Некоторые люди говорят, что моделировать человека проще, чем, допустим, Страшного Зубастого Орка или восставшего из ада Гнилого Зомби. Их доводы просты и логичны: Зомби должен быть не просто зомби, не такой, как у всех, а гораздо страшнее, гнилее и противнее, чтобы юзер просто под кровать прятался от одного его вида, а Орк, соответственно, должен быть гораздо зубастее, в руке у него должен быть не двухметровый меч, и даже не бензопила (слишком просто), а что-нибудь такое неописуемое, но большое и внушающее.

Посвящается великому и ужасному.

Введение

Короче, мозги сильно напрягать приходится, чтобы и пооригинальнее, и запомнилось надолго. Не спорю. Но дело в том, что порой в играх попадаются такие существа, что вроде и люди, по крайней мере, их там так все называют, а вроде на людей-то и не похожи. Я понимаю, когда по улицам города сплошные дистрофики ходят: война, голод может у них, мало ли что. Качки там, жирдяи, тоже понятно. Это можно объяснить красивым сюжетным ходом, полным крутых поворотов, а можно и вообще не объяснять, что обычно и делают. Обидно, когда игра интересная, красивая, но там МУТАНТЫ! ИНОПЛАНЕТЯНЕ! Ну не похож вон тот крендель с большой головой и фигурой, как у Барби, на человека. Особенно с такими длинными и толстыми руками. Хоть бы в броню его снарядили для приличия. Я даже не про анимацию говорю. Анимация – дело тонкое, Motion Capture не у каждого дома есть. Просто порой создаётся такое чувство, что скетчеры уделяют всё своё время именно созданию всё новых монстров и считают, что моделлеры человека и сами склепать могут. В ответ на просьбу схематично нарисовать идеальную фигуру человека, или хотя бы рассказать принцип её построения можно услышать: «Посмотрись в зеркало, дружок!». Типа, это очевидно, и все это знают. И идут грустные моделлеры смотреться в зеркало. Что они там видят, я не знаю, но, наверное, именно после таких драматических эпизодов и вырождаются на свет корявые мутанты с человеческими лицами.

Своей статьёй я хочу помочь начинающим (и не только) моделлерам в нелёгком деле создания правдоподобных человеческих персонажей. Так как я считаю, что замоделить голову гораздо сложнее, чем, собственно, всё остальное, я уделю этой проблеме максимальное внимание. С телом же всё обстоит гораздо проще, а тем более, голые люди в играх встречается крайне редко, поэтому я ограничусь описанием классических (так сказать, идеальных) пропорций.

Объектом надругательства выберем некую привлекательную молодую особу неопределённого возраста, абсолютно без одежды. Почему? Просто когда я был молодым и зелёным, и из-под моей мышки выползали только кровавые выпердыши, которых я сразу же с отвращением бросал в мусорную корзину, я в тайне мечтал о создании Девушки моей Мечты, такой, чтобы при взгляде на неё всё внутри холодело, сердцебиение учащалось, и вообще. Теперь я подрос, и изредка, в перерывах между созданием 87-й рыбки для аквариума и 34-го вида кубика для арканоида, я нахожу немножко времени и для Неё. Короче говоря, просто я хочу совместить приятное с полезным. Тем более, некрасивый мужик – это ладно, но некрасивая девушка глаза очень режет. У нас некрасивых и на улице полно.

Для работы мы воспользуемся небезызвестной программой 3ds MAX версии 6.1. В принципе, это гораздо проще сделать в XSI или в Maya, но вроде бы, большинство новичков пользуется именно Максом, и мой ликбез должен быть им очень полезен. Всё равно, главное – методы, а не инструменты. Знаете, ведь, что плохим танцорам мешает. Заранее оговорюсь: всё здесь написанное выражается коротким словом IMHO. Это всего лишь накопленный мною опыт. Если у вас есть более качественные или быстрые алгоритмы – я буду рад здоровой критике.

В основе каждой более-менее сложной 3D модели должен лежать скетч, или хотя бы какая-нибудь картинка. И гораздо лучше, если всё это будет находиться в окне проекции. Для построения человеческой фигуры достаточно двух схематичных проекций. Мышцы, сухожилия – это всё детали. Основное впечатление дают именно правильные пропорции. Где же нам их взять? А вот здесь!

Удивлены, что ничего особенного? Посмотрите на самую красивую (читай: пропорциональную) женщину по официальной версии – Венеру Милосскую, удивитесь ещё больше. На самом деле, не всё так страшно: ноги подлиннее и грудь побольше можно сделать, это позволительно. Ну как, всё просто? Ещё бы! Пропорции учатся за пару моделей, а забыть их просто невозможно. В крайнем случае, в Максе создаётся файл, в котором сплайнами схематично эти самые пропорции набросаны: в случае чего используется команда Merge (Присоединить из файла).

