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.
Как появились воксели и почему мы так редко слышим про них сегодня
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.
Где используют воксели
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.
Видеоигры
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.
ПК-игры
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.
Кино
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.
Программы, в которых вы можете создать воксель-арт
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.
MagicaVoxel
- Цена: бесплатно.
- Платформы: Windows, Android и iOS.
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.
Qubicle Voxel Editor
- Цена: от 360 до 2030 рублей (зависит от количества дополнительного контента).
- Платформы: Windows.
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.
Goxel
- Цена: декстопные версии бесплатно, мобильные — платно.
- Платформы: Windows, MacOs, Linux, Android (499 рублей), iOS (~5 долларов).
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.
Magica Voxel и Magica CSG — просто чудо. Позволяют в творческом режиме без задней мысли рисовать по вечерам и малой кровью делать супер-красивые картиночки. И бесплатно!
Очень люблю работы указанной в посте https://lynkfire.com/MadMaraca
Я и сам балуюсь, жаль времени мало.
И правда чудесно!:З
Можете помочь, не получается найти в Android market Magica Voxel. Качать с их сайта?
круть)
Magica CSG уже можно юзать для геймдева? Он ведь 3D модельки делает?
воксельн проги пиздаты тем, что можно что то строить в 3D ничего не понимая в 3D. Майнкрафт без майна и с др масштабом (в нем тож можн в масштаб, но не так удобно)
Писать про воксели и не вспомнить К-Д Лаб, Вангеры и Периметр?
А Вангерах точно воксели были? Читал на Хабре, там вроде немного другая технология была.
И ВоВ, с его динамическим небом.
Все понимают, что ваши материалы это #промо, но вы делаете свои материалы довольно полезными) Но до полноценных лонгов, которые можно добавить в закладки вам еще далеко, хотя я надеюсь их однажды увижу ;)
Посмотрите другие наши материалы, возможно, что-то и Вам захочется добавить себе в закладки 🤗
Мари очень крутая и очень отзывчивый человек.
Так что велкам к нам в тусовку там очень и очень много талантливых людей, куча гайдов и советов
https://discord.gg/ZcPP97tF
О, коллега)
Эх, у меня куча незаконченных сцен, и после начала всем известных событий совсем нет вдохновения завершить их.
Эх, где бы только время найти на все хотелки и на всё, что интересно и хотелось бы как минимум попробовать...
1. >изображение создается из 3D-кубов
Не верно. Да, кубы используются часто, но воксель — это лишь кордината точки в сетке определённой формы.
В той же MV есть несколько режимов визуализации.
Чувствуется, что автор не в теме: упомянуть медицинское применение и не упомянуть алгоритм шагающих кубов…
2. >в блендере
Там есть воксельная обработка, но работы с вокселями как таковой нет, визуализация в трисы. Можно задействовать отдельные модули/аддоны/сборки. Нетрисовая визуализация в принципе есть у облака точек.
3. >в играх
Подавляющее большинство современных игр лишь хранит информацию в воксельном формате, иногда информацию о свете и дымке. Но вот визуализирует твёрдые тела во всё те же треугольники.
Куда реже есть какой-нибудь рэймаршинг/сегмент-трейсинг или визуализация 2д-квадратом, размером с воксель, например в «Build and Shoot»
В старом Blood окружение рисовалось в вокселях, а не в трисах.
Перевод в треугольники в том же Teardown адски нагружает видяху.
4. >симуляции
Разумеется, объёмные данные для воды и дыма удобно хранить в вокселях или считать с ограничением пространственного разрешения. Но в финале двигаются не воксели, а меш или точки со свободными кординатами. Там весьма всё хитро устроено (хранение скоростей потоков). Но воксельная сетка статична, как правило, и в голом виде не годится для визуализации анимаций/симуляций
Ну и раз такая пьянка, пару старых моих работ. Давно за воксели не брался.
