Способы создания персонажа с высокой детализацией, приближенной к реальности, и последующей его подготовкой к анимации

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Трёхмерная графика, как один из видов мультимедийного искусства, давно заняла прочные позиции в современной информационной сфере. Мы постоянно сталкиваемся с творениями 3D-художников во всех видах кинематографа, в телевизионной рекламе, в Интернете, на рекламных плакатах и билбордах, а так же в компьютерных играх, большинство которых без неё попросту не существовало бы. Одной из составляющих трёхмерной графики является анимация персонажа. Пионерами кинематографа в этой области стали: первый трёхмерный мультфильм «История игрушек», полноценный трёхмерный фильм «Последняя фантазия», «Пираты Карибского моря», «Аватар», открывший новые горизонты для интегрирования трехмерной компьютерной анимации в стереоскопический кинематограф.

Первоначально компьютерные модели выглядели очень примитивно, а игровые персонажи, обработка которых происходит в реальном времени, и вовсе могли представлять набор грубых и многоугольников. Сейчас мы наблюдаем персонажей, которых с трудом можно отличить от реальных людей, животных или вещей. Каким же образом это достигается? При том, что за последнее десятилетие тактовая чистота микропроцессоров за последние 25 лет увеличилась в 1000 раз, так как появились многоядерные микропроцессоры. Но даже этого не достаточно, чтобы в реальном времени быстро обрабатывать модели, состоящие из нескольких миллионов полигонов. А ведь чем детализирование модель, тем качественнее и реалистичнее персонаж будет выглядеть на экране.

Целью дипломного проекта является продемонстрировать зрителю, имеющему некоторое представление о компьютерной анимации, один из способов создания персонажа с высокой детализацией, приближенной к реальности, и последующей его подготовкой к анимации. Такого персонажа можно использовать и в компьютерной игре, и в мультипликационном фильме, и в игровом кинематографе.

Работа демонстрирует 5 последовательных этапов.

1) Создание высокополигонального персонажа в программе zBrush.

2) Текстурирование модели.

3) Ретопология для получения низкополигональной версии.

4) Создание развертки низкополигональной модели и снятие карт с высокополигональной.

5) Создание скелета с помощью системы CAT и совмещение модели с этим скелетом с помощью модификатора Skin.

Чтобы отойти от канонов учебных материалов по скульпингу, ретопологии, скинингу и т.п., данный видеоряд оформлен как визуальная история об обычном мальчике, которому дали в школе задание изучить анимацию трёхмерных персонажей, и он в компьютере создает самого себя.

1. Литературный сценарий

День. Комната, в которой живёт мальчик.

Он приходит домой. Открывает дверь своей комнаты. В одной руке у него рюкзак, который он кидает около двери. В другой руке он держит тетрадки, которые, проходя в глубь комнаты, бросает на стол. Мальчик включает компьютер и садится на кресло. Пока компьютер загружается, он берет одну из тетрадок и открывает её. На листке написано домашнее задание, данное учителем в школе: «Создание трёхмерного персонажа и его анимация».

Вздыхая, он, откидываясь на спинку стула, и на некоторое время задумывается, как решить поставленную задачу. С чего ему стоит начать. После чего он смотрит на монитор и приступает к работе, открывая редактор трёхмерной графики.

На экране появляются титры.

Титр: «Этап первый: Создание персонажа».

Демонстрируется поиск референсов, строение анатомии человека, примеры складок ткани. Потом показывается болванка созданная в zBrush. Постепенно она начинает изменяться и приобретать более реалистичную форму. Она демонстрируется с разных ракурсов. Так как тело будет покрыто одеждой ему не уделяется особое внимание. После головы и рук, моделируются брови, волосы, джинсы и майка. Все совмещается с кепкой и кроссовками. Демонстрируется результат первого этапа: совмещённая группа из всех сабтулов, отображающаяся как целая модель.

Титр: «Этап второй: Раскраска».

Все элементы приобретают окраску. Джинсы раскрашиваются в натуральный цвет джинсовой ткани, с белыми швами по бокам, краям и карманам. Майка становится зелёной, кепка и волосы разного оттенка коричневого, кроссовки белыми, глаза, в соответствии с анатомией человека, красновато-черно-зелёными. После все объекты соединяются вместе и образуют раскрашенную модель мальчика.

