Запекание текстур. Baking
Baking, или запекание текстур — это процесс получения информации от high-poly модели и создание на ее основе текстурных карт, которые перенесут эту информацию на low-poly модель при помощи её UV развертки. Это часть процессов оптимизации моделей для игр, и она очень важна, так как это хороший способ сохранить внешний вид модели при меньшей нагрузке на движок во время рендера и на игровые компьютеры/девайсы игроков. Давайте разберемся с тем, как происходит этот процесс.
1K показов
1K открытий
Подготовка к запеканию
Простая High-Poly модель
Она состоит из двух крупных элементов — куба, и параллелепипеда. Так же на ней есть элементы поменьше — заклепки и болты. Все они достаточно детальны и имеют фаски.
Floaters. Парящая (летающая) геометрия
Обратите внимание на маленькие элементы модели — они являются отдельными и размещены над поверхностью куба. Эти элементы называются floaters — иначе говоря парящая геометрия (или летающая, суть от этого не меняется). Обычно это заклепки, болты и схожие с ними по габаритам элементы. Это довольно универсальная техника и после некоторой практики вы увидите, как много элементов можно запечь таким образом.
Из статьи про Averaged normal мы уже знаем как работают нормали при запекании — процесс напрямую связан с их направлением. В случае с парящей геометрией на плоскости, она будет запечена по направлению нормалей Low-Poly этой плоскости. Далее мы увидим это на примере. Парящая геометрия это важный инструмент, его применение ускорит вашу работу. Гораздо проще сделать подобный элемент отдельным, а не врезать его в остальную модель. Но как и всегда — все зависит от конкретной ситуации.
На примере видно, что каждый элемент находится на некотором расстоянии от поверхности и имеет отступы параллельные этой поверхности. По этой причине на виде сверху они выглядят так, будто врезаны в куб и не имеют видимой границы, при условии если их vertex нормали идентичны. И, соответственно, также будут выглядеть на карте нормалей.
Еще пара моментов, на которых стоит заострить внимание:
Размеры фасок — скосов и закруглений модели. Узкие фаски будут плохо читаться после запекания и стоит делать их пошире, часто фаски стоит утрировать — делать больше чем на реальных объектах. Крупная фаска делает модель более читаемой на расстоянии, лучше отделяет друг от друга отдельные части целой модели.
Скосы геометрии — модель может иметь выступающие элементы и углубления — если делать такие элементы под прямым углом относительно плоскости, из которой они выходят, то в результате они плохо запекутся и не будут читаться.
Пример разного типа фасок
Обобщенный пример того, как делать не надо и к чему стоит стремиться.
В остальном при создании high-poly для запекания надо ориентироваться на ее внешний вид и правильность топологии. Также важно стараться с самого начала закладывать в ее форму будущую low-poly модель, прикидывать что и как вы будете запекать и, в дальнейшем, красить. С опытом вы начнете лучше понимать такие детали и рабочий процесс станет проще и быстрее.
На этом закончим с High-Poly, далее нам необходима Low-Poly модель, которая примет на себя информацию при запекании.
Как видите, разница с high-poly большая. Давайте разберемся с ней и поймем, почему она так выглядит и в чем заключалась подготовка к запеканию. Мы не станем касаться тонкостей создания геометрии low-poly, это тема для отдельного разговора. Предположим, что мы уже провели основную работу и сосредоточимся на последних этапах.
Важный момент готовой low-poly — это ее UV развертка. От того как вы ее сделаете будет полностью зависеть финальный результат запекания и внешний вид модели. Также это полезный инструмент для оптимизации модели и упрощения работы с ней. На деле ее функционал в разы шире, но в этот раз нас интересует запекание.
UV развертка
По сути, UV развертка это набор плоскостей составляющих вашу Low-Poly, развернутых и размещенных в 2D пространстве по определенным правилам. Хороший пример — это разобранная картонная коробка. Оси этого пространства называются U и V. U — горизонтальная ось, V — вертикальная.
UV развертка позволяет корректно проецировать на модель текстурные карты учитывая ее геометрию. Этот процесс называется Mapping. Именно UV развертка отвечает, в частности, за корректное запекание с High-Poly и формирование правильных финальных текстурных карт. Сам процесс UV развертки достаточно индивидуален и понимание деталей приходит с опытом. Суть UV в следующем.
Оранжевая рамка это область UV пространства — квадрат разбитый на 16 клеток, в нижнем левом углу точка начала координат, или 0. Его стороны задаются стандартным разрешением — 1024х1024, 2048х2048 и.т.д.
Разрешение UV пространства определяет разрешение текстуры на UV развертке. Внутри этого пространства размещаются те самые элементы развертки. Когда UV пространство доходит до краёв от 0 до 1 — происходит повторение и новый отсчет от 0 до 1. На схеме это серые клетки по краям. Таким образом UV пространство дублируется до бесконечности во всех направлениях. Это называется tiling, повторение — текстурные карты в каждом таком дубликате будут повторять изначальное UV пространство. С этим связана такая возможность, как применение бесшовных (тайловых) текстур, но об этом в другой раз. В этот раз мы поговорим о таком использовании UV пространства как overlap (перекрытие). Это напрямую касается запекания и подготовки к нему.
Посмотрим на схему — на UV есть часть текстуры (квадрат). Под воздействием повторения она будет копироваться до бесконечности во всех направлениях и находиться точно на том же месте. Это дает нам возможность схитрить при создании Low-Poly.
Предположим, что у нас есть некий относительно крупный элемент имеющий отдельную low-poly с готовой разверткой.
Теперь предположим, что у нас есть два таких элемента и они совершенно одинаковы. Эти элементы можно запечь вместе и при этом сэкономить место на UV.
