UV Развёртка: ААА-Пайплайн 4/7. Самый полный гайд

Это четвёртая из семи статей из цикла про этапы пайплайна.

Вступай в группу в ВКонтакте и группу в Фейсбуке, чтобы не пропустить следующий выпуск!

Прошлая статья была про сетку.

Сегодня статья посвящена третьему этапу пайплайна — UV развёртке.А следующие статьи будут про запечку, текстуры и подачу.

Сейчас мы разберём:

— Что такое развёртка, как её сделать

— Как развёртка влияет на поведение текстур

— Самые частые ошибки на UV и к чему они приводят

— Целый ряд советов по правильной работе и оптимизации развёртки

Ты узнаешь про то, что такое тайловое пространство, как с ним работать, как правильно разворачивать сложные формы. Увидишь, как в дальнейшем развёртка поможет в текстурировании модели. Узнаешь про особенности развёртки моделей как части ААА-пайплайна (т.е. разработки моделей именно для топовых компьютерных игр).

Приступим!

3D модель, по определению, сделана из объемных форм. На любой объект в редакторе можно положить материал, выбрать его цвет и настроить блик. Но положить текстуры на 3D объекты нельзя до тех пор, пока ты не сделаешь развёртку. Программа просто не знает как накладывать плоскую текстуру на геометрию.

Отсюда возникает отдельный этап пайплайна — UV развёртка.

В оригами ты делаешь из плоского листа бумаги объемный объект.Развёртка делает то же самое, но наоборот — из объемного делает плоское.

Развёртка для видеоигр всегда делается из лоуполи модели, про которую мы писали в прошлой статье.

Кстати, в мультфильмах и иногда в кино мапят хайполи с технологией pTex, которая позволяет текстурить модель без развертки, но это отдельная история. Если ты разрабатываешь модель для компьютерной игры, то разворачивается всегда лоуполи.

Давай разбираться, что это и как это работает!

В любом 3D редакторе есть инструментарий для работы с UV.

Базового функционала той же Maya хватит, чтобы сделать развёртку даже для очень сложной модели. Но для удобства и редких фишек (например, отрисовка паддинга) иногда используют отдельные программы, созданные исключительно для работы с UV. Лично мне нравится работать в UV Layout. Есть ещё популярная программа Rizom UV.

У примитивов в редакторах есть развертка по умолчанию, но для мапинга сложных форм нужно воспользоваться функцией авторазвёртки.

Как ты видишь на картинке, у куба есть 8 точек и 6 квадратных полигонов. Теперь посмотри на развёртку, и увидишь, что на развёртке тоже 6 квадратов.

Но количество точек на UV больше, чем на самой модели — на развёртке их целых 14. Чтобы понять, откуда они появились, выдели на кубе одну точку, и увидишь, что на развёртке выделится сразу несколько точек.

На самом деле, на пересечении полигонов происходит следующее:у каждого вертекса, помимо положения в пространстве и нормали (смотри прошлую статью), есть ещё один параметр — положение этого вертекса на UV.

В общем, если на самой модели ты видишь одну точку, то на UV при её выделении может появиться сразу несколько точек и каждая из них будет принадлежать полигону, который с ней связан.

Главное сейчас, чтобы ты понял — каждый полигон имеет своё место на UV как плоский объект, чтобы программа знала как класть текстуру на геометрию.

Итак, ты понял, что развёртка нужна тебе, чтобы текстурить модель. И каждый полигон твоей модели должен присутствовать на развёртке.

Очень скоро ты узнаешь, как положение объекта на UV влияет на поведение текстур. Так что идём дальше!

Давай для примера возьмём кузов от нашего грузовичка.Наложим на него текстуру дерева.

Первым делом, давай сделаем авторазвёртку:

Давай выделим на модели одну из дощечек и перенесём на UV вправо:

[ Свойство 1 ] Изменяешь положение объекта на UV — изменяешь положение текстуры.

