Персонажи для топовых компьютерных игр создаются по одному и тому же алгоритму, который называют пайплайном.
Он настолько универсален, что его используют абсолютно все. Не важно, в каких программах ты работаешь, и на каком движке написана игра, суть пайплайна не меняется.
Intro: Что такое ААА-пайплайн?
С каждым годом всё больше выходит игр с миллионнами долларов на разработку. Например, бюджет на разработку игры GTA5 был около 265 млн $. Игры такого масштаба называют «ААА-играми».
Разработчикам ААА-игр любой ценой необходимо оправдать ожидания игроков. Отсюда вытекают крайне высокие требования в том числе к 3D моделям.
Чтобы моделить круто и в огромном количестве, появился ААА-пайплайн (pipeline в переводе с английского можно перевести как «конвейер»; дословный перевод «путепровод»).
Пайплайн — это несколько последовательных этапов разработки модели, связанных друг с другом, которые на выходе дают оптимизированного персонажа для игры с максимальным качеством и выразительностью.
В него входят и художественные этапы, где ты делаешь арт, и технические, необходимые для игрового движка.
ААА-пайплайн — это продукт эволюции, который появился за многие годы разработки топовых компьютерных игр.
Не забывай, что компьютерная игра — это не просто крутые модели.
Запуская игру, игроки переносятся в новый мир. На ААА-проектах топовейшие арт-директора работают над тем, чтобы создать свою игровую вселенную. С определёнными эмоциями, со своими законами и правилами.
Знание пайплайна поможет тебе замоделить всё, что ты хочешь, с учётом особенностей игрового движка. Из моделей собирается игра, а она переносит сознание игроков в новый мир. Поэтому знание пайплайна в хороших руках — больше чем просто алгоритм.
Твоя задача — сделать арт, обеспечив необходимый уровень художественной выразительности, а не просто замоделить что-либо.
Каким бы не был крутым персонаж, если он не впишется в «игровую вселенную» проекта, его никогда не засунут в игру.
Отсюда вытекает следующая мысль: Арт-директора ждут не просто арт.
Им нужен персонаж, который попадёт в заданную проектом стилистику.
Поэтому, работая по пайплайну, не забывай, что помимо кнопок — у тебя есть 2 важных задачи:
- Передать выразительность,
- Попасть в стилистику.
В нашем цикле про пайплайн ты пройдёшь весь путь от понимания концепта до скульпта, технических этапов, текстур и анимации.
Но следуя по пайплайну, не забывай, что ты, прежде всего, художник.
Готов приступить к изучению этапа пайплайна?
Поехали! Круто, что ты с нами!
Этапы пайплайна
Как ты уже знаешь, в пайплайне есть как художественные, так и технические этапы.
Этапы идут последовательно — один за другим.
И они никогда не пересекаются.
Работая в студии, ты делаешь первый этап, его проверяют, если всё ок — идёшь дальше. Никогда не будет такого, что ты делаешь одновременно 2 или 3 этапа.
В производстве персонажей это выглядят следующим образом:
- Скульпт
- Ретопология
- Развёртка
- Запечка
- Текстуры
- Риг
- Анимация
- Сборка в игровом движке
Важно отметить, что часть этапов в крупных студиях делают отдельные люди. Например, кто-то делает только риг или только анимацию.
Мы разберём весь пайплайн от получения концепта до анимации.
И добавим этап с подачей, который вообще не обязательный.
Итак, точка «А» — скульпт твоего персонажа
Точка «B» — технические этапы,
Точка «C» — покраска модели,
Финальная точка — её анимация.
Именно в таком порядке!
Не забывай, что один заваленный этап пайплайна может запороть все последующие, и, как следствие — всю модель целиком.
И помни, что пайплайн никак не привязан к программам.
Его принципы универсальны везде.
Теперь давай переходить к первому этапу!
Этап 1: Скульпт (highpoly)
У пайплайна по персонажам есть свои особенности.
Если ты моделишь персонажа для игры, то первый этап — почти всегда именно скульпт.
Его в 99% случаев делают в программе Z-Brush, но есть еще mudbox, 3d coat и другие софтины с инструментарием для скульпта.