Далее у нас по плану идёт голова, ведь стройные сисястые и попастые, но крокодилы, нам тоже не нужны. С головой всё чуть-чуть сложнее: одно неверное движение мышкой, и на нас взирает уже не милая девушка, а пришелец из явно очень далёкой галактики. Притом, если вовремя это не заметить и не исправить, то, скорее всего, придётся всё начинать заново. Как сказал Мудрый: если создаёшь чьё-то лицо, и хочешь, чтобы оно получилось красивым, оно должно выглядеть красивым на КАЖДОМ этапе его проработки. Правда, это было сказано про рисование, но и к моделированию это относится вполне. Короче говоря, не спешите: подвинули вершинку, создали полигончик – посмотрите на то, что получилось со всех сторон. Понравилось – хорошо, не понравилось – смело жмите Undo. Не страшно, если вы несколько раз повторите одно и то же действие. В нашем нелёгком деле главное – опыт, а количественное рано или поздно перейдёт в качественное. Вот, кстати, то, что нам нужно:

Всё ясно? Вы спрашиваете, все ли лица должны быть одинаковыми? Нет не все. Я вам даю это для того, чтобы было от чего отталкиваться. Смотрели Final Fantasy: Spirits Within? Вот там все лица персонажей были сделаны путём модифицирования одного идеального. Ну, как результат? По-моему тоже. Вообще, за что я люблю low-poly моделинг, так это за то, что обладаешь очень высокой степенью контроля над ситуацией. Чем меньше вершин – тем легче вносить изменения. Ладно, вернёмся к баранам. Очень полезен вид в три четверти: многие забывают, что на лице есть скулы, что хомячьи щёки растут у хомяков, а не у людей, да и надбровные дуги тоже имеют место быть. Особо хочу отметить ошибку многих моделлеров, потому что на рисунке это может быть плохо видно: губы у человека не плоские!

06.02.15 47.4K

Люди давным-давно научились изображать разнообразные предметы, которые встречаются в повседневной жизни. Чтобы в точности передавать все геометрические параметры объектов, были разработаны правила составления чертежей, на которых объемные фигуры получают свое отображение в многочисленных проекциях.

В течение многих лет объем изображали художники, однако полотно, на котором писались картины, всегда оставалось двумерным, и на объект можно было смотреть только с одного ракурса. С развитием технологий появилось значительно больше возможностей в области моделирования.

При помощи компьютерных программ можно строить 3D-модели, которые более наглядно представляют объекты и даже окружающее пространство:

О построении таких моделей и пойдет речь в данной статье.

Сведения о 3D-моделях

Понятие 3D , так прочно обосновавшееся в нашей жизни, является сокращением от английского 3-dimensional (в трех измерениях ). Как известно еще со школьных уроков геометрии, чтобы квадрат стал кубом, к обычной длине и ширине необходимо добавить высоту, которая и выступает в качестве третьего измерения.

За 3D-модель можно смело принимать любую скульптуру, а этот жанр искусства появился несколько тысячелетий назад. Архитекторы очень часто прибегают к построению макетов, чтобы более точно представлять конструкцию здания.

В современном мире, где технологии с каждым днем упрощают человеческую жизнь, 3D -моделированием занимаются компьютеры. Строить объемные изображения можно буквально на «пустом месте», руководствуясь приблизительными данными о визуализации объекта (к примеру, спроектировать персонажа видеоигры, у которого нет прототипа в реальном мире ). Данный прием называется компьютерным моделированием.

Существует еще такой вариант, как создать 3D-модель , основываясь на многочисленных фотографиях объекта с различных ракурсов.

3D-моделирование применяется во многих областях человеческой жизни. Перечислим некоторые из них:

Архитектура. Никто не отрицает преимуществ макетов, однако, если заказчик вдруг пожелает увеличить размер комнаты или добавить пару-тройку этажей, архитектору придется заново конструировать картонную модель. А используя компьютерные программы, можно управиться за несколько кликов;
Игры и кино. Анимация в наше время по своему качеству начинает превосходить реальный мир (смотрите на фильм «Аватар» ). Любого человека можно сделать персонажем компьютерной игры, перенеся все особенности реальной внешности в виртуальный мир;
Военная тактика. 3Д -моделирование местности помогает стратегам лучше спланировать маневры, соотнести риски и принять наиболее правильное решение;
Дизайн. Здесь можно представлять все, что угодно: от модных платьев и украшений до интерьеров помещений. Так как творец по своей природе – очень беспокойная и переменчивая натура, то перед непосредственным созданием дизайнер должен быть на 100% уверен, что точно представляет готовое изделие. А 3D -моделирование выступает лучшим помощником в этом деле.

Компьютерное 3D-моделирование

Для того чтобы создать 3D-объект , необходимо воспользоваться компьютерной программой, которая предоставит необходимый инструментарий и шаблоны для проектировщика. Рассмотрим некоторые программы, которые позволяют осуществить компьютерное моделирование.

Blender . Бесплатный 3D -редактор, вклад в совершенствование которого может сделать любой разбирающийся программист:

К преимуществам данного программного продукта можно отнести кроссплатформенность и низкие требования к аппаратному обеспечению (железу ). Обладает достаточно широкими (для бесплатного редактора ) возможностями, включая моделирование движущихся объектов.

3ds Max . Данный редактор имеет обширный функционал, ориентированный, прежде всего, на проектирование архитектурных сооружений и интерьеров помещений:

Имеет внушительное количество различных дополнений (в том числе и для визуализации природных катаклизмов ). Для новичка, к сожалению, редактор достаточно сложен в освоении.

CINEMA 4D . Программа, главным образом, ориентирована на создание 3D -моделей в играх и фильмах, при этом на удивление легко осваивается новичками. Последняя версия приложения вышла в 4 вариантах, каждый из которых «заточен » под определенный вид трехмерной разработки (анимация, дизайн и т. д. ):

Цена этого редактора, по сравнению с конкурентами, также приятно удивляет.

Maya . Мощнейший инструмент в руках профессионала, который позволяет моделировать практически любой объект:

Многие известные киностудии используют данный редактор при создании анимации.

3D-моделирование из фотографий

Если вам требуется создать объемную копию объекта из реального мира, не следует конструировать всё с нуля, ведь можно воспользоваться фотографиями, на которых четко запечатлены основные детали. В серьезных проектах профессионалы для такой работы используют множество фотографий с различных ракурсов, а затем с помощью сложных программ комбинируют полученные данные в одно изображение.