Каждый из них имеет свою развертку и каждая из них занимает индивидуальное место в квадрате 4х4. Как мы помним — это пространство ограничено от 0 до 1, и начинает повторяться. Следовательно, мы ограничены в количестве индивидуальных мест. Как при переезде при всем желании не получится запихать все в одну коробку, так и в случае с UV не получится разместить в один сет все, что захочется. Overlap — это способ, который позволяет при запекании (и в дальнейшем) переиспользовать текстурное UV пространство с одного объекта на другой или с одной стононы объекта на другую. Overlap помогает экономить место на UV. Чтобы применить Overlap, надо совместить развертки элементов точка в точку.
На примере видно, что выделен один куб, он станет копией. Его развертка накладывается на развертку исходника. Overlap сработает, так как эти элементы соответствуют друг другу на 100%. Важно, чтобы все стороны и их ориентация на UV совпадали — верх с верхом, правая с правой и.т.д.
После того, как вы убедились что все совпало — надо выделить и сместить развертку копии на соседнее UV пространство (по факту на любое — верх, низ, левое, правое, лишь бы не основное), иначе запекание пройдет некорректно, так как оба элемента будут восприниматься как главные и конфликтовать. Важно, чтобы развертка копии заняла точно тоже место, что оригинал. В maya (UV editor) смещение делается стрелками клавиатуры, это позволяет правильно сместить UV одним нажатием. Если вы верно совместили UV и не забыли отбросить копию, то запекание пройдет корректно, а копия примет на себя информацию исходника. А теперь представьте, что таких копий может быть 5-10-20, все они могут быть наложены на все тот же первый исходник, отброшены на соседний квадрат и будут принимать на себя информацию исходника, но при этом место на UV по итогу будет занимать только исходник. Выглядит сложновато, но на деле все не так страшно, достаточно немного практики.
Еще один важный момент, который стоит учитывать при создании UV, это padding (отступы).
На примере видно, что в UV пространстве есть 4 шела UV развертки — расстояния между ними отмеченные пунктиром, это и есть отступы (Padding). Важно соблюдать их. Отступы влияют на то, как будут вести себя текстурные карты. Если не соблюдать отступ от общих границ UV развертки, то при запекании в этих местах будет артефакт. Если не соблюдать отступы между UV шелами — края UV шелов будут наползать друг на друга в определенных ситуациях. Хуже всего, если они будут залезать друг на друга, это 100% даст артефакт. Просто надо строго взять за правило, что всегда в любой ситуации должны быть отступы не менее 4 px между UV шелами и от границ UV развертки, а по хорошему чуть больше и это расстояние всегда должно быть на первом месте при компоновке, пренебрегать им не стоит.
Texel density. Разрешение UV пространства
Ранее мы коснулись темы разрешения UV пространства и его влияния на развертку. Параметр Texel Density является численным значением количества пикселей на единицу UV пространства. В нашем UV пространстве стороны 4х4 метра, итого 16 квадратов 1х1 метр. Заданы распространенные значения — разрешение 2048х2048, тексель 512px на единицу (в нашем случае метр). 512*4(метра в стороне)=2048 — одна сторона. Тексель распределяется равномерно. Вот чем это важно для процесса запекания — разрешение UV пространства влияет на то, какое разрешение текстур будет на запеченной Low-Poly. И это может как принести проблем, так и помочь в работе.
Существует такой инструмент как Checker — по сути это эталонная текстура-шаблон, по которой можно проверить равномерность текстуры на модели.
На примере куб с готовой UV разверткой, на ней установлен тексель 512px/m2. Включенный Checker позволяет увидеть как эта текстура выглядит на модели — как видите, размеры текстуры совпадают по всем сторонам.
Вручную уменьшим размер двух шелов UV развертки — обратите внимание, что модель осталась прежней, уменьшены именно UV шелы. На кубе видно разницу — на двух полигонах изменился размер текстуры. Это как раз то, за чем также необходимо следить при создании UV развертки — шелы UV должны соответствовать значению тексель и быть одинаковы по масштабу относительно друг друга. Но есть исключения. Если вы будете пытаться запечь мелкий элемент на вашей модели, то скорей всего на нём практически ничего не будет видно. Это можно компенсировать принудительно увеличив его UV шел на развертке. Но главное с этим не перестараться. Еще одно исключение, а скорее правило — во многих моделях есть более заметные и менее заметные участки модели. Пример — оружие от первого лица, в нем Texel Density на элементах ближних к камере (задняя часть оружия) будет выше чем, например, на нижней части, которую игрок чаще всего не видит, либо видит мельком. И в этом суть — за размерами UV шелов нужно следить и настраивать при необходимости. Для начала достаточно просто следить за верным Texel Density и не давать мелким элементам съедаться, а понимание придет с опытом.
Итак, мы разобрали несколько важных моментов, которые обязательно стоит учитывать и проверять на финальных этапах подготовки Low-Poly. Рассмотрели ряд примеров, узнали как оптимизировать модель на этапе UV развертки. Самое время вернуться к примерам с которых мы начали, и запечь их учитывая все изложенное выше.
Теперь можно разобрать low-poly понимая логику, по которой она готовилась к запеканию. Изначально модель была цельной и развернута на отдельные элементы.
Как видите, занято очень много места, больше половины. Иногда это необходимо, ведь элемент может быть центральным, важным и требовать больше детализации и уникальности. Но чаще всего в этом нет большой необходимости, а уникальности можно достигнуть разными путями. Поэтому в случае примера будет применен уже знакомый вам overlap, но по несколько иному принципу, хотя в конечном итоге точно такой же. Отличие будет в том, что мы применим overlap внутри модели, а не от одной к другой. Это было учтено при создании high-poly — в ней все сделано симметрично, с учетом того что будет overlap слева направо.