Титр: «Этап третий: Создание низкополигональной модели».

Окно вьюпорта zBrush меняется и переключается на программу Topogun. Раскрашенная модель, но без волос, глаз, кепки и кроссовок начинает обрастать сеткой из полигонов. Сначала кожа головы и рук, потом майка и в конце джинсы. Сетка трансформируется в полигоны, и вместо высокополигональной раскрашенной модели мы видим серую низкополигональную модель.

Титр: «Этап четвертый: Развертка, карты текстур и нормалей».

Показывается как низкополигональная модель трансформирует в развёртку и на неё накладывается текстура цвета, карта нормалей и дисплайсмент. Отдельно раскладывается глаз и волосы.

Титр: «Этап пятый: Скининг и риггинг».

Поэтапно создаётся скелет для CAT. Когда скелет готов, он выполняет лёгкое движение в виде танца для демонстрации своей гибкости и того, что он готов к дальнейшей анимации. К нему прикладывается текстурированная низкополигональная модель, на которую назначается модификатор Skin и демонстрируется распределение веса для каждой кости. В конце модель повторяет простой танец, для того чтобы показать, что она готова к анимации и в состоянии полноценно подхватывать движения скелета.

Титр: «Этап шестой: Анимация».

Результат всех прошлых этапов - трёхмерный мальчик - помещается в сцену, где он «оживлённо» реагирует на то, что оказался в компьютерной версии своей комнаты, после чего машет рукой, смотря с экрана монитора на самого себя.

Снова комната.

Прототип трёхмерной версии отрывается от экрана монитора и поворачивается лицом к зрителю. Он подмигивает ему и камера отъезжает назад, демонстрируя, что тот сам находится на экране монитора.

Замысел и режиссерское решение.

Определяя для себя приоритеты среди возможных сфер деятельности в таком обширном понятии, как режиссура мультимедиа программ, я практически сразу выделила для себя компьютерную графику, позволяющую создавать трёхмерную, двухмерную и фрактальную анимации, среду для компьютерных игр и кинематографические спецэффекты. При выборе жанра дипломной работы я решила изучить трёхмерную анимацию с участием компьютерного персонажа. И, так получилось, что в момент подготовки к подаче заявки на диплом, я работала именно в этом направлении, но приступая к работе и имея поверхностные познания в процессе осуществления персонажной анимации, столкнулась с тем, что подхожу к процессу не совсем правильно и тем самым усложняю себе задачу.

Прочитав в Интернете статью «Разработка трёхмерных персонажей», описывающую процесс подготовки персонажа к анимации. Я подумала, что по этой статье можно было бы подготовить небольшое видеопособие, лишенное детальной демонстрации скульпинга персонажа и присоединения к нему скелета, где были бы затронуты лишь основные этапы с указанием того, как их можно осуществить в специальных программах.

Чтобы это не выглядело, как обычный видеоурок с демонстрацией вьюпорта программы, которыми сейчас переполнен весь Интернет, я решила показать, как уже готовый персонаж. С готовой анимацией, находящийся в трёхмерной сцене, показывает зрителю как он, будучи реальным человеком, решает создать самого себя в трёхмерном формате и поместить в среду, в которой прибывает сам. Таким образом, получался цикл бесконечно повторяющегося действия, что уже стало характерным для ряда моих предыдущих студенческих работ.

Конечно, такой подход не рассчитан на новичков, не имеющих представления как работать в программах, которые были задействованы при создании моего персонажа. Но я и не ставила перед собой задачу научить новичков трёхмерному моделированию и манипуляции с объектами. Ориентация шла больше на людей, которые, например, занимаясь персонажным скульпингом, будут иметь представление о том, как им в дальнейшем подготовить свою работу к анимации.

Для создания моего дипломного проекта мне пришлось вспомнить некоторые познания в программе zBrush и приспособиться к работе с помощью графического планшета, так как раньше я работа на тачпаде. С 3ds Max была знакома давно, но занималась в основном моделингом, поэтому пришлось прочесть несколько уроков по настройке освещения. Также я уже практиковалась в анимациеи по средствам Biped, но решила изучить систему CAT, так как на данный момент она более актуальна и мне, рано или поздно, пришлось бы с ней познакомиться. Программы Topogun и xNormal на момент подготовки к работе были мне известны только по названию, но оказались очень легкими в освоении.

