От идеи до 3D: как концепт-арт попадает в игру

Как работают моделлеры, и почему 3D-модели могут отличаться от концепт-артов — третья статья из цикла «Арт» для начинающих разработчиков.

Автор: Валерий Букаренко, глава арт-отдела Pixonic. С детства увлекался разработкой игр, графикой и 3D-моделированием. В геймдеве с 2004 года, в основном занимался созданием трехмерной графики.

В этом цикле мы уже рассмотрели, как выбрать визуальный стиль для игры, и зачем нужен концепт-арт. Пора делать внутриигровой арт — то, что игрок будет видеть на смартфоне, мониторе или телевизоре. Но сначала определим, с чего начинается работа над игрой для любого художника — будь то концептер персонажей или 3D-моделлер окружения.

Разработка арта всегда базируется на первом концепт-арте — именно он должен передать настроение будущей игры, задать стиль, показать всю красоту идеи геймдизайнера и зарядить команду энергией.

Арт выше отлично передаёт атмосферу будущей игры. Одинокая фигура бредет из тьмы к свету, но в то же время от тепла ветхой лачуги к холоду. И мы понимаем, что этому человеку предстоит долгий путь сквозь метель к надежде. Одна картинка передает настроение всего будущего проекта, толкает художников делать новый арт, а программистов — писать код.

В дальнейшем этот первичный концепт разбирается на элементы, начинает обрастать деталями: персонаж получает характерные черты, а трудности, которые он должен преодолеть, приобретают формы.

Ответ прост — отдать их 3D-моделлеру или 2D-художнику, в зависимости от проекта. Или заняться моделлингом самостоятельно, если их нет.

С 2D всё немного проще, потому что концепты уже двумерные. Но тут тоже есть свои нюансы — арт должен быть качественно перерисован в финальный вариант, на сценах должны быть выделены интерактивные элементы, часть 2D-арта уходит аниматорам и так далее. Но сейчас мы подробнее рассмотрим ситуацию с 3D-проектом (хотя многие моменты будут справедливы и для 2D).

Теперь ознакомимся с базовыми принципами трехмерного моделирования — это поможет понять суть работы 3D-моделлера, если вы не собираетесь делать объекты самостоятельно.

Сначала — основные термины. Любая модель называется меш (mesh). Меш состоит из полигонов (polygon) или поверхностей/фейсов (face), а у каждого полигона/фейса есть ребра (edge) и вершины (vertex).

В большинстве случаев всё начинается с того, что 3D-моделлер размещает в редакторе референс — например, концепт-арт, который вы сделали по итогам прошлой статьи.

Работа моделлера напоминает работу скульптора, который создает объект, постоянно сравнивая его с 2D-образом. Результат часто может отличаться от концепта (об этом ещё поговорим), но одна из главных характеристик хорошего моделлера — способность точно передать в 3D заложенный образ.

Рассмотрим самые базовые методы. Любую модель можно буквально вытянуть из простого трехмерного объекта. Это называется extrude (выдавливание) — берется простая фигура, наиболее близкая к финальной форме, выбирается любой её полигон или группа полигонов, после чего они «вытягиваются» из модели.

Другой метод — cut (разрезание) — менее простой и немного напоминающий резьбу по дереву. Инструмент разрезает поверхности и создаёт на них новые грани, вершины и полигоны.

Затем моделлер берет каждую точку (вершину) модели и двигает её, чтобы придать правильную форму. Комбинируя перечисленные методы и ещё массу других техник, моделлер получает финальную модель.

За последнее время графика в играх сделала ощутимый шаг в плане качества и реализма. Тут не обойтись без высокодетализированных моделей, а чем больше деталей — тем больше полигонов. Такие модели называют high-poly или высокополигональные модели.

Хорошая высокополигональная модель может состоять из миллионов треугольников. Но если каждая модель в игре будет такого уровня, то типичный компьютер просто не сможет их обработать и одновременно вывести на экран. Поэтому чаще моделлер сначала делает high-poly модель, а потом — её низкополигональную копию, которая называется low-poly. К тому, зачем тогда нужна high-poly модель, мы ещё вернёмся.