Для этого оба элемента были разрезаны строго по середине, это дало разрез на UV. Развертка с копией — красная половина, была совмещена с разверткой исходника — синей половиной. Красная половина была в процессе отзеркалена, это важный момент, который влияет на корректное совмещение двух половин и отражение текстур слева направо. Как уже говорилось выше — каждая сторона должна совпадать с исходником как по периметру, так и по ориентации. Сам объект при этом остается цельным, просто с петлей эджей в центре.
В результате мы получаем более оптимизированную развертку, она занимает гораздо меньше места, а при покраске приятным бонусом будет, то что надо будет покрасить только одну половину объекта и свести стык по центру. Обратите внимание, что на развертке соблюдены отступы. Как видите, этот процесс полностью идентичен примеру с кубами и подчиняется тем же правилам. А индивидуальные способы применения и научитесь видеть со временем и практикой.
Еще один момент который важно учитывать — это совмещение High-poly и Low-poly. Они должны максимально совпадать по габаритам. Обычно это хорошо видно если присвоить моделям разные материалы, которые будут иметь разные цвета. Также это можно контролировать через режим Wireframe.
И, собственно, если High-Poly выглядит приемлемо, а Low-Poly подготовлена на финальных этапах, то можно их запекать. Перед этим не забудьте еще раз все посмотреть, накинуть на High-Poly Subd (что это, можно узнать в статье про топологию), чтобы финально увеличить её детализацию, а на Low-Poly поставить правильно группы сглаживания и выполнить триангуляцию, так как лучше сделать это вручную, а не доверять автоматической триангуляции движков во избежание случайных конфликтов и артефактов.
Запекать модель будем в Marmoset Toolbag, так как это удобная, современная и легкая для понимания программа. Суть запекания везде остается одинаковой. Чтобы получить текстурные карты, необходимо по-отдельности экспортировать Low-Poly и High-Poly. Подойдет формат obj, если вы пропекаете модель без ID Map. При экспорте, этот формат содержит только геометрию, один материал и один UV Set. Далее открываем Marmoset и создаем в нем Bake Project. В него помещаем свои объекты, там все подписано. Важно с самого начала следить за именами своих файлов, так как это поможет вам не запутаться. Также в Marmoset есть удобный функционал, который позволяет загружать модель одним файлом и автоматически распределять сразу по нужным Bake группам High-Poly и Low-Poly модели, но для этого вам потребуется уже FBX формат и правильный нейминг ваших моделей в Outliner вашего софта, в котором вы работаете.
После этого нам понадобятся настройки запекания. Эта панель отображается, если нажать на Bake Project. В ней мы можем настроить параметры для запекаемых карт. Выбрать, собственно, какие карты будем печь, задать путь по которому будут сохранены карты бейка и провести общую настройку финального результата. Коснемся основных функций, которые точно надо будет настроить для запекания.
Samples — определяет качество сглаживания текстур. Тут все просто — чем выше значение тем лучше (но не всегда нужно), и тем дольше может идти процесс запекания.
Soften — применяет “смягчающий” фильтр к текстурам. Это позволяет сделать более плавные переходы плоскостей и скрыть некоторые недостатки. Обычно хватает небольших значений от 0.05 до 0.1. Можно пробовать разные результаты и смотреть разницу исходя из конкретной ситуации.
Padding — определяет, насколько запеченное содержимое может выходить за границы UV элементов. Это необходимо, в частности, для правильной работы Mip-Mapping — изменения детализации текстуры при увеличении расстояния до нее от камеры. Обычно хватает стандартных значений.
Разрешение текстуры — собственно, разрешение финальных текстур. Всегда кратно двум и максимальное будет 8192х8192. Выбираем в зависимости от задач и потребностей. Частым вариантом является 2048х2048, его и возьмем.
Еще необходимо указать путь для сохранения текстур. Примечание — Marmoset не воспринимает кириллицу, поэтому все файлы и папки надо подписывать латиницей.
Внизу панели находится список текстур отмеченных для запекания. Это очень обширная тема, мы не будем касаться её в этот раз. В текущей ситуации нам понадобятся карты Normal и AO (Ambient Occlusion), их хватит для просмотра финального результата. Для дальнейшей работы с моделью, в частности её окраски, понадобятся еще несколько карт.
Также в верхней части панели есть кнопки для скрытия\отображения High-Poly и Low-Poly, отображения результата запекания. Важно — при загрузке и распределении моделей по группам High-Poly по умолчанию скрыты.
Итак. Все правильно подписано, загружено, настроено, задан путь для карт и вы уверены в том, что UV развертка выполнена верно и соблюдены моменты о которых мы говорили выше. Запекать пока рано:) Потому что есть один момент, связанный с положением объектов относительно друг друга.
Пересечение объектов
На деле всё просто и пример это отражает — если элементы модели пересекаются при запекании и находятся в одной бэйк-группе, то программа пытается учесть это место стыка. И это приводит к спорным результатам — на местах пересечения будут артефакты.
Это происходит потому что пересекаются их Cage при бейке в одной Bake Group. Для того чтобы избежать этого, и получить равномерное запекание, применяется разнос элементов. Это можно сделать заранее в Maya, либо раздвинуть группы в Marmoset. В случае с Maya важно соблюсти совпадение Low-Poly и High-Poly. Мы раздвинем их в marmoset при помощи вкладки Transform, параметр Position.
Обратите внимание что элементы лежат в разных группах, но мы все равно их раздвигаем. Это связано с тем, что в противном случае на карте АО могут возникнуть небольшие артефакты. Обычно это можно подкрасить в photoshop, либо также избежать при помощи разноса. Опять же зависит от ситуации и назначения элемента.В нашем случае предпочтем чистое запекание.