Но как быть, если вы не обладаете необходимым опытом и знаниями, но хотите получить, например, трехмерную модель головы человека?

Создание 3D -моделей из фотографий возможно и без специальных знаний с помощью простых в освоении программ. Ниже приведены некоторые подходящие редакторы:

FaceGen Modeller . Данная программа активно применяется при разработке лиц персонажей для малобюджетных компьютерных игр. После того, как пользователь выберет подходящие параметры головы и лица, можно «наложить » фотографию человека:

При этом, для хорошего результата работы понадобится 3 изображения: 2 в профиль и 1 анфас.

FaceShop . Редактор используется для создания трехмерных лиц на основе фотографии. После загрузки качественного изображения, пользователю необходимо расставить опорные точки (кончик носа, уголки рта, зрачки):

Моделирование - один из наиболее распространенных способов познания биологических объектов. Посредством использования основных законов фундаментальных и прикладных наук этот метод позволяет определить и дать объяснение функциональной структуре исследуемого процесса, изучить его взаимосвязь с внешними объектами, произвести оценку количественных характеристик процесса.

Моделирование движений человека в таких областях, как спортивная биомеханика, робототехника, эргономика, физиология, реабилитационная и космическая медицина, применяется в целях:

Исследования зависимости нормы и патологии двигательных действий от процессов центральной и периферической нервной систем;

Помощи при диагностировании и коррекции нарушений опорно-двигательного аппарата (далее ОДА), при дальнейшей реабилитации;

Оптимизации условий рабочего места оператора системы моделирования;

Разработки системы рационального произведения двигательных действий спортсменов, позволяющей достигать поставленного спортивного результата.

Биомеханическая модель может быть основана, с одной стороны, на известных (или выведенных) об изучаемом двигательном действии теоретических положениях, с другой стороны - на результатах экспериментальных исследований, проводимых по медицинским и техническим методам, среди которых может применяться видеоанализ, электромиография, гониометрия и пр.

При построении биомеханической модели, согласно общей теории моделирования, должно быть использовано максимальное число параметров. Однако в таком случае модель может вызвать затруднения в ее восприятии и оценке. Соответственно, чем проще модель, тем меньше времени требуется на ее создание, в то же время при написании программной части снижается вероятность ошибок. Поэтому на начальной стадии моделирования необходимо определить основные и дополнительные параметры модели, так как путем исключения дополнительных параметров можно упростить модель.

Баланс между комплексностью модели (максимальное число параметров моделирования) и ее информационной значимостью определяется целями моделирования. В некоторых случаях излишняя подробность модели оказывается неуместной, так как значительно увеличивается время расчета такой модели.

Моделирование опорно-двигательного аппарата человека

В состав ОДА человека входят три системы:

Скелет (кости, суставы и связки, которые придают телу человека необходимую жесткость и противодействуют силе тяжести);

Мышечная система (мышцы и сухожилия, отвечающие за функции движения);

Нервная система (обеспечивает управление и контроль за процессом сокращения мышц).

Эти три системы объединены друг с другом анатомически и функционально.

Исходя из анатомических особенностей строения тела человека, антропоморфную модель можно создать по трем различным наборам анатомических систем: а) суставы и кости; б) суставы, кости, мышцы, сухожилия и связки; в) суставы, кости, связки и нервная система.

В случае построения максимально упрощенной модели за перемещение человека принимается перемещение общего центра масс (ЦМ) тела человека. Однако при таком подходе можно оценить только перемещение тела человека в целом, при этом неизвестным остается набор движений, в результате которых достигается перемещение общего ЦМ.

Учитывая особенности движения обособленных элементов тела человека, возможно составить более точное понимание о перемещении человека в целом.

Согласно первому приближениию в биомеханике при рассмотрении рабочей модели человека не учитываются детали анатомического строения и физиологические механизмы ОДА.

При этом биомеханической модели должны быть присущи основные свойства, которыми обладает объект моделирования. Кроме того, биомеханическая модель должна обеспечивать возможность применения современных методик исследования, в том числе аппарата теоретической механики.

Биомеханическая рабочая модель человека строится на основании следующих допущений:

Звенья биомеханической модели (в данном случае, части тела человека) являются абсолютно твердыми, это означает, что они не подвержены деформации ни при каких воздействиях;

Геометрические характеристики (длина, ширина и т.д.) и массовые показатели звеньев биомеханической модели соответствуют параметрам сегментов тела человека;

Звенья биомеханической модели посредством сферических или цилиндрических шарниров образуют соединения, обладающие идеальными кинематическими свойствами.

Системы антропометрического моделирования

В настоящее время проблема реабилитации и оценки функциональных характеристик человека является актуальной темой научных исследований (издаются целые журналы на эту тему, например «SportsMedicine», «SportsEngineering», «Medicine&ScienceinSports&Exercise»). Основные направления в данной области – это анализ движений, поиск зависимостей от способа тренировки человека ОДА.

В нескольких статьях указывается необходимость организации совместного анализа данных от разных типов измерителей (например, датчиков ускорения и температуры). Это позволяет организовать анализ взаимодействия разных систем человека, к примеру, костной и нервной.