Табл. 1. Режиссерский сценарий

2. Технологические особенности проекта

Большую часть программного обеспечения для создания фильма составляют программы пакета Adobe, так как они предоставляют отличную возможность взаимодействия друг с другом.

Вступительная заставка и титры реализованы средствами программы Adobe After Effects. Текстовые заготовки созданы в Adobe Photoshop, где раскрашен специально подобранный шрифт с пустой заливкой и толстой границей. Для вступительной заставки в качестве фона использована картинка, служащая текстурой для обложки тетради в первых сценах фильма, а также текстура тетрадных листков. К титру с названием фильма применен эффект Write-On, имитирующий рисование прямо на экране, и подложен звук рисующего карандаша.

Для титров с названиями создавался эффект рисования и покадровой съемки. Было создано 5 вариантов с раскраской и небольшим смещением текста в разные стороны.

Для создания высокополигональной модели персонажа использовалась программа для цифрового скульпинга Pixologic zBrush, которая значительно упрощает процесс создания сложных высокополигональных объектов, в том числе и создание людей, животных, монстров, инопланетян и т.п.

Созданный высокополигональный персонаж обработан в программе Topogun, которая позволяет произвести ретопологию модели и значительно уменьшить количество полигонов и подготовить модель к анимации.

Текстурная развертка сгенерирована в Pixologic zBrush, а карты color, normal, ambient occlusion и displacement извлечены с помощью Topogun. Так же карта normal извлечена с помощью программы xNormal, после чего в Adobe Photoshop совмещена с картой полученной в Topogun для того, чтобы устранить артефакты, получаемые в обеих программах. Так как программы, при разных настройках генерации карты, отображают большее и меньшее количество артефактов в различных местах, а в одной программе на некоторых местах и вовсе не бывают чистыми, такое совмещение дает подходящий для текстурирования результат, методом перекрытия «плохого» участка «хорошим». Такой же обработке подлежали и остальные карты.

Процесс осуществления анимации персонажа производился в программе для трёхмерного моделирования - Autodesk 3ds Max. К импортированной и оттекстурированной низкополигональной модели был присоединен, специально созданный в системе CAT, скелет c добавлением костей для глаз, бровей, щек, губ и нижней челюсти. Для соединения использовался, специально предназначенный для этого, модификатор Skin. После настройки модификатора персонажу задавалась анимация.

Декорации комнаты, со всеми составляющими элементами, так же создавались в программе Autodesk 3ds Max. Простые элементы в виде стен, шкафа, кровати, стола, окна, двери, каких-то мелких деталей были сделаны самостоятельно. Некоторые более сложные элементы (велосипед, компьютер, настольная лампа, сканер, рюкзак) взяты из Интернета и импортированы в созданную сцену. Скачанные модели частично изменены, потому что редко удается найти среди бесплатных моделей идеально подходящий вариант, в особенности цветовое оформление этих моделей.

Текстуры для некоторых объектов пол, кровать, стол, шкаф, обои, постельное белье полностью взяты с просторов Интернета. Материалы для остальных объектов использованы из библиотек, предоставляемых самой программой Autodesk 3ds Max. В основном это материалы для Mental Ray (дерево, метал, пластик).

Для рендеринга выбран Mental Ray, поскольку он дает визуальный результат лучше, чем Default Scanline Renderer, и его не нужно отдельно скачивать.

Полученные после рендера сцены и экспортированные из программ Pixologic zBrush, Topogun и Autodesk 3ds Max картинки обрабатывались в программе Adobe After Effects. Там же производилась цветокоррекция, изменение скорости демонстрации создания персонажа и подгонка видеоряда под музыку. Общей фоновой музыкой послужила готовая композиция автора Филиппа Гласса - «Closing».

Финальный монтаж и сборка готовой заставки, отрендеренных сцен, экспортированных снимков экрана и наложение звукового оформления вводной сцены осуществлялась в программе Adobe Premiere Pro. Для звукового оформления использовались шумы из бесплатных фонотек, некоторые записаны самостоятельно.