Элементы модели раздвинуты
Результат — чистое запекание без артефактов. Также над моделью была проведена работа при помощи инструмента Paint Skew и настройки Cage (Paint offset в Marmoset). Что это, мы детально разбирали в статье Average normal, так что не станем повторяться. Здесь был применен точно такой же принцип — увеличен Cage, чтобы спроецировать целиком выступающие элементы, и проведена настройка нормалей Cage.
Обратите внимание на пример — настройки Paint Skew отображаются только на одной половине элемента — той, что являлась исходником при применении Overlap. Изменения на ней копируются на зависимую половину.
Возвращаем сдвинутый элемент на место и наблюдаем итог запекания — мы получили Low-Poly модель, на которую при помощи текстурных карт была перенесена информация с High-Poly. Все фаски широкие и четкие, летающая геометрия корректно отображается. Модель отзеркалена слева направо, что позволило нам освободить место на UV развертке, и по сути она готова к покраске, если допечь ещё несколько карт.
В принципе, это очень простой пример, а Low-Poly максимально простая. Но с его помощью мы рассмотрели важные стороны работы с запеканием и общий процесс от модели до финального результата. Давайте подытожим:
— Мы узнали как можно улучшить свою High-Poly, если обращать внимание на фаски и скосы и применять парящую геометрию.
— Разобрали основы того, что такое UV развертка, для чего она нужна и почему важна при финальной подготовке Low-Poly под запекание.
— Поняли что такое Overlap, как его применять и для чего.
— Запомнили что всегда нужно настраивать Padding между UV шелами.
— Учли что существует такое понятие как Texel Density.
— Прошлись по базовым настройкам запекания и коснулись некоторых сложностей, которые могут возникнуть в процессе.
Запекание это важный этап в работе над моделью для игры. И запечь её не так сложно, сложнее подготовить все к этому процессу. От качества подготовки зависит вся дальнейшая работа, так как запеченная модель, а тем более окрашенная, плохо поддается полноценному редактированию. По этой причине важно дотошно просматривать модель и UV развертку до финального запекания. Понимание того как это делается приходит с опытом и насмотренностью, как и на любом этапе создания модели. Всё с ходу, и за один раз учесть не выйдет, но чем внимательнее вы будете, тем большего числа проблем избежите. Это был очень простой пример запекания, и на деле у вас может быть в разы больше сложносоставных элементов, фаски на Low-Poly, огромные UV развертки с большим количеством Overlap. Наверняка вы рано или поздно столкнетесь с дорисовкой и монтажом готовых карт в Photoshop, чтобы сделать результат еще лучше. Но этот пример отлично показывает базовые принципы запекания, учитывая которые вы точно улучшите свой результат.
Можете просто и доходчиво объяснить, что такое UV, карты нормалей, запекание?
В общем, моделирую в blender, столкнулся с такими понятиями как «UV, карта нормалей, запекание текстур и т. п.» С UV-развёрткой ещё более менее понятно, UV-развёртку можно «разукрасить», а затем наложить на модель. С этим я работал. Но эти понятия «карты нормалей, какие-то ещё карты, запекание и т. п.» — они мне непонятны. Вообще сколько их этих карт? В одних источниках эти названия карт на английском, в других на русском из-за этого у меня создалось впечатление, что этих карт бессчётное количество. И отличаются ли эти карты в зависимости от 3D пакета? Может в 3D MAX свои карты, а в Blender свои? Но мне нужна информация именно про Blender.
Пожалуйста, максимально развёрнуто и понятно))))))
- Вопрос задан более трёх лет назад
- 31653 просмотра
5 комментариев
Простой 5 комментариев
Долго это писать придется. Ищите уроки/статьи.
Just_Graf @Just_Graf Автор вопроса
Если знаете ответ — напишите))
А, так, да, я искал ответы, но говорю же везде какая-то несогласованность в названиях этих карт. Ну. если у вас совсем нет времени, напишите мне сколько всего этих карт существует и как их нужно называть, если вас не затруднит.
p. s. Я отблагодарю вас, когда стану миллиардером.
Just_Graf @Just_Graf Автор вопроса
Egor Padalka, «Архитектор — занимаюсь проектированием зданий, визуализацией, сложным 3d моделированием.
В компьютерной графике с 1997г.» — Кто, если не ВЫ?
Just_Graf, с тебя миллион )
Just_Graf @Just_Graf Автор вопроса
Egor Padalka, Обязательно))) Ща допилю проект, заработаю триллион долларов, а если повезёт и квадраллион и обязательно закину вам на почту.
Решения вопроса 0
Ответы на вопрос 3
Для какого игрового движка контент создавать будешь? (Или не под движок?)
(для игр одно — это рендеринг в реальном времени и тут одни требования, для др. систем рендеринга другие требования)
Тебе надо разобраться с основными понятиями комп. графики. (модель\меш, полигон, вертекс, edge, топология, ретопология, нормали, RGBA, каналы, маски, альфа и др)
А вот когда с ними разберешься, можно посмотреть в сторону PBR (Physically-Based Rendering)(скорее всего контент «под него» будешь пилить)
«UV-развёртку можно «разукрасить», а затем наложить на модель.»
Всё не так, нужно разукрасить не UV-развёртку, а подготовить набор текстурных карт для наложения на модель.
Никому ведь модель только с одной диффузной текстурой не нужна
UV-map это проекция всех поверхностей 3d модели на плоскость (ведь сами текстуры то плоские)
Вспомни бумажные модели (например куба)
Вот такая развертка нужна чтобы построить куб из бумаги
spoiler
А чтобы получить UV-развёртку куба, нужно не собрать куб, а разрезать и развернуть.