Большое внимание уделяется удешевлению методик получения данных об ОДА. Это нужно для увеличения числа пациентов, которые могут получить высококвалифицированную помощь. Другая проблема - это смена методологической основы медицины, когда на первый план выходит не лечение возникших болезней, а предупреждение не только возможных осложнений, но и прогнозирование болезней на основе моделирования по индивидуальным антропометрическим данным. Прогнозирование особо важно в случае реабилитации детских патологий ОДА в связи с постоянным развитием и ростом детского организма. Таким образом, необходима разработка комплексной информационной системы интерактивного трехмерного представления работы элементов опорно-двигательной, сердечно-сосудистой и нервной систем органов человека в норме и патологии, в частности решение связанных с этим методологических, измерительных, вычислительных и визуализационных задач. Разрабатываемая при этом модель человека позволит реализовать для медицинских учреждений комплексный инструмент анализа, моделирования и прогнозирования развития патологий ОДА. Методологическая задача связана с анализом способов и методик индивидуализации модели человека, или техники корректировки параметров модели человека (длины костей, их начального взаимного расположения и т. п.) по измеренным данным пациента при минимизации времени работы с каждым пациентом (чем меньше будет производиться действий врача, тем лучше). Измерительная задача представляет собой необходимость компоновки и нахождения зависимостей статических биомеханических антропометрических данных человека (например, длина голени) с динамическими (например, рабочий угол сгиба левого колена), а также отражения этих параметров в модели. Вычислительная задача состоит в нахождении оптимальных параметров движения (например, перемещения центра масс человека), способных отразить тип и характер патологий ОДА, а также в оценке степени достоверности такого отражения при анализе реальных медицинских историй болезни ОДА. Визуализационная проблема состоит в наиболее удобном для врача способе отображения трехмерной модели ОДА, интерактивных функциях доступных при работе с нею, методиках хранения индивидуальных данных.

В настоящее время это затруднено, поскольку нет готовых решений, способных не только визуально представить модель человека, но и решить описанные выше проблемы.

Система Xsens

Одной из современных систем трехмерного моделирования движений человека является инструмент системы Xsens, который обладает возможностями визуализации (рис. 1) перемещений опорного скелета человека, т.е. скелета, наиболее точно передающего взаимные перемещения различных частей тела человека. Он разрабатывался в качестве дополнительного инструмента к измерительной системе Xsens на основе костюма с инерциальными датчиками (рис. 2), и поэтому не обладает ни анатомической точностью, ни широким инструментарием для использования в медицинской практике.

Рис. 1. Визуализация движений человека в системе Xsens

Рис. 2. Система трекинга движений человека Xsens (костюм

на основе инерциальных датчиков)

Основная проблема этой системы состоит в потере информации при преобразовании данных, если ее использовать в медицинских целях. Система в первую очередь производит измерения скорости и ускорения, с которыми перемещаются датчики на теле человека, по ним оценивается положение (первая потеря данных при интегрировании) проассоциированного с человеком скелета (так называемая палочная виртуальная модель), по модели скелета рассчитывается положение анатомического скелета (вторая потеря информации, т. к. не учитывается неточность взаимного пространственного расположения датчиков на теле, виртуальной и анатомической моделей при использовании людьми с разной комплекцией), по перемещению костного скелета рассчитывается работа мускулов и нагрузки на суставы и кости (третья неточность, так как не используются данные об индивидуальном антропометрическом строении каждого человека, которые можно получить при традиционных методиках измерения биометрии ОДА).

Несмотря на то что использование такой системы частично решает проблему визуализации работы ОДА, указанные неточности могут компенсироваться только дополнительными мероприятиями при обследовании пациента и подготовке модели к использованию, что существенно повышает время и трудозатраты персонала при работе с данной системой, а в некоторых случаях полностью нивелирует практическую значимость ее для врача.

Система Vicon

Наиболее широко в мире используется система Vicon (рис. 3), но применяется она, в основном, для исследовательских медицинских задач. Ее используют в некоторых медицинских центрах мирового уровня. Система позволяет выполнять массо-динамический и структурный анализ движения человека с использованием подключаемых измерительных систем.

Рис. 3. Проведение исследований с помощью системы Vicon

Ее недостаток аналогичен предыдущей рассмотренной системе - подсистема визуализации (рис. 4) является лишь дополнительным элементом к основной подсистеме измерения (оптический захват движения с помощью маркеров).

Основная проблема остается такой же, однако здесь нивелируются проблемы с интегрированием и оценкой взаимного расположения датчиков и виртуальной скелетной модели в связи с оптической природой измерения. Возникает проблема другого рода: для использования системы необходимо дорогостоящее оборудование и значительная площадь лаборатории.

Рис. 4. Визуализация движений человека в системе Vicon

Система AnyBody

Для увеличения функциональных медицинских характеристик предыдущих систем их часто дополняют системой AnyBody. Она представляет собой программное обеспечение, способное воспроизводить работу мускулов и костей при движении в виде трехмерной модели движения (рис. 5). Система подкрашивает мускулы в зависимости от усилий развиваемых ими при движении, а не участвующие элементы делает прозрачными (рис. 6).

Рис. 5. Трехмерная модель движения в системе AnyBody

Рис. 6. Трехмерная модель нижней конечности с графическим

выделением мышц по степени нагрузки системы AnyBody

Она приспособлена к встраиванию в различные измерительные медицинские системы, обладает более широким медицинским потенциалом, однако для решения задач комплексного анализа, моделирования и прогнозирования развития патологий ОДА ее недостаточно. Во-первых, отсутствует система корректировки модели по индивидуальным антропометрическим параметрам человека, измеренным по традиционным и/или новейшим методикам (основная и наиболее дорогостоящая в решении проблема). Во-вторых, отсутствует моделирование работы кровеносной и нервной систем человека при движении. В-третьих, отсутствует система документирования и ведения данных о пациенте.