Программа работает следующим образом — ты лепишь персонажей из «цифровой глины».
Внутри программы твоя модель также состоит из вертексов и полигонов, но его сетка настолько плотная, что ты можешь лепить из него всё что угодно, как из куска пластилина.
Но не торопись, на самом деле нельзя взять и начать скульптить персонажа.
Перед тем, как начать создавать формы, необходимо решить 2 важных задачи - определиться со стилизацией и собрать референсы.
Концепт персонажа
Обычно, если ты моделишь для крупного проекта, концепт-художник пришлёт тебе финальный одобренный концепт-арт персонажа.
Кстати, нашу модель мы сделали просто из головы. И замоделили в очень популярном стиле, чтобы на её примере можно было пройти весь пайплайн и узнать много нового.
Частая ошибка начинающих моделлеров заключается в том, что они слишком буквально воспринимают концепт-арт. И начинают моделить один-в-один.
До того, как ты начал моделить, тебе необходимо понять, что художник на самом деле имел ввиду. Твоя задача — реализовать идею концепта в 3D.
Например, если это броня - пойми как она устроена, собери картинки (референсы) в интернете.
Про то, как правильно собирать референсы и понимать концепт-художников будет написано очень подробно в следующей статье.
Стилизация персонажа
Как ты помнишь, твой персонаж должен быть не только круто замоделен, но и органично вписываться в проект.
Почти ни в одном проекте нет 100% реализма. Всё в той или иной мере стилизовано. Поэтому обязательно изучи свой проект, пойми стилистику и начинай «лепить» своего персонажа.
Чтобы ты не запутался, и не замоделил что-то странное, есть ещё один важный момент.
Начинай моделить с крупных форм, потом переходи к средним, а только в конце переходи к деталям!
4 рида у стилизованных персонажей
Для облегчения работы со скульптом, этапы его производства делятся на 4 рида. Четвёртый рид относится к высокой детализации, поэтому мы его использовать в нашем случае не будем.
Первый рид — базовая форма и силуэт
Второй рид — внутреннее наполнение и большие детали
Третий рид — маленькие детали и нюансы анатомии
Риды могут плавно перетекать из одного в другой.
Четвёртый рид — это финальная детализация материалов и поверхности. Включает в себя поры, морщины, мелкие трещины. Он используется в основном для реалистик персонажей. Чтобы ты не запутался в их нюансах, мы будем моделить именно стилизацию.
Надеюсь ты понял, какие задачи необходимо решить на первом этапе пайплайна — скульпте.
В конце этого этапа наш персонаж выглядит вот так:
Откуда берутся технические этапы?
Всё круто, персонаж уже похож на персонажа, не хватает только текстур и анимации.
Но есть ряд моментов.
Как ты уже знаешь, твой персонаж на этапе скульпта состоит из полигонов, соединённых друг с другом.
Давай посморим, сколько полигонов у нашей модели:
Господи, там 7,2 миллиона полигонов!
Обычно, в ААА-играх на проектах, на которых мы работали, стояло ограничение на 40 000 — 80 000 полигонов.
Вопрос, куда деть остальные 7,15 миллионов :) Ведь удалять ничего не хочется.
Есть и ещё один момент. Открой любую программу для текстурирования, например, Substance Painter, и засунь в него скульпт модели.
Ты быстро поймёшь, что ничего не откроется. Программа крашнется.
Если ты загуглишь, то быстро поймёшь, что корень проблемы лежит в том, что программы для текстурирования, как и игровые движки с трудом переваривают огромное количество полигонов. Такая модель будет неюзабельной.
Теперь ты понял, что у нас есть потребность в том, чтобы оптимизировать модель для игры и при этом не потерять качество. Просто засунуть модель напрямую из скульпта в игровой движок у нас не получится. Либо не потянет комп, либо игра будет жутко тормозить.
Для этого в пайплайне предусмотрен ряд действий, которые позволяют тебе перенести детали с высокополигональной модели на модель, которая подходит для игрового движка. В этом и заключается суть первого технического этапа — ретопологии, в процессе которого ты создашь низкополигональную модель специально для игрового движка.