Запекание (запекать можно много какие карты — Normal Map, AO и др)
Normal Map Baking
Вот есть у тебя модель ботинка (полигонов очень много) и тебе нужно перенести детализацию подошвы с этой самой модели ботинка, на более простую модель ботинка. (кто у персонажа подошвы ботинок разглядывает? Там ведь много полигонов не нужно)
Ты запекаешь карту нормалей (Normal Map) и на ней создается изображение подошвы. (Информация перешла с высокополигональной модели на карту нормалей) затем ты накладываешь её на простую модель ботинка и вуаля!
На почти плоской подошве появился псевдо рельеф
Освещение в движке реагирует на эту самую Normal Map и создает видимость рельефа, для наблюдателя. Смотришь и кажется что подошва богата на детали!
И так поступают со всей моделью.
«И отличаются ли эти карты в зависимости от 3D пакета? Может в 3D MAX свои карты, а в Blender свои?» — нет ничем не отличаются. Все подобные крупные 3d пакеты похожи и не уступают друг другу.
Но ты должен понимать что существуют специальное ПО для работы с текстурами. (MARI, Substance Painter и мн. д)
(обойтись естественно можно и без них, но новичку будет одинаково сложно что с ними, что без них)
«В одних источниках эти названия карт на английском, в других на русском» (там всё намного веселей!)
Введи в поисковик «Texture map terminology confusion»
Ищи статьи на русском где используется не перевод, а написание английских слов русскими буквами или просто где названия карт не переводятся.
Ни в коем случае не русифицируй свои программы (так ты всё только испортишь)
В зависимости от модели, от игрового движка или системы рендеринга тебе будут нужны разные «наборы» текстурных карт.
В движках есть редактор материалов и он может намекнуть какие текстурки он «кушает»
Например вот
(именно в этом редакторе там где написано Bump map пихают Normal map)
Вот карты для «старого метода» (Для PBR используются некоторые другие карты и «парочка» карт отсюда — например Normal map)
Diffuse maps — это просто текстура цвета объекта (без бликов и проч)
Normal map — уже написал про неё (псевдо рельеф)
Specular map – влияет на способность отражения материала (карта бликов)
Glossiness\gloss map — эта текстура отвечает насколько размыты будут отражения
Ambient occlusion map\AO map — эта текстура создаёт мягкое затенение модели (прямо на неё не направлен источник света)
Emissive map\emission map\glow map
— определяет где расположены «светяшки» на модели (собственно сама маска и есть Emissive map) — если у тебя святяшек нет на модели, то и карта эта не нужна.
Displacement map — одна из многочисленных карт высот (выдавливает реальный рельеф на модели) — например морщины на лице можно «выдавить»
Текстурных карт очень много и про остальные нет смысла писать. (Про PBR тем более)
«Но мне нужна информация именно про Blender»
Тысячи видео на многих языках мира, сотни страниц из статей и книг к твоим услугам!
(Чтобы видео смотреть и понимать логику работы в программе, не нужно знать английский\японский\хинди — я например смотрел уроки на итальянском! И иногда слышал знакомые слова)
Это касается не только блендера.
p.s
Помни о правиле 80\20 (80% практика, 20% теория) если наоборот значит всё будет плохо. Утонешь в теории (ты не знаешь как к ней правильно подступиться)
Наши ответы тебе особо не помогут.
Пока сам не начнешь, не окунешься в работу. Не поймешь какие карты тебе нужны, и что ты вообще собрался делать.
Что такое запекание текстур
Разбираем одно из ключевых понятий в 3D-моделировании и все основные операции, связанные с ним.
Скриншот: Damon Woods / ArtStation / Skillbox Media
Леон Балбери
Считает игры произведениями искусства и старается донести эту идею до широких масс. В свободное время стримит, рисует и часами зависает в фоторежимах.
В производстве игр важно найти баланс между производительностью и качеством картинки. Для лучшей оптимизации будущего проекта разработчики прибегают к процессу запекания, но не кулинарных творений, а данных, связанных с визуальной составляющей, — освещения, симуляций, анимаций и, конечно же, текстур.
Почему процесс называют запеканием
Термин «запекание» или «запечка» — буквальный перевод с английского слова baking. В контексте 3D-моделирования под этим подразумевается перенос комплексных данных в статичную форму. В данном случае — в текстурные карты. Эти текстуры формируют поверхность будущего материала.
Причины, по которым запекают текстуры
1. Создание уникальных материалов. В качестве основы может быть как фото, так и изображение, нарисованное вручную или созданное процедурным методом с помощью нодов. Художник запекает набор текстурных карт, свойства которых зависят от того, как должен выглядеть итоговый материал после экспорта в игровые движки или системы рендеринга. Также в процессе запекания текстуры можно спроецировать на готовую UV-развёртку модели.
2. Запекание упрощает рендеринг в реальном времени, так как игровой движок должен просчитать все тени, освещение и полигоны в каждом кадре. Запечённые текстуры уже содержат в себе информацию об отражении, освещении, объёме и прочих свойствах объекта, которые создают ощущение реализма.
3. Когда художник продаёт или делает на заказ модель с использованием PBR-материалов , загруженных с какого-либо ресурса, он рискует нарушить авторское право. Например, на большинство бесплатных материалов портала BlenderKit распространена лицензия Royalty Free, согласно которой пользователь может использовать загруженный контент в своих работах в коммерческих целях, но не в первозданном виде. И в этом случае запекание текстур помогает художнику избежать неприятностей при использовании лицензированного контента: у будущего покупателя не будет доступа к исходникам. Вместо этого он получит наборы текстур, содержащие лишь фрагменты сторонних материалов.