Перспективный подход

Таким образом, основные методы моделирования ОДА используют кинематическое представление движения. Несмотря на то, что они достаточно хорошо позволяют описать движение костного скелета, при моделировании работы мышечной, кровеносной и нервной систем человека во время перемещения возникают проблемы, связанные с необходимостью расчета скоростей и ускорений частей тела человека. Кроме того, наиболее информативным анализом, при котором врачи могут получить большее количество параметров: цикл шага, рабочий угол сустава и т.п., представляется анализ ОДА не в статичном положении, а при наличии нагрузки - в динамике (например, при ходьбе), что однозначно говорит о необходимости динамического анализа.

Существующие системы рассчитывают работу мышц по перемещениям скелета и, не зависимо от работы мышц, нагрузку на костный скелет, тем самым, допуская, что мускулатура развита у всех в целом одинаково, что является крайне грубым приближением. В перспективе при построении систем моделирования ОДА человека в совокупности с кинематическим целесообразно использовать динамический анализ движения, что позволит сразу перейти к массо-силовому анализу (описывать работу через маятниково-пружинную модель движения) и находить взаимосвязи статических параметров ОДА и динамических (т.е. как влияет угол сгиба левого колена и длина голеней и связок на нагрузку на правый сустав колена). Это позволит подойти с иной стороны к вопросу о перераспределении усилий внутри группы мышц и через динамические характеристики описывать в трехмерной интерактивной модели взаимодействия костей скелета, мышц, кровеносных сосудов и нервных клеток человека.

Таким образом, основными направлениями развития современных систем моделирования ОДА могут стать:

Динамическое моделирование характеристик (например, работы мышц через понятия акселографии, работы сустава через понятия гониометрии и т. д.);

Интерактивные модели взаимодействия элементов опорно-двигательной, сердечно-сосудистой и нервной систем органов человека через понятия механики и динамики, гидродинамики и теории управления, соответственно;

Методики измерения антропометрических данных пациента;

Методики внесения изменений в модель, в соответствии с измеренными данными;

Встроенные подсистемы интерфейса удаленной работы с данными, хранения данных и документооборота и доступа к данным через Internet.

Во всем мире заболевания и травмы ОДА по распространенности занимают четвертое место вслед за болезнями систем кровообращения, дыхания и пищеварения. 12% населения страдают хроническими заболеваниями соединительной ткани и костно-мышечной системы. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) их количество ежегодно растет, и к 2020 г. может увеличиться до 20%. Вместе с этим возрастает потребность в новых современных разработках и технологиях, позволяющих учитывать индивидуальные особенности каждого пациента, проводить качественную диагностику и лечение.

Германия, США, Израиль являются одними из ведущих стран в области медицины и здравоохранения и важнейшими пунктами международного медицинского туризма. В этих странах лечению заболеваний ОДА уделяется большое внимание, медицинские учреждения постоянно заинтересованы в новых технологиях и современном оборудовании, на их территории расположено огромное количество ортопедических клиник, медицинских центров и отделений: в Израиле – около 70, в США – 1520, в Германии – около 2000.

Согласно данным анализа рынка предоставления реабилитационных услуг около 12% населения страдают хроническими заболеваниями ОДА. Болезни позвоночника даже в Швеции, стране с высоким уровнем благополучности, являются основной причиной нетрудоспособности 10-15% населения. По результатам исследования Национального центра статистики здоровья среди населения США на 1000 человек приходится 114,7 случаев травм, в основном травм позвоночника. По статистике ВОЗ в России каждый год регистрируется порядка 50 тыс. случаев, связанных с травмами позвоночника а также спинного мозга. Около 90% мирового населения в возрасте от 30 лет испытывают периодические боли в спине, причиной которых являются нарушения в ОДА. По данным экспертов, у 97% людей наблюдается мышечный дисбаланс, а 60-70% людей уже к 35-55 годам имеют клинические симптомы нарушений ОДА. В связи с увеличением количества лиц, имеющих проблемы с ОДА, по всему миру наблюдается повышение спроса на услуги реабилитации ОДА, в том числе позвоночника. Число таких центров невелико из-за дорогостоящего оборудования и программного обеспечения. Однако количество нуждающихся в подобных услугах растет в связи с малоподвижным образом жизни и старением населения.

Character Аrtist Данил Соловьев раскрывает таинство создания 3D моделей на примере юнита Heavy Archer для игры «Спарта: Война империй».

Обычно модель юнита «с нуля» создает Character Аrtist, но на этот раз решили поработать совместно с Сoncept Аrtist. Так что я получил пачку концептов, из которых мы вместе с арт-директором выбрали и утвердили тот, который наиболее подходил для данного юнита.

Прежде всего нужно понимать, насколько важен выбор силуэта, телодвижения (gesture) и какую огромную роль играет так называемые S-curve и С-curve даже на стадии T-позы и болванки. Многие думают, что эти параметры можно задать при постановке персонажа в позу. Отчасти это правда, но поспешу заметить: в таком случае персонаж не получится настолько же плавным и динамичным, как если бы мы установили данные характеристики в болванку (тело) персонажа изначально.

У нас был один шаблон тела для всех юнитов. Его разработал Вова Силкин, наш Team Lead. Имея ранее готовый образец, я начал набрасывать на него малополигональный 3D-макет для того, чтобы быстро представить силуэт и дизайн персонажа.

Таких вариантов было много, но разновидностей шлемов было больше всего, поскольку голова персонажа – очень важный элемент дизайна. После танцев с бубном мы все-таки остановились на этом варианте, попутно доделывая элементы, которые уже устраивали нас.

