Что такое цифровой 3D-скульптинг

Loading

Цифровой скульптинг – это метод создания трёхмерных объектов из виртуального пластичного материала, обрабатываемого скульптурными приемами при помощи различных программных инструментов. Такой способ лучше всего подходит для высокополигонального моделирования реальных и вымышленных персонажей, а также всевозможных вариаций органических и природных объектов с максимальным уровнем детализации.

Виды 3D-моделирования

На сегодняшний день можно выделить три основных способа моделирования виртуальных трёхмерных объектов, каждый из которых предназначен для своих целей и задач.

Полигональное моделирование

Эта разновидность моделирования трёхмерных объектов в наши дни является самой популярной. В рамках данной технологии поверхность модели описывается сеткой из плоских полигонов (многоугольников), состоящих из вершин и ребер, образующих грань. Упрощенно такой способ описания поверхностей можно представить в виде сетки из прямоугольников, максимально плотно обтянувшей любой объемный объект от простейшей сферы до самых сложных пространственных конфигураций. Отдельные ячейки такой координатной сетки поверхности принято называть примитивами.

В полигональном моделировании чаще всего применяются примитивы с четырьмя ребрами и реже с тремя, однако при этом больше четырех ребер у примитива быть не может. Поскольку у полигонов и их ребер никаких определенных единиц измерения не существует, то и описываемая ими модель не будет иметь строгой математической точности и абсолютных измеряемых параметров. Соответственно, такой способ не подходит для моделирования реальной архитектуры, техники, деталей и любых других объектов, требующих соблюдения точных размеров и пропорций.

При этом полигональное моделирование идеально подходит для скульптурного творчества и создания художественных трёхмерных объектов: реалистичных статуэток людей и животных, фигурок вымышленных персонажей и героев, а также моделирования прочих виртуальных объектов и субъектов, не требующих соблюдения идеальной геометрической точности исполнения.

Основным достоинством полигонального 3D-моделирования является простота и наглядность изменения геометрии объектов, их размеров, объема и пропорций при помощи виртуальных инструментов, аналогичных реальным скульпторским при работе с глиной, и вследствие этого практический ничем не ограниченные возможности для творчества.

К недостаткам данного метода моделирования можно отнести то, что чем выше будет желаемый уровень детализации модели, тем большим количеством все более мелких полигонов она будет описываться, что, в свою очередь, повлечет за собой необходимость значительного наращивания вычислительных мощностей и приведет к усложнению обсчета и увеличению времени обработки высокодетализированной модели.

NURBS-моделирование

Аббревиатура в названии данной разновидности моделирования в переводе с английского означает «Неоднородный Рациональный B-сплайн» и описывает математический способ представления кривых, являющихся составными частями поверхности создаваемой модели. Похожие математические методы используются в векторных программах для создания двумерной компьютерной графики (Corel Draw, Adobe Illustrator и т.п.).

Основное отличие данного способа моделирования трёхмерных объектов от полигонального состоит в идеальной плавности создаваемых поверхностей: NURBS-объект описывается кривыми (сплайнами) и, несмотря на то, что для визуального отображения его поверхность все равно преобразуется в полигональную, сама программная модель сохраняется в кривых.

Принято считать, что данный способ моделирования лучше всего подходит для создания плавных органических форм и объектов, у которых отсутствуют острые края, углы и грани. Однако на практике создание, например, головы человека или фигуры животного по методике NURBS представляет собой гораздо более сложный, трудозатратный и менее привлекательный с точки зрения конечного результата процесс в сравнении с моделированием тех же объектов полигональным способом. Мы считаем, что NURBS-моделирование больше подходит для создания неорганических объектов с несложной пространственной геометрией, нежели для скульптинга реальных людей и вымышленных персонажей.

Точное моделирование в САПр

Аббревиатура САПр расшифровывается как «Системы Автоматизированного Проектирования». В техническом английском такие системы подразделяются на CAD, CAE и CAM: Computer Aided Design, Computer Aided Engineering и Computer Aided Manufacturing.

Все системы автоматизированного проектирования представляют собой сложные программные комплексы для создания технических чертежей, конструкторских разработок и максимально точных моделей твердых объектов.

При таком способе создаваемая модель описывается сложной системой математических формул и уравнений, поэтому все поверхности, узлы, детали, размеры и пропорции модели будут абсолютно точными при любом увеличении вплоть до микроскопического масштаба.

Данный способ 3D-моделирования используется для проектирования реальных объектов и технических изделий, для которых важна точность исполнения в виртуальном и натуральном виде.

Полигональное скульптурное моделирование

Из краткого описания современных способов трёхмерного моделирования объектов очевидно, что для целей скульптинга лучше всего подходит именно полигональное. Теперь внесем ясность в понимание класса полигональности тех или иных моделей, а именно объясним, почему в одних моделях полигонов на порядки больше, а в других – меньше.

Все трёхмерные полигональные модели принято разделять по плотности полигональной сетки на следующие условные классы:

• Hi-poly – высокодетализированные модели с неограниченным количеством полигонов (на практике от одного до нескольких миллионов);

• Mid-poly – модели со средним количеством полигонов, необходимым и достаточным для выполняемой задачи и требуемого результата с учетом вычислительных мощностей;

• Low-poly – модели с малым количеством полигонов (на практике от нескольких до нескольких десятков тысяч).

Очевидно, что чем большим количеством полигонов описывается модель, тем она более детализирована и реалистична, но для работы с ней требуется больше вычислительных ресурсов. Из этого следует, что наращивать полигональность модели до бесконечности не представляется возможным. На практике всегда выбирается компромисс между желаемой детализацией и доступными аппаратными ресурсами, однако при недостижимых ранее мощностях современных процессоров и видеокарт, а также высоких скоростях оперативной памяти и SSD-дисков можно комфортно работать с моделями с сеткой в десять миллионов полигонов и даже больше.