в старом Blood воксельным было не всё окружение, а предметы, которые можно подобрать, ключи, оружие, всякое такое, и, очень редко, какие-то предметы окружения — например, надгробные камни на кладбище, если правильно помню.
п.с. не всё то воксели, что кубики. Видите деформирующиеся кубики — это почти 99% не воксели.
Видите наклоняющиеся кубики — 90% это не воксели, либо воксели внутри локального подпространства (разрушения в teardown).
Физика и плавное смещение частиц относительно друг друга — не воксели. У вокселей жёсткая сетка.
И напротив, если это не кубики, но при этом выстроены по регулярной сетке, то вполне может быть, что воксели.
Ещё в копилку воксельных игр: Industries of Titan. https://store.steampowered.com/app/427940/Industries_of_Titan/
Её арт-директор - известный воксельный художник под ником Sir Carma https://www.behance.net/sircarma
А создатели Cloudpunk сейчас делают новую игру в своей вселенной.
Воксели, если не путаю, использовались в отечественных играх "Вагнеры" и "Периметр. Геометрия войны".
«Вангеры» только. Да, честные воксели для ландшафта, благодаря чему он мялся. Но машинки полигональные вроде. Периметр тоже (разработчик, вроде, один)
Ещё не очень недавно вышла игра с вокселями - CloudPunk. Но там скорее стилизация) однако смотрится так же
Спасибо, что поделились информацией)
Там изначально в вокселях всё сделано, но в игре наверное полики с текстурами.
Отдам свой голос за Qubicle. По функциональности и удобству, даже версия 2016 года, просто в разы превосходит Magica Voxel. И да, это ИМХО. Я понимаю, что все инструменты на любителя и удобство зависит от тех инструментов, к которым человек привык, но настоятельно рекомендую пробовать именно Qubicle. Если не ошибаюсь, это было первое приложение, которое я купил в Стиме.
В своё время брал максимальный комплект продуктов от Quixel когда ещё программы продавались не в стиме, после выхода в стиме разработчики любезно перенесли все мои покупки, кроме дополнительной профессиональной лицензии, но все равно приятно от такой клиентоориентированности.
В Qubicle к слову можно переводить 3д модели в воксели один кликом мышки, чутка урезано по сравнению с предыдущей не стим версией где можно было настраивать масштаб кубиков и подгружать картинки, но все равно, даже сейчас это прикольная вещь для творчества.
Благодарим за информацию!)
Воксели - лучшие!
Странно, что не упомянули воксель скульптинг в 3d coat
С одной стороны не воксель-арт, а с другой да, воксельный подход играет охренительно важную роль там!
В одной статье невозможно упомянуть всё всё, поэтому мы благодарны и рады тому, что наши подписчики делятся фактами в комментариях!)
Простите, но вы сайт перепутали, у нас тут такое не принято
Что именно не принято?
я давно ищу удобную и не перегруженную прогу для анимации вокселей и пикселей, может кто то подскажет что то кроме фотошопа и блендера?
voxedit посмотри, но я бы не назвал ее удобной.
В свежих версиях MV анимация есть. Но это именно повоксельная анимация.
Хочешь свободно двигать как объекты — Блендер.
Для пикселей классика — Graphics Gale например, про Aseprite сказали.
Когда уже у Смирнова появится курс по пиксель арту?
Когда появятся специалисты по пиксель-арту, очевидно.
Возможно, когда-нибудь 💖
Из воксельных игр - Dual Universe =)
Teardown прекрасна
Пасаны, так для заметки скажу, что кто шарит в вокселях и в voxedit может для метаверса sandbox гифку склепать и получить возможно жирную награду. Ещё 3 дня ивент будет идти, я не умею, вот кому интересно говорю. ссылка на ивент
https://sandboxgame.medium.com/easter-voxedit-contest-c72ebb92aee9
Сэндбоксгейм — нфтпомойка очередная. Желания им помогать нет. Первый спад рынка уже пошёл. Будут ещё.
О, а у нас как раз собственноручно разработанный воксельный движок, на котором делаем игру)