3D-моделирование

Определение

3D-моделирование (от англ. 3D modeling) — создание и редактирование трёхмерной геометрии. На этом этапе объект получает форму, пропорции, детализацию и структуру, с которой можно работать дальше.

Модель может быть полигональной, строиться на основе кривых и поверхностей, иметь разную плотность и детализацию. Требования к ней зависят от задачи: геометрия для статичного объекта и для деформируемого персонажа устроена по-разному. Базовый результат моделирования — сама геометрия. Материалы, текстуры, риг и анимация могут входить в готовый 3D-ассет, но относятся уже к следующим этапам работы.

Источник: Студия REDMEDVED

Зачем это нужно?

3D-модель становится основой объекта внутри сцены. На неё назначают материалы, её освещают, анимируют, используют при постановке камеры и отправляют на рендер.

При этом внешний вид модели во вьюпорте ещё мало говорит о её пригодности для производства. Один и тот же объект может нормально работать в статичном кадре и создавать проблемы при деформации, анимации или дальнейшем редактировании. Поэтому модель обычно оценивают с учётом того, что с ней будут делать на следующем этапе.

Откуда берётся 3D-модель

• Моделирование с нуля. Геометрию строят по эскизам, фотографиям, чертежам, референсам или другим исходным материалам.
• Готовые данные. Заказчик может передать существующую 3D-модель, CAD-файл или инженерную геометрию. Форму также получают с помощью 3D-сканирования и фотограмметрии.
• Библиотеки и маркетплейсы. Готовую модель можно купить или взять из библиотеки. Состав таких ассетов различается: где-то есть только геометрия, где-то вместе с ней идут текстуры, материалы, риг или готовая анимация.
• Нейросети. Генеративные системы уже умеют создавать 3D-геометрию по изображению или текстовому описанию. Полученную модель всё равно проверяют и при необходимости дорабатывают под конкретную задачу.

Покупка модели, сканирование и AI-генерация описывают способ получения исходного ассета. Само 3D-моделирование определяется тем, как создаётся и изменяется его геометрия.

Каким бывает 3D-моделирование

Полигональное моделирование строит объект из вершин, рёбер и полигонов. Это основной способ работы с геометрией во многих CG-задачах.

NURBS- и surface-моделирование строит форму через математически описанные кривые и поверхности. Такой тип геометрии часто встречается в CAD и техническом проектировании. При переносе в CG-пайплайн поверхности при необходимости преобразуют в полигональную сетку.

Скульптинг позволяет работать с формой почти как с пластическим материалом: вытягивать объём, продавливать поверхность, наращивать детали. После детального скульптинга модель часто требует ретопологии.

Источник: Студия REDMEDVED

Процедурное моделирование создаёт или изменяет геометрию через правила, параметры и зависимости. Такой подход удобен, когда форма должна быстро перестраиваться или состоять из большого количества повторяющихся элементов.

Источник: Vimeo

В одном объекте эти способы легко смешиваются. Например, основную форму можно сделать скульптингом, затем перестроить топологию вручную и добавить процедурные элементы.

Что является результатом

Здесь есть важное производственное различие: 3D-модель и готовый 3D-ассет — не всегда одно и то же.

Минимальный результат моделирования — геометрия. Дальше у неё могут появиться UV-развёртка, материалы, текстуры и система управления для анимации.

Для персонажа это может быть скелет, привязка геометрии к нему и контроллеры. Для механизма — иерархия деталей, точки вращения, ограничения движения и другие элементы рига.

Поэтому фраза «у нас уже есть 3D-модель» для производства довольно малоинформативна. Нужно понимать, что именно передано: одна геометрия или готовый ассет, есть ли текстуры и материалы, подготовлен ли объект к анимации, в каком формате находится исходная сцена и сохранились ли все связанные файлы.

Почему готовую модель иногда приходится переделывать

Особенно часто это происходит с моделями из CAD и инженерных программ. Такие системы решают свою задачу: точно описывают форму и устройство объекта. После переноса в CG эта геометрия может оказаться слишком тяжёлой, раздробленной или неудобно организованной. Поверхности CAD в таком случае часто приходится преобразовывать в полигональную сетку, а полученный результат — чистить или перестраивать.

Похожие проблемы встречаются у 3D-сканов, фотограмметрии, купленных ассетов и моделей, созданных нейросетями. Если форма объекта подходит, а структура сетки — нет, применяют ретопологию: поверх существующей формы строят новую, более управляемую сетку. Для персонажной анимации это особенно важно — расположение рёбер напрямую влияет на то, как поверхность ведёт себя при деформации.

Помимо топологии могут потребоваться исправление геометрии и нормалей, настройка масштаба, иерархии объектов, точек вращения и UV-развёртки.

Что важно учитывать

• Назначение модели. До начала моделирования полезно понимать, где и как будет использоваться объект. Модель для дальнего плана, крупного плана, персонажной анимации, технической визуализации или real-time может требовать разной детализации и устройства геометрии.
• Полигональная сетка. Плотность и топология сетки должны соответствовать дальнейшей работе. Для статичного объекта требования обычно свободнее. Для персонажа или другого деформируемого объекта важны направление рёбер и их распределение в местах сгиба: от этого зависит качество деформации при анимации.
• Масштаб. Размер объекта и единицы измерения лучше определить заранее и сохранять во всём проекте. Корректный масштаб упрощает сборку сцены, передачу моделей между специалистами, настройку рига, камер и симуляций.
• Исходная поза и положение. Если персонажа будут риггить, его обычно моделируют и передают в согласованной нейтральной позе — например, T-pose или A-pose. Конкретный вариант зависит от требований риггера и устройства персонажа. Для механизмов также полезно заранее определить исходное положение деталей.
• Структура объекта. Подвижные части механизма, элементы, которые должны анимироваться отдельно, и логические части сложного объекта лучше разделять ещё на этапе подготовки модели. Для них могут потребоваться отдельные объекты, понятная иерархия и корректно расположенные точки вращения.
• Детализация. Количество геометрии должно соответствовать тому, насколько близко объект будет виден и что с ним планируется делать. Избыточная детализация утяжеляет сцену и дальнейшую работу, а недостаточная становится заметна на крупных планах.
• Формат и совместимость. Перед передачей модели стоит учитывать программу и пайплайн, в которых она будет использоваться дальше. Не все модификаторы, процедурные зависимости, материалы и особенности исходной сцены одинаково переносятся между 3D-пакетами.