Кстати, все объекты на UV называются UV шеллы (UV shell).

[ Свойство 2 ] Так вот, поворачивая шеллы, ты поворачиваешь текстуру на геометрии:

Измени размер UV шелла, и посмотри как изменились текстуры на объекте:

[ Свойство 3 ] Изменяя размер на UV, ты меняешь размер текстуры на модели.

Если гифок оказалось недостаточно для понимания, в этой статье мы добавили несколько наших видеоуроков про UV.

Это было краткое интро про то, что такое UV. Прежде чем мы пойдём дальше, к техническим нюансам, давай разберёмся, как текстурится модель, если у неё правильная развёртка.

Открой Substance Painter или любую другу программу, которая создана для работы с текстурами. И загрузи в неё свою модель с развёрткой.

Если всё нормально, то красить будет одно удовольствие:

Но иногда встречаются странные вещи:

Что происходит? С кистью творится что-то очень странное!

Ответ лежит в UV. Для примера мы специально немного его попортили, чтобы ты увидел, как косяки на UV напрямую влияют на твои текстуры. А плохие текстуры испортят любую хорошую модель.

Без теории не обойтись.Когда ты разворачиваешь объекты на UV, есть 2 пути:

1) Сделать уникальный мапинг.

2) Сделать тайловый мапинг.

Прежде чем разбираться с каждым из них по отдельности, обрати внимание на следующее: на UV пространстве много квадратов. На самом деле, они бесконечны.

Но нас особенно интересует именно первый квадрат на UV, который находится от 0 до 1. Имменно на него накладывается текстура, а на всех остальных квадратах текстура просто повторяется (про UDIM-ы сегодня говорить мы не будем)

Если ты разворачиваешь модель на UV так, что все объекты находятся в первом квадрате и не выходят за его пределы, это называется уникальным мапингом.

Делая hard surface или персонажей для игры, тебе нужно делать именно уникальный мапинг. А для объектов окружения, ландшафтов и зданий часто используется тайловый мапинг, хотя там тоже не всё так просто.

Давай начнём с уникального мапинга.

Как ты помнишь, один материал имеет всего лишь одну единственную текстуру. И она полностью растягивается на первый квадрат UV.

Теперь представь, что мы хотим замапить наш грузовичок. У него есть текстура с деревом для кузова и текстура с крашеным металлом для кабины (хотя на самом деле их гораздо больше).

В принципе, мы можем не заморачиваться. И сделать 2 материала. Один под дерево, другой под крашеный металл. И уже мапить объекты на эти 2 материала.

Но есть нюанс. Каждый новый материал — это лишний вызов отрисовки (draw call), который нагружает игровой движок. А мы моделим грузовичок для игры. Нам крайне важно использовать минимальное количество ресурсов.

Поэтому, вместо того, чтобы плодить кучу лишних материалов, мы делаем всего один материал. Сначала мы разворачиваем все объекты на UV, потом кидаем в фотошоп или Substance Painter и красим эти элементы по отдельности.

На выходе мы получаем одну единственную квадратную текстуру, сделанную специально для нашей модели.

Это и называется уникальным мапингом. Это технология, которая заключается в следующем:

— Мы мапим все объекты на UV только в первый его квадрат. Ни один из шеллов не выходит за его пределы, и шеллы не пересекаются (кроме оверлапов, о которых поговорим сегодня чуть позже).

— Объекты покрашены по-разному (кузов деревянный, кабина из крашеного металла). Причём это не повторяющиеся, а уникальные текстуры.

— Но на выходе мы имеем одну единственную текстуру (не считая карты нормали, рафнеса и металнеса, но об этом в статье про текстуры) и один материал, тем самым экономим ресурсы игрового движка.

Как ты уже знаешь, квадраты на UV бесконечны. Это значит, что текстура, которую ты положил в первый квадрат будет повторяться бесконечное количество раз. Это бесконечное повторение текстур называется тайлом.