4. В игровые движки и системы рендеринга нерационально загружать модели, содержащие несколько миллионов полигонов. В целях оптимизации и экономии ресурсов создаётся low-poly-версия high-poly-модели, а все мелкие детали переносятся в виде текстурных карт.
Какие текстуры запекают
Существует много вариаций текстур, и каждая из них наделяет поверхность объекта особыми свойствами. Такое разнообразие связано с тем, что у каждого ПО разные системы шейдеров и наборы инструментов. Задача художника состоит в том, чтобы подготовить собственный набор карт, исходя из специфики игрового движка, системы рендеринга и общего визуального стиля проекта.
Текстуры, которые чаще всего используют в работе
Diffuse Map / BaseColor Map (Albedo/Color Map) — основная карта, которая определяет цвет и изображение поверхности меша. Исходя из названия, несложно сделать вывод, что у этой текстуры множество названий. Пользователи часто считают их синонимами, ведь данный тип карт обычно подключают в один и тот же слот шейдеров. Однако диффуз-карта и карта альбедо отличаются друг от друга как визуально, так и по свойствам. Поэтому начинающие 3D-художники часто путают понятия, когда речь заходит о создании базовой текстуры. В чём же отличие?
На стандартных диффуз-картах изображение содержит светлые участки и тени. Это приводит к тому, что при наличии дополнительных источников света и технических карт на объекте могут появиться лишние тени или засветы. В контексте реалистичной графики это может негативно повлиять на итоговую картинку.
В последние годы художники часто используют PBR-материалы с картой альбедо в качестве основы. По сравнению с диффуз-текстурой она достаточно блёклая: на изображении отсутствуют затенения и яркие участки, но остаётся информация о цвете будущего материала. Все расчёты по освещению выполняет движок или система рендеринга в сочетании с картой Ambient Occlusion, речь о которой пойдёт ниже. Из-за этого поверхность объекта выглядит более яркой и естественной.
Normal Map — карта нормалей с информацией о направлении каждого пикселя. Визуально она выглядит как цветная текстура с RGB-каналами. Красный отвечает за направление по оси X, зелёный — за ось Y и, соответственно, синий — за ось Z («выдавливает» нормали из поверхности). В зависимости от направления света в сцене карта нормалей придаёт объекту рельеф, создавая иллюзию высокополигональной модели. Форму рельефа можно отрегулировать, настроив RGB-каналы вручную.
Примечание
Bump Map — более ранняя версия карты нормалей. Это 8-битная карта, поддерживающая оттенки белой, чёрной и серой гаммы. При сером пространстве поверхность остается неизменной. Белый цвет создает имитацию выпуклых деталей, а чёрный, наоборот, «вдавливает» их внутрь. Тем не менее в некоторых системах шейдеров всё ещё существует поддержка Bump Map, и вместо неё можно подключить современную Normal Map.
Displacement Map — карта смещения, которая добавляет поверхности объём и эффект глубины. В отличие от Normal Map и Bump Map она не просто создает иллюзию объёма от освещения, но и смещает геометрию объекта, в результате чего он приобретает видимый объём.
Примечание
Height/Parallax Map — карта высот/параллакса — аналог Displacement Map. Она тоже создаёт эффект рельефа, выходящего за пределы меша. Карту высот часто используют для текстурирования ландшафта, так как её свойства изменяют высоту вершин. За счёт этого некоторые участки меша визуально кажутся выше, чем другие, в зависимости от того, с какого ракурса зритель или игрок смотрит на текстурированную поверхность.
AO (Ambient Occlusion) Map — текстура, придающая мягкое затенение поверхности объекта, как при рассеянном освещении в облачную погоду. Она содержит данные о том, какие участки текстуры будут меньше или больше освещаться. Ambient Occlusion влияет только на диффузные (не зеркальные) отражения поверхности и зависит от общего света окружения, а не от отдельных источников.
Примечание
Сейчас многие игровые движки поддерживают эффект Ambient Occlusion в реальном времени. Эта техника известна как SSAO (Screen-Space Ambient Occlusion).
Specular Map — текстура с данными отражения от источников освещения. Обычно она выглядит как карта в серых тонах, где светлые участки сильнее отражают свет. Если нужно подчеркнуть отражение сложных металлических поверхностей — например, металлов со ржавчиной, — можно использовать цветную текстуру и таким образом оттенить отражение, что характерно для подобных материалов.
Glossiness Map — карта глянцевитости (не блеска), которая используется в сочетании с картой Specular. Она определяет, какие области поверхности дают больше глянца, а какие — меньше, в зависимости от интенсивности цветов карты. Чёрные области текстуры создают полный глянец, белые убирают его, а серые дают промежуточное значение свойства.
Metallic Map — альтернатива карте Specular, указанной выше. Эта чёрно-белая текстура работает как маска основной карты и сообщает системе рендеринга, какие участки поверхности объекта металлические, а какие — нет.
Roughness Map — карта шероховатости, которая идёт в сочетании с Metallic Map. Прямая противоположность карты глянцевитости, поэтому текстура инвертирована.
Примечание
Существует два подхода к текстурированию металлов PBR-материалами — Diffuse/Specular/Glossiness и Albedo/Metallic/Roughness.
В первом случае необходимо самостоятельно отрегулировать Specular Map, чтобы отражение не получилось слишком цветным и рассеянным, так как у металлов нет таких свойств. Для более реалистичного отображения металлов тёмные участки Specular-текстуры получают основной оттенок поверхности, а неметаллические — серый. В свою очередь, участки диффуз-текстуры закрашивают чёрным в тех местах, где предполагается металлическая поверхность.