Процесс создания low-poly на основе уже существующей high-poly модели называется ретопология. Именно low-poly модели игроки видят в большинстве графически простых игр. В ААА-проектах персонажи, как правило, mid-poly или мiddle-polygons — это примерно по 50 тысяч треугольников на модель. Low-poly — в основном до десяти тысяч, а high-poly — гораздо больше пятидесяти.

Когда 3D-моделлер создает модель в редакторе, она по умолчанию покрыта серым матовым материалом. Material (материал) — это определенные свойства поверхности, по которым человеческий глаз поймет, из чего сделана модель — металл, пластик, ткань, стекло. То есть материал — это, в частности, способность отражать свет, преломлять его и так далее.

Texture (текстура) — это 2D-изображение поверхности 3D-модели. Вы легко отличите серый пластик от серого металла просто по бликам, но они могут иметь один и тот же рисунок на поверхности.

Пример из жизни: обычно ткань плохо отражает свет, зато у неё есть текстура и рисунок. Текстура ткани — это её шершавость (например, парча или мешковина), а рисунок — узор на поверхности. В 3D-моделях и рисунок, и шершавость — это 2D-текстуры, а способность отражать свет и блики на поверхности — это материал.

Чтобы получить красивую модель, мы сначала придаём свойства её поверхности, чтобы она выглядела так, словно сделана из нужного материала — для робота это будет металл. Затем «покрываем» модель текстурой — 2D-картинкой с надписями, основными цветами, камуфляжем и так далее. Все равно, что сначала слепить из серого пластилина куклу, а потом её покрасить.

Чтобы покрыть текстурой 3D-модель, последняя должна быть раскроена в плоскость, ведь текстуры — это всего лишь 2D-картинки. Это называется mapping (мэппинг модели) — создание двумерной развертки трёхмерной модели.

Представьте, что вам надо вышить цветок на плюшевом медведе. Медведь объёмный, а швейная машинка вышивает только на плоскости. Значит вам придётся распороть игрушку по швам и получить её плоскую развертку — ткань, только напоминающую медведя. Вы заправляете эту ткань в машинку, вышиваете цветок на животе, после чего сшиваете швы. Вот так примерно и выглядит работа моделлера на этом этапе — кройка и раскраска плоской текстуры для трехмерного объекта.

После этого модель практически готова.

С их помощью можно сделать так, чтобы низкополигональная модель стала выглядеть как высокополигональная. Это называется baking normal map (запекание карты нормалей) или создание текстуры карты нормалей.

Высокополигональная модель запекается в текстуру для низкополигональной модели. Выглядит это так: выбираете high-poly модель как источник запекания текстуры → выбираете её low-poly копию как приемника → указываете название и размер текстуры → нажимаете кнопку «запекание» (bake).

В этот момент вся детализация с high-poly модели переносится в специальную текстуру, которая сразу же накладывается на low-poly модель. В результате получается текстура, которая называется normal map, и низкополигональная модель начинает выглядеть как высокополигональная, хотя количество полигонов остаётся прежним.

Напоследок о текстурах. Их на модели может быть больше одной: на примере выше это текстура окраски поверхности (diffuse-текстура) и текстура, которая содержит в себе информацию о детализации модели (normal map).

Материалов и текстур на одной модели может быть гораздо больше. Например, чтобы сделать персонажа, в точности похожего на человека, надо воспроизвести несколько материалов ткани для одежды, а также кожу, волосы и глаза. Всё это — разные материалы со своими свойствами отражения света, цветом и шероховатостью.

2D-художник не ограничен никакими рамками, кроме своего таланта. Он может нарисовать любую картину, наполнив её бесконечным числом деталей и источников света, создать любую по сложности и качеству тень. Но моделлер жёстко ограничен в количестве полигонов, материалах и размерах текстур. А значит, их качестве.

Для понимания расскажу, в чем основная проблема проектирования 3D-моделей для мобильных игр. Представьте, что вы делаете игру для владельцев самых разных смартфонов — в том числе с 500 МБ оперативной памяти и слабым процессором. Ограничений тут будет много, и всё нужно учесть. К примеру, модель должна состоять не более чем из 7000 треугольных полигонов, максимальное разрешение текстуры — 1024×1024 пикселя, никаких полупрозрачных поверхностей, и ещё масса нюансов.