Идут технические этапы всегда в таком порядке:
- Ретопология — мы создаём новую модель, которая соответствует требованиям игрового движка, сокращая количество полигонов в сотни и тысячи раз. Если скульпт модели называется highpoly, то мы сделаем lowpoly модель.
- Развёртка — это твоя модель в UV пространстве, развёрнутая на плоскость. Она очень напоминает выкройку под одежду, как по функции так и по производству. После того как твоя модель развернута в 2D пространстве, на нее можно будет печь, проецировать и врисовывать необходимые текстурные карты.
- Запекание — это достаточно непростой этап для новичков. Это как раз тот процесс проецирования (переноса) детализации с высокополигональной модели на низкополигональную. Мы постараемся всё очень доступно расписать, чтобы ты понял принцип работы на всю жизнь.
А потом, когда мы закончим с техническими этапами, мы добавим сочные текстуры и сделаем анимацию.
Будет круто! Итак, начинаем технические этапы мы всегда с работы с сеткой. Приступаем!
Этап 2: Ретопология
Наша задача - убрать 7 с лишним миллионов полигонов.
Такая упрощённая модель называется в трёхмерке lowpoly.
Нам понадобится любая программа для 3D моделирования. Это может быть Maya, Blender, 3Ds Max или любая другая, например, Topogun (софт специально для ретопа) на твой вкус.
Лично мы используем Maya, но принцип работы универсален.
Есть функция Decimation, которая позволяет перенести скульпт с миллионами полигонов из Z-Brush в другую программу для 3D моделирования. С помощью этой функции Z-Brush грубой силой уменьшает полигонаж в несколько раз, например до 1 миллиона, чтобы модель можно было открыть и удобно вращать в любом 3д редакторе.
По сути дела, мы просто берём Maya, и рисуем поверх нашей модели новую сетку, в которой гораздо меньше полигонов. А все совсем мелкие детали мы опускаем. Почему? Потому что на этапе запечки мы сможем всю детализацию из скульпта наложить через Normal Map. Про то, как это работает, ты узнаешь очень скоро.
Мы берём персонажа, создаём абсолютно новую, упрощённую сетку.
Но так, чтобы мы не потеряли силуэт и пропорции.
Давай посчитаем, сколько получилось полигонов:
Итак, на прошлом этапе у нас был скульпт с 7 миллионами полигонов. Сейчас их чуть меньше 18 тысяч. Игровой движок будет очень рад такой оптимизации.
Это и есть этап ретопологии! Звучит просто, но есть целый ряд нюансов, о которых ты узнаешь в отдельной статье.
Упрощённая модель у нас уже есть, так что можно идти дальше!
Этап 3: Развёртка
Программам для текстурирования и игровым движкам нужна развёртка, чтобы понять, как на неё наложить текстуры. Помнишь оригами? В нём ты берёшь плоский лист бумаги и делаешь из него объёмные формы.
Так вот, на этапе развёртки всё наоборот. Ты берёшь 3D модель и переносишь её на плоскость.
Делается это далеко не всегда руками. Есть автоматические функции, которые упрощают работу.
И тут тоже целый ряд нюансов. Это и чекер, и потяги на развёртке, и тексель с паддингом, и многое другое.
Кстати, развёртка делается не на скульпт, который был на первом этапе, а на упрощённую модель, которую мы сделали на этапе ретопологии. Поэтому, согласно пайплайну, делай этапы один за другим, все они связаны между собой.
Развёртка нашего персонажа выглядит вот так:
Этап 4: Запечка
Готовься, если ты не знаешь, что это такое, то будет много нового.
Свет в компьютерной игре — математическая абстрация. Это не реальные фотоны света, которые отражаются от поверхности, а математические формулы. Зная то, как они работают, ты можешь добавить кучу деталей на лоуполи модель, не создавая лишних полигонов.
Есть старый проверенный трюк. Для него тебе нужна лоуполи модель (которую мы делали на этапе ретопологии) и Normal Map. Подробнее про запечку будет в отдельной статье, но сейчас давай разберёмся с основным принципом работы.