Для скульпинга и раскраски текста титров был использован графический планшет.

Меню DVD-диска было нарисовано в Adobe Photoshop, после обработано в Adobe Encore.

3. Особенности монтажа

Данная работа не требовала сложных монтажных построений, поэтому в игровой части фильма использован последовательный межкадровый и внутрикадровый монтаж. Первоначально внутрикадровый монтаж должен был использоваться только для акцента на надписи в тетрадке, но потом, во втором плане возникла необходимость сделать панораму из-за маленьких габаритов комнаты. Иначе камера либо выходила за пределы письменного стола, либо, наоборот, голова мальчика выходила из кадра.

Планы подбирались так, чтобы в кадре находилось то, на что нужно обратить внимание: походка персонажа, наличие незначительной мимики, движение пальцев, демонстрация экрана монитора, а так же элементов декора, наполняющего комнату. Или, наоборот, скрыть то, что не получалось сделать, например, нормально вложить рюкзак в руку.

В неигровой части в большей степени использовался межкадровый монтаж, так как в ускоренном режиме идет изображение скриншотов вьюпортов программ. Смена положения камеры сокращена до минимума, иначе при ускорении получились бы постоянные скачки, которые раздражали бы глаз и делали бы невозможным улавливать детали процесса. Внутрикадровый монтаж использован только в наплывах отображения модели на определенном этапе готовности. Как, например, проявление низкополигональной модели на скелете CAT.

Фоновая музыка в жанре минимализма представляет собой постоянное повторение одинаковых элементов. Это позволило легко подстроить изображение под нужный темп, хотя где-то они изначально совпадали, всё же было решено подогнать скорость изображения для более чёткого совпадения. Так же подрезалась музыка, чтобы как-то разграничить переход работы из одной графической программы в другую.

В переходах между промежуточной готовностью на определенном этапе применялся эффект морфинга, достигаемый наплывом или вращением, в процессе которого происходил скачок к следующему шагу.

Программными средствами монтажа служили Adobe After Effects и Adobe Premiere Pro.

Заключение

Оценивая финальный результат, можно с уверенностью сказать, что он соответствует поставленной задаче, хотя финал отличается от первоначального варианта. Предполагалось, что вместо того, чтобы готовый персонаж просто оказался в трёхмерной комнате, будет еще небольшая демонстрация создания комнаты от сетки до текстур, и показ того, как задавались движения мальчика в первой части. Тем самым, в итоге, он должен был повторять движения входа в комнату, кидание рюкзака и т.п. Но, после теста сцены, результат показался мне неподходящим, и я решила отказаться от этой концовки.

Не удалось достичь качественной текстуры кожи и джинс из-за отсутствия референсов, с которых можно было бы её снять. Та текстура, которая имелась, дает однотонный цвет и в итоге персонаж выглядит довольно мультяшным. Отчасти еще и потому что волосы получились не очень реалистичными, а брови при выставленном освещении слились в однотонную полоску.

Большие проблемы вызвали карты нормалей. Работа на пару часов превратилась в работу на две недели. Как оказалось, 3ds Max плохо работает с картой нормали и выдает на ней четкие швы при изменении угла освещения. Об этом я узнала не сразу, а только после того как отчаялась и обратилась к Интернету для поиска подсказок. Из-за этой проблемы было потрачено время на создание нескольких вариантов развертки в 3ds Max с помощью модификатора UV Unwrap, хотя сразу можно было использовать быстрый вариант, предлагаемый средствами zBrush.

Улучшить движение мальчика помогло бы наличие съемки с имитацией необходимых движений. Или, в идеале, Motion capture, но даже если брать бюджетные варианты этой системы, то отсутствие трёх камер сразу заставило отбросить этот вариант. Тем не менее, некоторые движение и ручным методом получились довольно реалистичными.

Удачным решением для меня был выбор музыки Филиппа Гласса. Изначально было сложно представить, что бы могло подойти под такой видеоряд, но первая подложка из ряда выбранных треков оказалась просто идеальной.

низкополигональный программный внутрикадровый режиссерский

Приложение

Рис. 1. Набросок комнаты

Рис. 2

Рис. 3

Размещено на Allbest.ru