Нужно либо искать компромисс между графикой и оптимизацией (быстродействием), либо делать набор одних и тех же моделей разного качества, чтобы игра использовала подходящие в зависимости от устройства. Второй вариант увеличивает стоимость разработки в несколько раз, при этом нужно ещё где-то хранить модели — на мобильном устройстве или выделенных серверах.

Поэтому обычно разработчики ищут компромисс, а более качественные варианты моделей внедряют на поздних стадиях проекта, зачастую после релиза. Поэтому финальные версии персонажей и объектов почти никогда не бывают настолько же хороши, как на концепт-артах.

Для создания 3D-моделей используется множество инструментов. Например, Autodesk Maya или Max, Blender или ZBrush. Моделлеры обычно используют сразу несколько.

В Autodesk Maya, Max или Blender (кстати, бесплатный) можно создать практически любую трёхмерную модель или сцену, настроить свет, создать спецэффекты, анимацию и так далее — это полноценные программы для работы с трёхмерной графикой.

Но есть и более специфичный софт. К примеру, ZBrush и Mudbox специализируются на создании персонажей методом лепки скульптуры, но в них гораздо сложнее сделать прямые и строгие формы — например, механизмы. Поэтому 3D-моделлеры часто используют Max и Zbrush параллельно.

Раньше для создания текстур приходилось использовать исключительно 2D-редакторы, вроде Photoshop. Но в последнее время появились программы, которые позволяют легко текстурировать модель сразу в 3D. Например, Substance Painter или пакет программ Quixel. Теперь можно красить кистью прямо по модели, что сильно ускоряет процесс. А набор готовых кистей и материалов позволяет делать это даже качественнее, чем раньше. Художнику больше не нужно с нуля рисовать ржавый металл на корпусе автомобиля — в программах уже есть нужные материалы. Достаточно «окунуть» в них кисть и нарисовать реалистичную ржавчину сразу по поверхности.

Типичный воркфлоу моделлера:

В прошлых статьях мы уже говорили, что ради экономии можно купить готовые ассеты почти в любой стилистике. С одной стороны, можно сэкономить на моделлере, однако эти ассеты вполне мог купить кто-нибудь ещё. Следовательно. игра уже не будет стопроцентно уникальной.

Для разработчика нет ничего страшнее игрока, который путает его игру с другой. Скорее всего, вы хотите создать такой визуальный образ, чтобы игрок помнил вашу игру спустя годы и мог легко найти её среди тысяч других.

Вспомните BFG — ведь это просто оружие, но любой, кто играл в Doom, представляет его себе как большую чертову пушку, стреляющую зеленым шаром и убивающим все живое вокруг. Или Redeemer — первая управляемая ракета в шутерах. Или Serious Sam с безголовыми, вечно орущими самоубийцами с дымящимися пушечными ядрами в руках. Всё это — образы, которые врезаются в память навечно.

Каждая игра должна быть по-своему уникальной. Даже если игра — это клон другой игры. Иначе игрок просто не обратит на неё внимание или быстро её забудет.

Поэтому ключевой арт всё же лучше делать уникальным вместе с художниками и моделлерами. В крайнем случае можно купить готовые ассеты и модифицировать их до неузнаваемости — это займет меньше времени, но размах фантазии будет ограничен.

В этот раз пункт только один. Возьмите любой из своих концепт-артов и сделайте по нему внутриигровой объект. Сами или отдайте на аутсорс — не важно. Это может быть 3D-персонаж, 2D-локация или какой-нибудь космический корабль. Главное, чтобы объект максимально близко передавал образ, заложенный в концепт-арт, и был уникальным.

А в следующей статье мы выйдем на финишную прямую цикла — будем объединять всё в одной сцене и начнём сбор работ на конкурс. Призом в этот раз будет Limited Edition Kingdom Hearts III PS4 Pro Bundle.

Эта статья — часть нашего большого проекта с vc.ru. Если выполнять все задания, можно — ни много ни мало — научиться делать видеоигры. И выиграть PS4 Pro в конце каждого цикла статей.