Тайловый мапинг очень часто используется для развёртки зданий, предметов окружения и ландшафтов.

Представь, что мы хотим сделать развёртку этого дома:

Сначала мы создаём материалы с бесшовными текстурами.Потом кладём их на геометрию с помощью авторазвёртки (box maping).

И так делаем для каждого из объектов. Для стены дома — один материал с кирпичной кладкой. Для прилавка — другой материал с текстурой дерева. И так далее.

Ещё один момент — при тайловом мапинге сами UV шеллы могут выходить за пределы первого квадрата UV. Это нормально.

Зачем это нужно? Представь, что у тебя есть бесшовная текстура с кирпичом. Если развёртка всех стен будет в первом квадрате, то кирпичи будут слишком крупными (как ты можешь увидеть на гифке). Так как текстура с первого квадрата бесконечно повторяется, а у текстуры нет швов — мы просто меняем размер шеллов на UV и подбираем подходящий для нас размер.

В автомапинге не так важно как выглядит UV развёртка. В отличие от уникального мапинга, нет смысла умещать все шеллы внутри первого квадрата и экономить пространство на UV. Главное, чтобы текстуры выглядели аккуратно и без потягов.

Надеюсь, что сейчас ты понял разницу между уникальным мапингом и тайловым.

Вот так выглядит наш дом после развёртки и текстур.

Говоря про тайловый мапинг, есть один важный момент насчёт текстур.

Если ты не хочешь, чтобы при повторении текстуры были швы — используй тайловые текстуры, то есть текстуры без швов.

Ты далеко не первый, кому они нужны, поэтому есть целый ряд библиотек с тайловыми текстурами. Вот несколько полезных сайтов, где ты их найдёшь:

— textures.com

— texturehaven.com

— poliigon.com

— quixel.com/megascans/library

Но есть нюансы. У нас в сцене есть несколько разных фруктов.

Как ты знаешь, каждый из материалов — это отдельный вызов отрисовки в игровом движке. Чтобы сэкономить ресурсы и не создавать под каждый из фруктов отдельный материал, мы сделали следующее: мы нарисовали одну текстуру и замапили на неё все фрукты. На самом деле это не сцена для игры, а демонтрация технологий, в игре мы бы почти все не тайловые текстуры засунули в один атлас, сделали бы его плотнее и аккуратнее.

Атласы — это один из приёмов, которые часто используются в видео играх. Есть ещё тримы, но про них чуть позже будет в этой статье.

Раз речь зашла о текстурах, есть ещё один момент, который нужно знать.Лучше всего работать с квадратными текстурами.

Во всех программах на данный момент все текстуры растягиваются и полностью занимают первый квадрат на UV. Поэтому если текстура прямоугольная, то она растянется до квадрата.

Иногда для экономии видеопамяти используют прямоугольную текстуру (например 1024х512 или даже 2048х256. Да, так тоже бывает!) Такая текстура все-равно растягивается до квадрата, и для неё очень важно правильно растянуть развертку.

Кстати, насчет разрешения текстур: из-за особенностей цифровых вычислений, разрешение текстур всегда стараются делать кратными степени двойки. То есть сторона текстуры может быть 32 пикселя в ширину. Или 64, 128, 256, 512, 1024, 2048 или, даже, 4096 пикселей. Как я писал выше, текстура может быть прямоугольной, например 512х256, или 512х128, но, как правило, их делают квадратными.

Текстуры кратные степени двойки заполняют целые ячейки видеопамяти. Если вместо текстуры 1024х1024 засунуть в движок текстуру размером 1000х1000 — она не заполнит всю ячейку видеопамяти, её обработка потребует чуть больше ресурсов от видеокарты, и из-за такой мелочи игра чуть-чуть потеряет в производительности. Эти потери очень несущественны и почти не заметны, но рендер видео игр — это всегда борьба за оптимизацию, и поэтому все разработчики игр ни секунды не сомневаются, что текстура в 1024х1024 лучше текстуры в 1000х1000.