В компьютерных 3D-играх для ПК и консолей обычно используют Mid-poly, в особо требовательных к ресурсам – Hi-poly, а в мобильных – Low-poly модели персонажей и объектов.

В нашей студии при создании продукции мы работаем исключительно с Hi-poly моделями, что дает нам возможность создавать цифровые скульпты с очень высоким уровнем детализации и максимальной реалистичностью.

Особенности Цифрового 3D-скульптинга

Поскольку процесс создания цифрового скульпта представляет собой компьютерную имитацию ручной лепки из куска глины, то все реальные техники и приемы работы на натуре применимы и здесь за исключением того, что создаваемый объект до момента его распечатки на 3D-принтере невозможно почувствовать руками.

В специализированном 3D-редакторе виртуальный пластичный материал с изначально заданной формой подвергается необходимым деформациям при помощи широкого набора инструментов. Обобщенно процесс выглядит следующим образом: Скульптор сначала придает материалу общую форму, затем вылепливает крупные детали, а после этого приступает к более мелким, попутно внося необходимые корректировки на крупном, среднем и мелком масштабе.

Для создания цифровых скульптов используются преимущественно две технологии трёхмерного моделирования:

• полигональная, описанная выше – Работа ведется с трёхмерной моделью, которая представляет собой поверхность из совокупности полигонов. Слабая сторона данной технологии состоит в том, что скульптор работает фактически с полыми объектами, ограниченными замкнутой полигональной поверхностью, поэтому с её помощью трудно реалистично имитировать воду, почву и различные объекты с неоднородным внутренним наполнением; 

• воксельная – воксел, или воксель представляет собой трёхмерный аналог обычного пикселя на трёхмерной координатной сетке с регулярными интервалами. Данная технология предоставляет скульптору максимальную свободу в редактировании формы, при этом процесс виртуальной лепки очень похож на процесс лепки из настоящей глины. Технология позволяет реалистично имитировать воду, грунт, горы и различные объекты с внутренним наполнением. 

Преимущества цифрового 3D-скульптинга

У данной технологии есть масса преимуществ перед классическим ручным созданием скульптур из глины, гипса или скульптурного пластилина:

• отсутствие необходимости в подходящих расходных материалах и наличии отдельной мастерской;

• гибкость контроля за любыми действиями и манипуляциями;

• наглядность, позволяющая моментально оценивать результат текущей работы в каком угодно разрезе и под любым углом зрения;

• удобство, обусловленное возможностью создания отдельных составных частей скульптурных объектов с их последующим комбинированием в любых конфигурациях;

• любой желаемый уровень детализации создаваемой модели;

• широкий набор всевозможных виртуальных инструментов, приемов и техник;

• возможность импорта и интегрирования различных объектов из других программ трёхмерного моделирования;

• возможность неограниченного тиражирования экземпляров созданной работы, распечатанных на 3D-принтере;

• меньшие временные и трудовые затраты.

Программное обеспечение для 3D-скульптинга

Для творческого 3D-скульптинга в первую очередь используют специально предназначенные для этого программы и гораздо реже трёхмерные редакторы более универсальной направленности, а также ряд вспомогательных программ и инструментов. К самым популярным и наиболее мощным пакетам для скульптинга относятся:

• ZBrush – программа с богатым функционалом, большим набором инструментов, функциями текстурирования и широкими возможностями интеграции с 2D- и 3D-пакетами;

• Blender – одна из самых старых программ для скульптинга, дополненная рендерингом, возможностью ретопологии, создания анимации, постобработки и видеомонтажа;

• Autodesk Mudbox – программа для моделирования и текстурирования, создания карт неровностей, нормалей и замещения.

К вспомогательным программам, в которых присутствует ограниченный функционал для скульптинга, можно отнести классические трёхмерные редакторы: Autodesk 3ds Maxx, Autodesk Maya, Google SketchUp, Maxon Cinema 4D и подобные им.

Перспективы 3D-скульптинга

Цифровой 3D-скульптинг сегодня считается одним из самых творческих, интересных и перспективных направлений в трёхмерном моделировании. Эта относительно молодая технология даже на своем текущем этапе развития позволяет создавать высокодетализированные персонажи и реалистичные объекты, востребованные в эпоху интерактивных компьютерных игр, виртуальной и дополненной реальности, а также широкого применения трёхмерной графики и сложных спецэффектов в киноиндустрии.

Наша студия выбрала 3D-скульптинг основным направлением для творчества много лет назад, когда наши скульпторы, получив профильное образование и поработав по профессии несколько лет, ознакомились с новыми компьютерными технологиями, осознали их многочисленные преимущества перед традиционными и решили развиваться именно в этом направлении.

Сегодня наша студия предлагает вашему вниманию не только готовые авторские работы, но и услуги изготовления высокореалистичных портретных статуэток, скульптурных композиций, сувениров, подарков и предметов домашнего декора на заказ по вашим идеям, концепциям и описаниям. Вся наша продукция создается профессиональными скульпторами с большим опытом работы в программах 3D-скульптинга, печатается на 3D-принтере с высоким разрешением, а затем раскрашивается вручную талантливыми художниками-оформителями. Наш подход к продукции собственного производства – мы изготавливаем не просто красивые вещи, а стремимся сделать каждый наш продукт маленьким произведением искусства.

Студия арт-дизайна Modeliani: трёхмерные проекции многомерной фантазии!