Подход с картой Metallic намного проще: система рендеринга самостоятельно посчитает оттенок отражения элементов, отмеченных белым. Цвет металла зависит от базового цвета карты, а остальные элементы будут отмечены чёрным.
Если все условия соблюдены, итоговый результат обоих подходов будет практически неотличим. Но стоит учитывать, что в этом случае Specular-подход потребует больше производительности из-за наличия цвета в карте отражений, и художнику придётся больше работать над покраской текстур, чтобы достичь нужного эффекта реализма.
Curvature/Concavity/Convexity Map — карта кривизны в серых тонах, которая содержит информацию о выпуклых (белый цвет) и вогнутых (тёмно-серый цвет) участках. Нейтральные области отмечены серым цветом. Чаще всего используется в качестве маски, когда нужно подчеркнуть мелкие трещины, изношенность, щели и швы, в которых скопилась грязь.
Opacity/Transparency/Alpha Map — чёрно-белая карта (иногда с оттенками серого), определяющая непрозрачность текстуры. Чёрный цвет — прозрачные участки, белый — непрозрачные. Чаще всего используется для текстурирования решёток, растительности и волос.
Transfluency Map — цветная карта прозрачности. Внешне похожа на диффуз-карту, но её оттенок более яркий. Свойство прозрачности позволяет источникам света пропускать сквозь материал часть лучей. Transfluency Map используют в работе, когда нужно подчеркнуть реализм в сценах, где лучи солнца или яркого фонаря просвечивают листья деревьев, лепестки цветов, ткани и другие тонкие меши. Цветную карту прозрачности сочетают с картой Opacity для определения границ эффекта от текстуры.
Примечание
Перед тем как исправлять артефакты, вызванные швами, оцените, насколько они критичны в контексте текущей задачи. Если модель сделана не для ассета на маркетплейсе и не для игры, а рассчитана на использование в статичном рендере или расположена в сцене таким образом, что данные недочёты не увидит зритель, возможно, рациональнее уделить внимание каким-то более важным вещам.
Ещё одна частая проблема — некорректное отображение нормалей в результате запекания. Полученный рельеф кажется либо слишком вдавленным, либо нечётким, либо его вообще нет. Это связано с тем, что лучи, исходящие от low-poly-объекта, не могут правильно считать информацию о рельефе high-poly-объекта из-за того, что его меш расположен слишком близко или слишком далеко. Эту проблему может исправить корректировка расстояния во время запекания.
С более подробным списком проблем, связанных с запеканием карт нормалей и их решением, можно ознакомиться в четвёртой части туториала This is normal от художника Карлоса Лемонса на ArtStation. На Habr размещён неофициальный перевод этой главы на русский язык.
Примечание
Существуют техники, при которых необязательно запекать все мелкие детали высокополигональной модели. Достаточно обзавестись специальным набором кистей и использовать их в программах, которые поддерживают альфа-кисти и карты высот.
Презентация набора sci-fi альфа-кистей от художника Йонаса Роннегарда и их наложение на поверхность объекта
Полезные ссылки на материалы о запекании текстур
В рамках ознакомительного материала невозможно разобрать все тонкости запекания в каждой программе для 3D-моделирования. Но можно узнать о них больше, ознакомившись с небольшой подборкой обучающих материалов.
3ds Max:
- официальная документация;
- подборка уроков (канал Autodesk 3ds Max Learning Channel).
Maya:
- видеоурок по компоновке UV-развёртки персонажа и запеканию текстур (канал TutorCG);
- видеоурок по переносу деталей с high-poly на low-poly (канал Figura).
Blender:
- пошаговое руководство по UV-развёртке и запеканию текстур (сайт Brandon’s Drawings 2D/3D-художника Брэндона Стокинга);
- видеоурок по запеканию нормалей с высокополигонального объекта на низкополигональный (канал Blender Guru);
- видеоурок по запеканию разных деталей на одну карту (канал Ryan King Art).
Substance Painter:
- официальная документация;
- видеоурок (канал Flipped Normals Marketplace).
Marmoset Toolbag:
- официальная документация по запеканию деталей высокополигональной модели на низкополигональную;
- официальный видеоурок.
3DCoat:
Итог
Существует много причин, по которым запекают текстуры. В любом случае этот процесс помогает оптимизировать объекты, поверхность которых наделена множеством свойств.
Окончательный вид текстуры формируют технические карты — Normal, Specular, Ambient Occlusion и многие другие.
Набор текстур зависит от визуального стиля проекта, специфики ПО и предполагаемой фактуры самих материалов.
При переносе деталей high-poly-модели на low-poly необходимо проверить наличие швов на жёстких рёбрах, настроить правильную дистанцию между проецируемыми мешами и использовать кейдж.
Запекание текстур доступно во всех программах для 3D-моделирования, но сам процесс в каждой из них происходит по-разному. Выберите для себя самый оптимальный и понятный инструмент, внимательно изучите его и приступайте к освоению «кулинарных» навыков в 3D.
Материалы, обеспечивающие физически корректный рендеринг в соответствии с тем, как они взаимодействуют со светом (что зависит от их свойств).
Большая идея: «Запекание»
«Запекание» представляет собой часто используемый термин в компьютерной графике (CG) когда речь идет о разработке компьютерных игр и традиционном рендеринге, не в режиме реального времени (Cycles или Blender Render). Но «запекание» приносит с собой определенные коннотации в реальный мир, которые вводят в заблуждение. Моя цель в этой статье состоит в том, чтобы согласовать этот термин и уточнить, что на самом деле означает запекание.
