Файл: Разработка лоупольного трехмерного персонажа.docx

ЧЕБОКСАРСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

МОСКОВСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Кафедра информационных технологий

и систем управления

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине: «Проектирование, дизайн и разработка трехмерных объектов»

на тему: «Разработка лоупольного трехмерного персонажа»

Выполнил(а):

студент(ка) группы: 09.03.02-2зс

Музяков Владимир Сергеевич

учебный шифр: 20081
Проверил(а):

ст. преподаватель Александрова И.Н.

Чебоксары 2023

Содержание

В настоящее время во многих сферах человеческой жизни потребность в информации не может быть удовлетворена использованием устоявшихся средств в аналоговом и цифровом видах. В последние годы появилась наиболее наглядная форма представления информации, получившая название 3D-модели. Трехмерное моделирование быстро развивается с одной стороны в связи с тем, что техника позволяет обрабатывать всё большие и большие объёмы информации, с другой – психологический фактор: человеку намного привычнее в трёхмерном виде.

Популярность 3D-моделирования в сфере дизайна объясняется множеством причин. Во-первых, такая технология обеспечивает большую точность и реалистичность создаваемых объектов, что позволяет создавать более качественные и привлекательные продукты. Кроме того, 3D-моделирование позволяет экономить время и увеличивать производительность, необходимы при создании дизайнов любого уровня сложности.

Однако следует отметить, что 3D-моделирование требует от дизайнеров наличия большого количества навыков и знаний, включая овладение специальным программным обеспечением и инструментами, умение работать с освещением, материалами и т.д. Более того, вид 3D-моделирования в условиях быстрого технологического прогресса постоянно развивается и требует от дизайнеров постоянного обучения и совершенствования своих навыков, чтобы оставаться в топе конкуренции.

Для создания 3D-персонажа нужно выполнить 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, и технические, необходимые для игрового движка.

Сам цикл разработки 3D-моделей и сам процесс начинается со скульптинга и заканчивается анимацией персонажа. Знание цикла упрощает процесс создания модели, потому что разбивает задачу на несколько частей. Все современные игровые студии работают по строгому циклу.

Цель данного проекта – 3D-персонаж, а именно создание 3D-персонажа c помощью несколько последовательных этапов разработки модели, связанных друг с другом, которые позволяют достичь оптимизации 3D-персонажа для компьютерной игры с максимальным качеством и выразительностью.

Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:

1. 
   понять, как создавать 3D-персонажа;
   
2. 
   изучить основные этапы создания стилизованных персонажей;
   
3. 
   создание лоупольного объекта.
   

1. Лоупольный трехмерный персонаж

   1. Определение лоупольного трехмерного персонажа

Трёхмерная графика — раздел компьютерной графики, посвящённый методам создания изображений или видео путём моделирования объектов в трёх измерениях.

3D-моделирование — процесс создания трёхмерной модели объекта. Задача 3D-моделирования — разработать зрительный объёмный образ желаемого объекта. При этом модель может как соответствовать объектам из реального мира (автомобили, здания, ураган, астероид), так и быть полностью абстрактной (проекция четырёхмерного фрактала).

Графическое изображение трёхмерных объектов отличается тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели сцены на плоскость (например, экран компьютера) с помощью специализированных программ. Однако с созданием и внедрением 3D-дисплеев и 3D-принтеров трёхмерная графика не обязательно включает в себя проецирование на плоскость.

Трёхмерная графика активно применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в науке и промышленности, например, в системах автоматизации проектных работ (САПР; для создания твердотельных элементов: зданий, деталей машин, механизмов), архитектурной визуализации (сюда относится и так называемая «виртуальная археология

---

»), в современных системах медицинской визуализации.

Самое широкое применение  — во многих современных компьютерных играх, а также как элемент кинематографа, телевидения, печатной продукции.

Трёхмерная графика обычно имеет дело с виртуальным, воображаемым трёхмерным пространством, которое отображается на плоской, двухмерной поверхности дисплея или листа бумаги. В настоящее время известно несколько способов отображения трёхмерной информации в объёмном виде, хотя большинство из них представляет объёмные характеристики весьма условно, поскольку работают со стереоизображением. Из этой области можно отметить стереоочки, виртуальные шлемы, 3D-дисплеи, способные демонстрировать трёхмерное изображение. Несколько производителей продемонстрировали готовые к серийному производству трёхмерные дисплеи. Но, чтобы насладиться объёмной картинкой, зрителю необходимо расположиться строго по центру. Шаг вправо, шаг влево, равно как и неосторожный поворот головы, карается превращением трёхмерности в несимпатичное зазубренное изображение. Решение этой проблемы уже созрело в научных лабораториях. Германский Институт Фраунгофера демонстрировал 3D-дисплей, при помощи двух камер отслеживающий положение глаз зрителя и соответствующим образом подстраивающий изображение, в этом году^{[когда?]} пошёл ещё дальше. Теперь отслеживается положение не только глаз, но и пальца, которым можно «нажимать» трёхмерные кнопки. А команда исследователей Токийского университета создали систему, позволяющую почувствовать изображение. Излучатель фокусируется на точке, где находится палец человека, и в зависимости от его положения меняет силу акустического давления. Таким образом, становится возможным не только видеть объёмную картинку, но и взаимодействовать с изображёнными на ней предметами.