Совет: старайся использовать квадратные текстуры. Если все-таки нужны прямоугольные — помни правило, о разрешении кратном степени двойки.

Про текстуры пока что всё, давай вернёмся к UV, ведь про текстуры у нас будет отдельная, не менее огромная статья :)

Сейчас мы разберём несколько приёмов, которые всегда используются при работе с UV. Они помогут сэкономить пространство и упростить процесс текстурирования.

Трюки при работе с UV:

Если на твоей модели есть одинаковые элементы, например, болты на обшивке, то на UV их можно размапить на один и тот же UV shell. Просто посмотри видео, там всё рассказано:

Симметричные объекты также можно оверлапить.Про это ты можешь узнать больше в этом уроке:

Дальше нас ждут тайлы, тримы и атласы.Они часто используются для объектов окружения, зданий и ландшафтов. Но, например, тайлы иногда бывают очень полезны и для hard surface моделей, и персонажей. Давай узнаем что это такое.

Как ты помнишь, текстура из первого квадрата UV повторяется бесконечно на все другие квадраты, и это называется тайлом.

Тримы используют это бесконечное повторение, чтобы более эффективно использовать ресурсы игрового движка.

Тримы — это те же тайлы, но повторяются они не во все стороны, а только по одной оси.

Трим дерева на лестнице. С атласом тримов мы можем размапить лестницу любого размера, и на ней никогда не будет швов.

Есть история, как крутой моделлер покрасил целый игровой уровень, используя всего 2 атласа. Как он это сделал, мы рассказали в этом уроке.

Итак, ты уже много узнал про UV, но это далеко не всё.

Важно не только уметь разворачивать объекты, но и проверять UV на косяки. А по ходу работы их будет много. Давай разберёмся, как это сделать?

Помнишь нашу гифку, где при покраске модели творились странные вещи. Давай ещё раз на них посмотрим:

Такое происходит, когда у тебя есть ошибки на UV, например, текстуры могут растянутся, это называется «потягами на UV». Помимо потягов есть ещё несколько ошибок, которые мы разберём в этой статье чуть позже.

Хорошая новость — во всех программах есть «чекер». Это текстура с шахматной доской, которую используют для проверки развертки.Он выглядит вот так:

Идеальная развертка — когда все квадраты чекера ровные.

Запомни, когда ты сделал развёртку, обязательно проверяй чекер.Если нашёл ошибки — исправляй!

Кстати, в программах есть функция, которая поможет тебе быстро исправить ошибки на UV.

Unfold есть во всех программах.

Если ты увидел, что чекер неровный — жми волшебную кнопку.Программа всё исправит.

Но ей тоже нельзя доверять на 100%. Сложные формы анфолд не сможет исправить, и придется резать UV.

Как ты уже понял, взять свою лоуполи, сделать авторазвёртку, а потом нажать Unfold — это далеко не всё. Тебе нужно выбрать способ мапинга твоей модели, правильно развернуть все элементы, сделать оверлапы, если они необходимы, уместить все шеллы внутри первого квадрата (и ещё много всего другого).

Работы много, и плохая развертка может попортить жизнь на текстурировании, поэтому UV — очень важный этап пайплайна.

Сейчас ты понял основы работы с UV.Давай подведём небольшой итог, что конкретно ты должен сделать на этом этапе пайплайна, чтобы с текстурами не было проблем.

Тебе нужно:

Прежде чем ты получишь целый ряд советов по правильной работе с UV, давай разберём самые частые ошибки новичков.

Если видишь нечто подобное — исправляй через Unfold.Если он не поможет — исправляй руками.

Кстати, у нас есть классный урок на эту тему:

Здесь мы много писать не будем — и так всё ясно.

Чтобы ты понял, почему квадраты чекера могут быть разного размера, тебе нужно знать, что такое тексель.