Различные типы запекания
Существует несколько различных видов запекания. Но прежде чем я начну перечислять и обсуждать их, хочу предложить общее резюме термина, то как оно относится к CG. Думайте о запекании, как о консолидации системы данных в упрощенной, более постоянной форме. Эта концепция обычно применяется тремя способами:
1. Запекание текстур
Наиболее распространенным способом является запекание текстур (или карта запекания). Преимущество запекания текстуры заключается в способности перенести характеристики 3D-геометрии на 2D-изображение.
Существует много признаков, которые могут быть запеченны, от изолированных атрибутов (Ambient Occlusion, нормали, цвета вершин, и т.д.) до их комбинаций, включая материалы, текстуры и освещение запеченные в одну текстуру. На изображенный ниже приведен пример последнего:
И это очень здорово! Сложные материалы и комплексное освещение могут быть объединены в одной текстуре и это является отличным трюком. Вы, наверное, можете себе представить насколько полезным является этот метод для игр и других приложений реального времени. Но важно понимать, что это ограниченная статичная текстура, не динамическая. Другими словами, если вы переместите голову обезьянки, то тень от нее останется в том же месте, где и была, вместо того, чтобы обновляться в режиме реального времени, как это происходит во время рендеринга в окне 3D-вида с помощью движка рендеринга Cycles. Таким образом, данная методика ограничена, хотя и чрезвычайно полезна при грамотном использовании.
В дополнение к запеканию результатов визуальных характеристик, таких как освещение и материалы, мы можем также аппроксимировать геометрию высокого разрешения на низкополигональную модель благодаря запеканию нормалей. Это экономит огромные ресурсы за счет незначительных различий воспринимаемых между низким и высоким разрешениями. Опять же, вы можете себе представить, сколько выгоды от данной техники получают игры. Вот пример:
Наконец, запекание некоторых атрибутов может помочь в процессе разукрашивания текстуры. Например, вместо того, чтобы вручную рисовать темные области в щелях объекта, вы можете запечь текстуру окружающей окклюзии (AO) и она все сделает за вас. Точно также, если вы хотите создать эффект потертости на краях объекта, можно запечь текстуру цветов вершин (dirty vertex colors). И таких примеров еще можно привести огромное количество.
2. Запекание анимации / симуляции
Та же идея консолидации системы данных в упрощенной форме продолжается в анимации и симуляции. Если подумать о ключевых кадрах анимации персонажа, то существует огромное количество работы, которую должен выполнить компьютер, чтобы мы в итоге могли увидеть результат. Риг персонажа со всей своей иерархией, ограничителями и деформациями мешей вместе с сотнями или даже тысячами ключевых кадров, каждый из которых имеет собственный тип интерполяции. Это очень много работы.
Существует несколько способов упростить все это с помощью запекания. Во-первых, в Blender вы можете выполнить операцию под названием «Bake Action». Это просто добавляет ключевой кадр для всех преобразований каждой кости для каждого кадра анимации. Хотя это может показаться «не особо то и проще», это, на самом деле, упрощает анимацию, так как она больше не зависит от ограничителей костей и других реляционных зависимостей. Bake Action также служит своеобразным «блокировщиком» анимации, что позволяет сохранить ее целостность.
Если пойти еще дальше, то анимация может быть запечена в геометрическую последовательность или «кэш», что окончательно избавляет нас от рига персонажа. Итак, представьте, что вы на 100% довольны своей анимацией и готовы перейти к следующей стадии, а именно стадии рендеринга. Очень удобно избавиться от ненужных расчетов комплексного рига в обмен на чистую последовательность геометрии. Таким образом, ваша сцена не загромождена тоннами ключевых кадров, которые никогда не будут изменены — потому что вы на 100% довольны результатом, не забывайте об этом. Вы можете просто сосредоточитесь на освещении и рендеринге анимированной геометрии, которая еще и будет немного быстрее проигрываться, так как компьютер не должен рассчитать все тонкости рига. В Blender это стало возможным с помощью экспорта кэша в формат .MDD и модификатора Mesh Cache.
Эффекты симуляции, такие как: огонь, дым, частицы и ткань также могут быть запечены. Это по сути тоже самое, что и кэш для анимации мешей. Симуляция требует много расчетов (значительно больше анимации) и, за исключением, некоторых случаев, она никогда не работают в режиме реального времени. Таким образом, чтобы увидеть созданный вами эффект на полной скорости, вы должны сначала запечь его. По умолчанию кэш храниться в оперативной памяти компьютера (RAM), но также он может быть сохранен на жесткий диск. Пример запекания симуляции ткани вы можете видеть на изображении справа.
3. Запекание света
Этот тип запекания более специфичен для игровых движков. Но так как игры тесно связаны с более широкой областью компьютерной графики, я думаю, что будет уместно коснуться еще одного варианта термина «запекание».
Целью в данном случае является сохранение ресурсов, поэтому игра должна работать настолько эффективно, насколько это возможно. Существует два типа освещения, которые могут использоваться для создания игр: статичное и динамическое. Динамическое освещение реагирует на все изменения в сцене, такие как смещение тени и информация о материале, на который они падают. Статичное освещение является стационарным и может быть исключено из расчетов динамического освещения для экономии ресурсов.
Мобильные и веб-игры часто используют запеченные карты света, которые предоставляют информацию об освещении всей сцены или конкретного уровня игры. Это означает, что вы можете создать хорошо освещенные места лишь за незначительную часть стоимости (ресурсов) динамического освещения. При запекании карт света, как статичное, так и динамическое освещения могут быть использованы одновременно, чтобы создать более реалистичную среду.
Unity использует систему светового зонда которая позволяет не статичному (анимированный или динамический) объекту получать информацию из запеченных карт света, что позволяет сэкономить ресурсы с их помощью при симуляции динамического освещения.
- Fundamentals of Texturing
- Texturing and Shading a Stylistic Character