Наконец-то, утвержденный дизайн! Можно приступать к проработке деталей!
Почти вся работа над персонажем была выполнена непосредственно в программе 3ds Max. Так как мы делаем иллюстрации, а не модели для игровых движков, у меня было неограниченное количество полигонов и полная свобода в разрешении текстурных карт.
В итоге у меня получилось 1,5 миллиона полигонов и 10 комплектов карт (diffuse map, reflection map, specular map, normal map,displacement и opacity) разрешением 4096x4096. Один комплект приходился чуть ли не на каждый элемент персонажа, из-за чего в конце очень «тормозила» сцена. В таких случаях надо отключать отображение текстур во вьюпорте.

Возьмем, к примеру, висящий через плечо колчан. Он кожаный, следовательно, фактура колчана не может быть такой идеально гладкой, какой мы ее смоделировали под Turbosmooth. Чтобы избавиться от этого недостатка, накидываем модификатор Noise для придания эффекта мятой поверхности.

Уже выглядит более реалистично. Поскольку это грубая и толстая кожа, такой вариант нам вполне подходит.

Складки на кожаной окантовке сделаны экструдом граней внутрь на местах, где могли бы быть складки. Таким образом я делал кожаные окантовки на всех частях брони.

Далее идет болванка под стёганую кожу, которую мы загоняем в ZBrush (рис. 1). Там же разворачиваем болванку при помощи UV master для того, чтобы наложить на нее аlpha-map. Затем делим модель на максимальное количество полигонов. Открываем Noise в свитке Surface (рис. 2), жмем совершенно незаметную кнопку Аlpha on/off для загрузки вашей альфа-карты и включаем кнопку UV, чтобы карта проецировалась по UV-развертке. Если альфа-карта легла криво, то надо выровнять развертку и повторить сделанное. (рис. 3).

После этого выравниваем UV-развертку, чтобы альфа-карта ложилась прямо.
Теперь добавляем складочки кистью Dam-Standart.

Наручи и некоторые детали я слепил в ZBrush.
Фактура металла делалась точно так же, через Noise, только с использованием другой карты.
Когда я начал ваять морду льва, столкнулся с проблемой: наручи не симметричны. Поэтому пришлось лепить без симметрии. После трех неудачных попыток я наконец нашел элементарное решение для себя, вспомнив уроки рисования. Необходимо было расчертить таким образом:

Эта ситуация еще раз доказывает, насколько важно знать и помнить основы дизайна. Возможно, дизайнеры, привыкшие к Аctivate Symmetry, могут также допустить подобные ошибки.

Рассмотрим шаги создания наколенника.

1. Сначала я моделирую болванку в 3ds Max, покрывая тело. Смотрю, нравится ли мне ее пропорции и силуэт. На данном этапе этого достаточно.
2. Начинаю подбирать подходящий дизайн в ZBrush. В данном случае, полагаясь на знание анатомии человека, повторяя направления мышц и костей, мы получим красивые линии. Так, собственно, и делали древние греки, и не только они.
3. Только после того как мы убедились, что нам нравятся пропорции и дизайн, начинаем добавлять мелкие детали. Такой метод (от общего к частному) применяют везде.
4. Теперь, когда мы закончили работу над всеми деталями, можем переносить болванку в 3ds Max обратно. Я делаю иллюстрацию, соответственно, у этой модели нет ограничения в полигонах и картах.

Следовательно, я могу позволить себе авторетопологию ZRemesher – новую функцию ZBrush. Эта опция позволяет в считанные секунды, путем нажатия всего одной кнопки, сделать из миллионной сетки вот такую, как на картинке ниже, сетку в 5к полигонов, что для 3ds Max сейчас абсолютно несмертельно.

По поводу текстурирования я мало что могу написать, потому что он был сделан дедовским способом: в Photoshop. А о Photoshop всем и так давно все известно. Не обошлось все-таки и без Mudbox: в нем я всего лишь намечал маски для царапин и импортировал модель обратно в Photoshop. Данный способ я нахожу самым удобным в последнее время.
Все развертки были произведены автоматически с помощью UV master в ZBrush.
В этой работе я открыл для себя две новые вещи: Additional bump и правила нанесения узоров по краям. Собственно, они связаны между собой.

Мне хотелось нарисовать греческие узоры по краям таким образом, чтобы они чуть-чуть выступали над тканью.

Я не знал, как это лучше сделать, поэтому полез их лепить в ZBrush. Получалось жутко криво и долго. После еще нескольких неудачных попыток я в конечном итоге нашел выход. Итак, берем прямой орнамент.

Применяем к нему Edit>Puppet Warp – функцию в Photoshop, которая позволяет смять и согнуть изображение в любую желаемую форму.
Ставим опорные точки. И, зажимая каждую из точек, выгибаем орнамент в нужную нам форму. Нажимаем Enter – и готово.

Что касается создания материалов, то здесь ничего военного! Все регулируется картами, никаких мудреных настроек нет.
Немаловажно помнить, что некоторые металлы – золото, бронза – отливают желто-оранжевым цветом. Поэтому на Reflect надо кидать карту именно с таким оттенком, а не привычную нам черно-белую. На картинке показана схема освещения.

Выполнив рендеринг, мы получаем вот такой чистый рендер без постобработки.

В этой работе я убедился, что внимание даже к незначительным и практически незаметным на первый взгляд деталям – залог успешной работы, признак профессионализма и любви к своему делу. Мой рецепт таков: не спешить и всегда двигаться от общего к частному!

Этой статьей я начинаю серию уроков по органическому 3D-моделированию. Эта статья именно о принципах моделирования, т.е. абсолютно не зависит от особенностей вашего (любого) 3D-пакета. В серии статей будут рассмотрены такие темы:

форма,
пропорции,
полюса,
топология
и многое другое.

