рельєфу (displacement), карта відблисків (specular), карта підповерхневого розсіювання (sub-surface scattering, дуже важлива карта для настройки реалістично виглядає шкіри персонажа), карта прозорості (alpha) і багато інших.

Надалі готовий персонаж вирушає до відділу анімації, де в нього «вдихнуть» життя і змусять зіграти відведену йому роль в проекті.

Насправді, в інших галузях медіаіндустрії, етапи створення персонажа відрізняються лише частково. Тому ми не будемо так детально їх розбирати, а просто скажемо про відмінності цих процесів в тій чи іншій галузі.

Телебачення і тривимірні персонажі

• Створення тривимірної моделі середньої Полігональний або нізкополігональних моделі;
• Створення текстур розгорток, текстур і матеріалів для моделі;
• Підготовка моделі до анімації.

Після отримання нізкополігональних моделі або моделі середньої деталізації, вона проходить через процес згладжування і дроблення сітки (полігонального каркаса). В результаті цього кроку, тривимірна модель перетворюється в високополігональні модель, що має гарні плавні форми. Цей етап виконується перед самим процесом рендеринга (візуалізації), коли тривимірна сцена стає плоским зображенням.

Стиль анімації для таких персонажів, як правило, теж відрізняється від реалістичної анімації, необхідної для виробництва кіно. Аніматори намагаються більше використовувати «мультяшних» анімацію, ніж реалістичну. У такій анімації присутні неприродні для людини зміни форм тіла і кінцівок. Це ще більшою мірою робить персонажа мультиплікаційним героєм.

Тривимірні комп'ютерні ігри і персонажі

Сучасні тривимірні комп'ютерні ігри активно використовують тривимірних персонажів. Головні герої, особливо в іграх від третьої особи - це найкращий приклад використання тривимірних моделей персонажів. У той же самий час і другорядні герої або навіть просто жителі ігрового світу теж є персонажами, зробленими засобами тривимірної графіки. Сучасні ігри не можуть обходитися без персонажів! Тому для їх створення використовується свій процес. Він дуже схожий на процес виробництва тривимірних моделей для кіно, але з однією важливою відмінністю - тривимірні моделі для ігор створюються нізкополігональних моделями, тобто моделями, що мають невелику кількість полігонів в своєму складі. Це обумовлено тим, що дві попередні галузі використовують графіку, яка проходить процес візуалізації (рендеринга) у вільному режимі, тобто один кадр з персонажем може прораховуватимуться в часі стільки, скільки буде потрібно. Це можуть бути хвилини, години або навіть дні. У той же самий час, комп'ютерна гра відбувається в реальному режимі часу, тобто користувач (гравець), натиснувши кнопу, хотів би бачити результат цієї дії негайно. Він не стане чекати години, поки його персонаж зробить якусь дію. Для того, щоб комп'ютерна гра відповідала на ваші команди миттєво, потрібно встановити якесь обмеження на кількість полігонів для всіх тривимірних моделей, які наповнюють ігровий світ. Саме з цієї причини в комп'ютерних іграх використовуються нізкополігональних тривимірні моделі персонажів.

Процес виробництва персонажа для ігор виглядає наступним чином:

• Створення високополігональні моделі;
• Створення нізкополігональних тривимірної моделі;
• Створення текстур розгорток, текстур і матеріалів для моделі;
• Підготовка моделі до анімації.

Високополігональні модель потрібна для того, щоб по її поверхні створити нізкополігональную модель і для того, щоб зняти з неї інформацію про рельєф моделі і перенести цю інформацію на спрощену модель, використовуючи текстури.

Останньою сферою медіаіндустрії, де використовуються тривимірні персонажі, є виробництво тривимірних анімаційних художніх фільмів.

Анімаційні фільми і тривимірні персонажі

Тому відмінних від інших галузей програмних рішень або технологій виробництва в даній галузі немає. Головна особливість таких фільмів - це цікавий сценарій (цікава історія) і живі персонажі з характерами.