Однако и 3D-дисплеи по-прежнему не позволяют создавать полноценной физической, осязаемой копии математической модели, создаваемой методами трёхмерной графики.

Развивающиеся с 1990-х годов технологии быстрого прототипирования ликвидируют этот пробел. Следует заметить, что в технологиях быстрого прототипирования используется представление математической модели объекта в виде твёрдого тела (воксельная модель).

2. 
   Софт для создания лоупольного трехмерного персонажа
   

---

В самом начале пути нужно определиться с программами, в которых я буду работать на протяжении всего цикла создания низкополигонального персонажа. В начале я пытался разобраться в современных софтах для 3д моделирования: где я могу создать сетку для моего персонажа, где я смогу создать высокополигональную модель, где я смогу запечь всю детализацию с хайпольного персонажа на низкополигональную модель, где я смогу создать UV развертку всей модели, где будут рисоваться текстуры, а также где я буду анимировать своего персонажа и в конце концов производить рендер. По моим наблюдениям таких программ на самом деле очень много, но лишь некоторая часть будет подходить мне. Сначала, как я говорил выше, я решил определиться с основной программой, где будет создаваться модель. Мой выбор пал на такой софт, как Blender. Выбрал именно эту программу из-за простоты изучения и обилия обучающих видеороликов на просторах интернета. Также большой плюс в Blender’е заключается в том, что ее можно скачать бесплатно с официального сайта.

Blender — свободно распространяемый, профессиональный пакет для создания компьютерной трёхмерной графики, содержащий в себе средства моделирования, анимации, рендеринга, постобработки и монтажа видео со звуком, компоновки с помощью «узлов» (Node Compositing), также для изготовления интерактивных игр. В нынешнее время пользуется большей известностью и популярностью среди всех бесплатных редакторов 3D графики, так как быстро и стабильно развивается, чему способствует профессиональная команда разработчиков. Одной из главных особенностей пакета Blender считается его маленький размер по сравнению с прочими популярными программами для 3D-моделирования. Стандартная поставка не включает в себя большое количество демонстрационных сцен и развёрнутую документацию[6]. Функционал пакета: Blender поддерживает разнообразные геометрические примитивы, включая полигональные модели, кривые Безье, систему быстрого моделирования в режиме subdivision surface (SubSurf), metaballs (метасферы), поверхности NURBS, векторные шрифты и скульптурное моделирование. Наличие универсальных встроенных механизмов рендеринга и интеграция их с внешним рендерером Lux Render, Yaf-Ray, а также с многими другими. Инструменты анимации, среди которых нелинейная анимация, инверсная кинематика, сеточная деформация и скелетная анимация, динамика мягких тел (содержащая определение коллизий при взаимодействиях объектов) динамика твёрдых тел на основе физического движка Bullet, волосы создающиеся с помощью системы частиц, анимация по главным кадрам и ограничители.

---

После выбора основной программы, я начал искать программу для создания высокополигональной модели, ведь передать всю детализацию одними только текстурами будет очень сложной задачей. Основной программой для такой цели в сфере 3D моделирования оказалась Zbrush.
Создание высокополигональной модели является самым первым и в тоже время самым сложным этапом в создании модели, ведь именно от того, как будет выглядит такая модель, будет зависеть то, что выйдет в конечном результате в игровом движке. Каждая деталь должна создаваться с особой внимательностью.

Развертку я решил делать в программе RizomUV, потому что она заточена под создание хорошей и быстрой UV Развертки. Изначально планировал создать ее в том же Blender’е, но мне не понравилось малое количество функций для воссоздания этой самой развертки.

RizomUV (в прошлом Unfold 3D) - это графический редактор для вычисления автоматической развертки UV-координат в среде Maya, 3DS Max, Cinema4D, Softimage, Houdini, Modo, ZBrush, Rhino.

RizomUV предоставляет набор функций для редактирования координат и регулирования симметричности модели. Решение основано на эффективных методах последовательного моделирования поверхностных координат, благодаря чему проекции получаются с наименьшим искажением.

UV-преобразование или развёртка в трёхмерной графике (англ. UV map) - соответствие между координатами на поверхности трёхмерного объекта (X, Y, Z) и координатами на текстуре (U, V). Значения U и V обычно изменяются от 0 до 1. Развёртка может строиться как вручную, так и автоматически - например, в RizomUV 2018 есть несколько алгоритмов автоматического развёртывания модели.

Рендерить я решил в такой программе, как Marmoset из-за ее простоты и низких системных требований.

Marmoset Toolbag – программа для реалтайм рендеринга и запекания карт.

Итак, по порядку. Реалтайм рендер. По большей части пакет используют для подачи игровых моделей и просчета рендеров для последующей демонстрации. Есть возможность рендеринга с демонстрацией полигональной сетки одновременно с текстурами. Можно выставить свет, камеры, HDRI окружение, объемный туман, настроить постэффекты, DoF и прочее. Поддерживается трассировка лучей как на RTX картах, так и в софтовом режиме, на видеокартах без поддержки этой технологии, что востребовано, учитывая не самый новый парк «железа» у пользователей. Настроить все параметры можно очень тонко, как сам рендер, так и камеры в отдельности. Программа относительно простая для освоения и разобраться в ней при наличии базовых знаний не составит труда, но является очень мощным инструментом. Marmoset поддерживает как Metal Roughness, так Specular Gloss Workflow. При правильной подготовке

---