Существует огромное количество методов моделирования и все из них имеют свои достоинства и недостатки, так что нет такой штуки как "Самый лучший метод моделирования" .

Причина, почему я пошел именно по пути формы – она работает. А еще я всегда хотел стать скульптором. Перед тем как углубиться в детали, я люблю набрасывать черновую форму. Именно благодаря этому я достиг так много и поэтому решил написать эту статью, чтобы помочь начинающим в органическом 3D моделировании и показать им форму прежде, чем они начнут что-либо делать.

Первым делом я начал с формы головы и нарвался на разочарование, поскольку я пытался ее сделать без какой-либо справочной информации (без референсов - от английского reference), только используя свое воображение. Вместо того, чтобы набросать черновую форму, мой мозг был занят такими вопросами как: "Как много разрезов нужно? Почему? Где и Когда?".

Я переживал не только по поводу головы, но также по поводу глаз, носа и рта (а я к ним еще даже не добрался). Мой мозг был сбит с толку и я был в полном непонимании как же создать эту голову… до одного дня, когда я ухитрился набросать базовую голову из бокса и узреть… узреть момент истины ! Я был так возбужден, что решил повторить это снова! А потом еще и еще, до тех пор, пока мне это надоело и я не вымотался.

Оглядываясь назад, это выдается мне таким элементарным и простым. Все, что было нужно - это создать бокс и сделать пару срезов и правок!

Однако, если это так просто, то почему же я так долго страдал над этим? Можем ли мы все делать это без таких проблем, какие испытал я? Что ж, мой ответ - ДА! Но только если вы имеете для этого нужный склад ума . К примеру я, не имел, когда только начинал.

Что я понял сейчас, так это то, что когда мы изучаем 3D-моделирование , то мы как раз вообще не учим 3D ! Что мы действительно делаем, так это ищем подходящий "склад ума". Так что когда вы испытываете трудности в каком-то деле – это не значит, что у вас не хватает навыков или знания. Это все потому, что у вас нет нужного склада ума, чтобы сделать то, что вы пытаетесь сделать.

Как только вы перестроили свой ум, ваш рассудок возьмет верх и вы начнете делать вещи естественно. Поэтому это первая вещь, которую мы должны попробовать перестроить – склад ума.

Склад ума

Рисование профиля (контура): соединение точек

Этот маленький пример поможет вам перестроить склад ума.

Сначала просто посмотрите на это изображение. Теперь мы нарисуем профиль с помощью точек и соединим их. Если бы у вас было только две точки (на лбу и подбородке), чтобы соединить их. Как бы вы это сделали? Ответ: от лба к подбородку, поскольку другого пути просто нет.

Однако, если вы увеличите количество точек, то они не только позволят вам придать форму профилю более точно , но и позволят это сделать многими способами , а это уже приводит к формированию стиля (художественного).

Это очень важно держать в уме, когда вам нужно сделать разрезы или знать где их завершить.

Ключевой Разрез (КР) и Заполняющий Разрез (ЗР).

Поначалу мне было очень тяжело понять, где и сколько я должен сделать разрезов при создании той или иной формы. Поэтому я искал аналогию этому процессу. Этой аналогией оказалась Анимация .

В Анимации есть концепция Ключевых Кадров (КК). Если коротко, то это характерные позы персонажа в определенный момент времени . Эта концепция также включает в себя Промежуточные Кадры (ПрК), которыми заполняют временные интервалы между Ключевыми Кадрами.

Это не только убыстряет процесс, но и делает его проще . Чем больше у вас Промежуточных Кадров (заполняющих разрезов), тем более гладким и точным будет движение.

Если вы аниматор, то в вашей власти контролировать количество ПрК. Это очень похоже на резку полигонов в 3D.

Рисование большОго количества ПрК и управление ими всеми – это очень утомительная работа. То же самое касается перемещения большОго количества вершин в 3D – это очень трудоемко.

Идея, которая лежит за КР – это суставы. Когда моделер набрасывает черновую форму, то обязательно начинает с КР, которые всегда выглядят грубо. Если редактор, который вы используете, поддерживает кости, то воспользуйтесь ими, чтобы понять это. Сгибайте/скручивайте кости в суставах, чтобы увидеть вашу грубую форму в позах.

После того, как все КР готовы, у вас есть два варианта:

Сгладить модель.
Иногда я создаю КР, а потом просто позволяю коду, отвечающему за разбиение модели на большее количество полигонов (subdivision - разбиение), дорисовать вместо меня все ЗР. Недостаток в том, что это не выглядит реалистично. Поэтому следующим шагом является использование мягкого выделения, чтобы подправить форму. Иногда это позволяет сэкономить кучу времени (но это зависит от того, что вы моделируете).
Добавить ЗР вручную.
В большинстве случаев я предпочитаю ручную работу, поскольку так я могу контролировать количество ЗР и их местоположение.

Обращаю ваше внимание, что эта концепция с Ключевыми и Заполняющими разрезами годится не только для создания форм, но и для детализации вашего меша. КР и ЗР, созданные с помощью разбиения, это один из способов оптимизирования меша (ягодицы, бедра и т.п.). Также, иногда Заполняющий Разрез может становится Ключевым Разрезом в зависимости от того как посмотреть. Вы - творец, поэтому всё в вашей власти.

Важно еще то, что эта концепция также отлично работает для топологии/лупов (Ключевые и Заполняющие Лупы).

Основной и Заполняющий – это очень интересная концепция, поскольку ее можно применить почти ко всему! В следующий раз, когда вы будете смотреть на сетку топологии, попробуйте найти Ключевой Луп, поскольку каждая голова имеете хотя бы один такой.

