Что такое воксели — и в каких программах вы можете создать воксель-арт

Рассказываем, как воксели пришли в рисование из медицины, и, хотя им пророчили будущее 3D-визуализации, стали инструментом для стилизованной графики.

В 2D-изображениях, если достаточно увеличить масштаб, вы сможете увидеть крошечные квадраты разных цветов — пиксели. Из их комбинации составляется цельное изображение.

Воксели [c английского «объемный пиксель»: volume + pixel] ведут себя очень похоже, их даже называют 3D-аналогами пикселей. Если не уходить в сложные технические рассуждения, то разница между пикселем и вокселем в том, что у вокселя есть дополнительная ось Z, которая позволяет ему располагаться в трехмерном пространстве.

На DTF есть подробная статья с фундаментальным объяснением разницы между вокселями и пикселями (и не только). Мы не будем так глубоко уходить в детали. Мы поговорим об истории вокселей, где они используются и в каких программах с ними работают.

Использовать воксели начали в медицине. В 1973 году Годфри Хаунсфилд разработал компьютерную томографию на основе рентгеновских лучей (КТ). Это было одним из первых применений объемного моделирования в медицинской визуализации. За это в 1979 году он получил Нобелевскую премию по физиологии в медицине (вместе с Алланом Кормаком «за новаторскую работу в области компьютерной томографии»).

В 1992 году воксели начали использовать в видеоиграх. Comanche: Maximum Overkill — первая коммерческая игра, в которой применялась воксельная технология. Вся местность Comanche — рендеринг на основе вокселей. На тот момент такой способ обеспечивал гораздо более реалистичное и подробное представление местности, чем векторная графика и полигоны того времени.

По сути, воксели в 3D выступали за частицы, из которых состоит реальный физический мир, поэтому уже тогда объекты выглядели правдоподобнее полигональных. Но на их обработку требовались слишком большие мощности, которых на тот момент не было.

У полигонов в этом плане было преимущество — они требовали меньших мощностей и алгоритмы рендеринга были проще. Поэтому с начала 2000х большую часть процессоров создавали, ориентируясь на полигоны. Сегодня воксельные объекты с высоким разрешением многое оборудование просто не выдержит. Хотя некоторые технологии все же разрабатывают, например Atomontage.

Но пока полигоны «побеждают», и удел вокселей — стилизация.

Воксель-арт — это направление цифрового искусства, в котором изображение создается из 3D-кубов. Работы с использованием вокселей стали популярными среди художников по всему миру из-за их приятной эстетики.

Воксели пользуются определенной популярностью в игровой индустрии, особенно в мобильных играх, например Crossy Road и Shooty Skies.

Еще одна популярная мобильная игра, в которой используют воксели, это Monument Valley.

Игр на ПК, где используются только воксели, немного. В основном разработчики комбинируют их с полигонами. Например, в No Man's Sky планеты и луны сделаны на основе вокселей, а персонажи и корабли — полигональные.

В Roblox ландшафт также сделан из вокселей.

В 2020 году в Steam вышла Teardown — одна из немногих полностью воксельных игр.

Популярнейшая игра Minecraft — интересный пример. С одной стороны, ландшафт в Майнкрафте создан из полигональных кубов, что формально не является вокселями. С другой стороны, Minecraft хранит карту в виде воксельной сетки, но для рендеринга использует полигональные меши.

Наверное, самый известный воксельный фильм — комедия 2015 года «Пиксели». Создатели вдохновлялись одноименной короткометражкой Патрика Джина 2010 года. Правда, в ней культовые персонажи выглядели гораздо проще.

Все визуальные эффекты фильма созданы с помощью вокселей. Сначала команда создавала простые модели персонажей с плавным шейдингом и базовыми ригами. Затем вокселизировали их в Houdini.

Многие художники любят воксели не за потенциал создания гиперреалистичных сред, а за пиксельную эстетику и ностальгию. Преобразовать модель в воксельный объект можно даже в Блендере. Но обычно художники предпочитают создавать 3D-модели в специальных редакторах.

Самое популярное ПО для воксель-арта. Большинство воксельных проектов на Artstation созданы именно в этой программе. У Magicavoxel большое комьюнити с десятками бесплатных уроков (и не только по MagicaVoxel).

Десктопная программа экспортирует файлы только в формате .OBJ, мобильная версия Mega Voxels Play позволяет экспортировать в разных форматах, в том числе .OBJ и .VOX.

Плюсами программы называют понятный интерфейс, большой набор инструментов и отсутствие подписок и лицензий.

Менее популярная программа, продается в Стиме. На официальном сайте можно скачать и бесплатную версию, но с ограниченным набором функций.

Из плюсов программы называют большой набор инструментов и поддержку большого количества форматов для экспорта и импорта.

Среди плюсов программы пользователи отмечают простой и понятный интерфейс, доступность на многих платформах (особенно Линукс) и экспорт во многих форматах, включая Magica Voxel, Qubicle, glTF2, obj, ply, build engine.

Еще больше программ с их плюсами и минусами можно найти здесь.

Напоследок — пример фотореалистичной пиксельной анимации волн. Для этой симуляции художник задействовал большое количество частиц, поэтому волны выглядят реалистично, а точно смоделированная гидродинамика [сцена создана в Houdini] приводит к их нужному взаимодействию, напоминающему реальное поведение воды:

Текст написала Хлебко Юлия, автор в Smirnov School. Мы готовим концепт-художников, левел-артистов и 3D-моделеров для игр и анимации. Если придёте к нам на курс, не забудьте спросить о скидке для читателей с DTF.

#воксели #воксельарт #3d