Представь что у тебя есть такая деталь с кучей элементов:
А теперь замодель просто куб без каких-либо деталей:
То есть у нас есть «обычный куб» и «куб с деталями».
Трюк в том, что если на «обычный куб» наложить Normal Map взятый из «куба с деталями», то в игре куб будет выглядеть также как детализированный. Хотя в нём всего 8 точек, просто Normal Map меняет поведение света, и обычный куб отражает его так, как будто на нём есть куча деталей.
То есть, на этапе запечки, мы переносим детализацию из высокополигональной модели на низкополигональную.
В нашем случае, для создания стилизованного персонажа, на этапе запечки мы переносим детализацию со скульпта на lowpoly модель, которую делали на втором этапе пайплайна.
Смотри, вот так выглядит наша упрощённая модель персонажа до этапа запечки:
А когда мы «запекаем» детализацию со скульпта и переносим её на упощённую модель, получаем следующий результат:
Такая технология позволяет сэкономить целую кучу полигонов!
Так делают всегда, работая по ААА-пайплайну, поэтому запечка — один из его этапов.
Вкратце этот процесс никак не объяснить, придётся узнать про то, что такое вертекс нормали, как правильно делать запечку и многое другое. Поэтому в статье с техническими этапами мы расскажем всё максимально подробно.
На этапе запечки необходимо создать несколько карт, которые будут нужны на следующем этапе:
Как только запечка завершена, можно смело переходить к текстурам!
Этап 5: Текстуры
Сначала тебе нужно настроить базовые материалы и маски.
А затем — покрасить модель текстурами.
Очень часто для текстурирования использую программу Substance Painter.
На этом этапе мы просто красим нашу модель.
Готовая модель нашего персонажа с текстурами выглядит вот так:
Мы почти закончили, осталось всего 2 этапа, так что идём дальше!
Этап 6: Риг и скининг
Риг и скининг — это ещё один непростой технический этап.
Без рига твой персонаж выглядит для программы как куча полигонов.
Для анимации персонажа, ей нужно понимать, на что он будет «опираться».
Риг — это невидимые «кости» твоего персонажа.
А уже на этапе анимации ты будешь двигать именно их.
Условно, этот этап состоит из 2х частей:
1) Создать скелет персонажа — это называется ригом.
2) Нужно привязать этот скелет к твоей модели — этот этап называется скининг.
Риг и скининг можно делать в любом большом 3д редакторе, но мы для этой работы предпочитаем 3Ds Max. Не потому что он лучше или хуже, просто мы работали на проектах, для которых надо было сдавать риг и скининг в 3Ds Max.
Вот так выглядит риг нашего персонажа:
Как ты уже знаешь, в студиях часто есть отдельные люди, которые занимаются только ригом. Если ты моделлер, ты просто передаёшь им свою модель, они делают риг за тебя. Тем не менее, мы считаем, что крайне важно уметь делать риг самостоятельно.
Если умеешь делать риг — во время моделинга ты будешь учитывать целый ряд моментов, чтобы ригеры и аниматоры тебя потом не проклинали.
Как только риг готов, можно создавать анимацию!
Этап 7: Анимация
Есть несколько самых распространённых видов анимации персонажей:
— Безделье (idle)
— Походка
— Атака
— Смерть
Анимация — финальный этап пайплайна, но это ещё не всё.
Потому что твою модель необходимо экспортировать в игровой движок.
Этап 8: Сборка в игровом движке
Мы берём нашу готовую модель и экспортируем в игровой движок.
Нужно понимать, что игровые движки — это большие, тяжёлые программы.
В случае, если мы хотим сделать сочный скриншот модели для портфолио, мы используем программу Marmoset, которая является простым реалтайм рендерщиком. Это как игровой движок, только проще и специально для художников. Игру в нем не сделать, зато получится наделать крутых кадров.
Для скриншота нужно сделать следующее:
- Создать сцену, закинуть в неё модель с текстурами.
- Настроить все материалы внутри программы.
- Настроить освещение для сцены.
- Можно также добавить небольшие предметы окружения
- Сделать красивый рендер