Исходя из того, что я видел существуют такие топологии головы:

C-луп
X-луп
Е-луп
И куча других

Обо всем этом я расскажу позже, а сейчас сфокусируемся на форме.

Округление

Это наиболее частая ошибка всех новичков. Они создают Ключевые Разрезы, а потом Заполняющий между ними и все это оставляют без малейших изменений. Если вы не будете округлять ваши ЗР, то результат будет квадратным (неестественным, неорганическим) и придется потом хорошенько попотеть, чтобы это исправить. Если вы, каждый раз при создании очередного Заполняющего Разреза, вы будете его правильно подгонять под форму, то избавите себя от постоянных переделок меша.

Следование линиям формы (линиям тела, плавность линий).

Другая частая ошибка – это НЕ следование плавным линиям объекта. Помните, что это органическое моделирование, поэтому пытайтесь думать органически. Когда вы набрасываете такие части тела как хвост или тело, которое изгибается, попробуйте представить изгибающийся цилиндр. И создавайте блоки соответствующим образом.

Страх, спешка и сомнения

Это психический уровень проблемы, когда вы только начинаете 3D-моделирование.

Каждый раз, когда вы что-либо делаете впервые, вы испытываете большие трудности. Суть в том, что не нужно сдаваться! Через это проходят все . Редко можно встретить человека, который прошел этот начальный этап и не рассказывает, как он страдал.

Поэтому вот мой совет: легче, притормозите, тут некуда спешить. Попробуйте потратить месяц или два на игры с формой. Начните с таких объектов, которые позволят вам наделать кучу ошибок, к примеру, с существ. И просто практикуйтесь. Если получилось говняно – удалите и начните сначала.

Вначале у вас все будет получаться медленно, но по мере того как вы будете делать схожие задания, ваша скорость будет все время возрастать. Именно для этого нам и нужна практика, чтобы делать всё лучше и быстрее.

Когда вы создаете модель впервые - это может быть очень забавным процессом. Все из-за "взгляда на целое".

Возьмем, к примеру, человеческую фигуру. Скажем, вы начали с туловища и экструдом (extrude) вытягиваете его. Если у вас еще нет ног и рук/головы, то все это выглядит очень комично. Чтобы "это" выглядело как человек, вы должны доделать все оставшиеся части тела.

Так что не нужно терять интерес из-за страшного результата, не имея всех частей на месте. Вам просто необходимо доэкструдить все части тела и расположить их в правильных местах, только тогда "это" начнет выглядеть как человеческая фигура.

Практикуйтесь

Субъект моделирования

Сначала давайте поговорим о субъекте моделирования.

Если вы занимаетесь моделированием персонажей , то вы явно начнете с головы и будете спускаться вниз. Упрощенная голова, туловище, а потом руки и ноги. Через несколько недель вы поймете, что голова это наиболее простая часть тела, поскольку это всего лишь один блок, целиком видимый из одной точки. И все что вам нужно для моделирования это приближать (zoom) и отдалять её (голову).

Другие части тела (руки, ноги) будут вызывать больше сложностей, поскольку тут необходимо, чтобы вы вращали (rotate) и масштабировали (zoom) модель в окне проекции. А поскольку вы новичок в 3D, то большая вероятность, что вы не привыкли по полной программе использовать вращение, облет (spin), панорамирование (pan) и масштабирование в окнах проекций.

Поначалу, чтобы избежать ненужных трудностей используйте референсы. И уже когда набьете руку, попробуйте моделировать по памяти.

Создать впервые руку по памяти – это тяжело. Поэтому старайтесь сперва использовать справочные изображения/фотографии, а позже – память.

Зачем вообще делать по памяти? Да просто чтобы проверить, улучшилось ли ваше понимание формы руки (или другого объекта, что вы создаете).

Если вы моделируете разных существ , то тут такая же ситуация. Начинайте с головы, далее тело, а потом все ниже. Не ограничивайте себя, моделируя только какую-то одну часть. Прыгайте с одной части на другую (я, к примеру, так делаю), так у вас (благодаря смене вида деятельности) будет постоянно поддерживаться интерес к этому процессу.

Выдавливание (Extrude).

Перед тем как вы приступите к экструду таких частей как руки и ноги, вы должны знать, что существует всего два пути это сделать. Это связано с тем, как смоделировать угол.

Метод А, конечно же, более быстрый, но вы все равно, рано или поздно, вы придете к методу Б. Вы также можете преобразовать А в Б с помощью метода Располюсовки (об этом позже). Также обратите внимание на линию формы (красная).

Я видел много разновидностей метода А для создания реалистичной человеческой руки . В то время как метод Б подходит для нереалистичных персонажей , к примеру, мультяшных и подобных.

Если вам сложно поворачивать каждый раз, когда вы экструдите, то используйте метод А. Но это не имеет особого значения (какой вы метод выберите) поскольку вы можете конвертировать одну топологию в другую по ходу работы.

На этом первая часть статьи заканчивается. Можете задавать вопросы если что-то неясно.

Привожу в завершение несколько лучших .

Это мой перевод отличной серии постов от SomeArtist на subdivisionmodeling.com (которые были удалены, поскольку форум прекратил своё существование ).

Подпишитесь на обновление блога (вот ).

P.S. Варвар-черепаха на заглавной картинке сделан американцем Jesse Sandifer. Моделирование было выполнено полностью в Mudbox , потом вся сцена была собрана в 3ds Max и визуализирована силами VRay . Photoshop использовался для текстурирования и постобработки. Другие виды персонажа, а также обсуждение работы читайте