Тексель — это количество пикселей на метр (или сантиметр, или дюйм — в зависимости от проекта).

Тексель показывает, насколько детальной будет текстура.В шутерах тексель высокий, так как игроки могут сильно приближаться к объектам. В играх от 3 лица тексель немного ниже, а в стратегиях тексель еще ниже.

Очень важно, чтобы объекты переднего плана имели одинаковый тексель. А объекты среднего и дальнего плана зачастую имеют более низкий тексель, так как им не нужна такая высокая детализация.

Если рядом находятся объекты с разным текселем, то один будет выглядеть очень детализированным, а второй — мыльным. Поэтому на проектах следят за текселем, чтобы картинка была гармоничной.

Как тексель связан с UV?

Когда ты правильно сделал развёртку, квадраты чекера будут одного размера.Если ты сделаешь один из шеллов меньше, то квадраты чекера увеличатся, а тексель уменьшится.

Теперь важный момент.

Если ты моделишь грузовичок, то хорошая практика — на днище грузовичка сделать тексель меньше, потому что игроки вряд ли его увидят в игре. Тем самым ты сэкономишь место на юви для чего-нибудь более важного.

Запомни — изменять тексель нужно осознанно.

Когда ты меняешь тексель, ты должен точно понимать, зачем ты это делаешь.

Подробнее про тексель мы рассказали в этом уроке:

Текстуры дороже геометрии, поэтому текстурное пространство очень ценно.Мы стараемся заполнять его как можно плотнее, чтобы максимально эффективно использовать данные нам ресурсы.

Никогда не пересекай UV шеллы. Это приведёт к артефактам на текстурах.

Исключения из этого правила — оверлапы.

В них ты осознанно накладываешь шеллы друг на друга. Зачем это нужно, мы уже писали в этой статье.

Когда объекты не идеально лежат друг на друге, могут появиться швы или некрасивые артефакты на текстурах.

Всегда проверяй оверлапы, которые делаешь.

С частыми ошибками разобрались.Пришло время понять, как правильно работать с UV.

У меня есть целый ряд рекомендаций на этот счёт. Прежде чем ты их прочитаешь, посмотри, в каком порядке я обычно делаю развёртку:

Этот порядок действий не универсален. У каждого моделлера свой подход, но суть примерно та же. Если ты не мастер UV, то лучше сохрани этот небольшой чеклист для самопроверки.

Большие стенки нужно обрезать, иначе могут появиться потяги на UV.Ты сразу увидишь — в таких местах чекер будет неровным.

Давай разберём этот момент на примере нашей модели.Если мы просто сделаем авторазвёртку этой детали, то мы увидим потяги:

Что делать? В UV редакторе есть функция Cut. Просто сделай разрезы на больших деталях:

На торцах остались артефакты, отрезай их в отдельные шеллы:

В результате мы избавились от потягов, сделав всего 3 разреза (кстати, очень важно делать как можно меньше разрезов на юви — так на текстуре будет меньше швов):

Вывод: разрезай на UV сложные формы.

Когда делаешь UV, твоя задача на старте — сделать чекер везде ровным и получить квадратики чекера одинакового размера.

Если ты увеличиваешь или уменьшаешь размер шелла на UV, то размер квадратов чекера тоже меняется.

Давай разберёмся, когда и зачем нужно изменять размер шеллов?

Когда разрешение текстур можно уменьшить?

На деталях, которые не видно игрокам. Пример — днище автомобиля. Игроки его не видят, поэтому ты можешь сэкономить ресурсы и изменить размер объектов на UV. И чекер в таких местах будет меньше, чем у всей модели.

Это делается для того, чтобы сэкономить бесценное юви пространство.

Когда разрешение текстур можно увеличить?

Обычно его увеличивают в самых важных и заметных частях модели, а так же для надписей/символов. Это не нужно делать на каждой модели. Но если моделишь что-то очень важное, например, дробовик с которым бегают игроки, то разрешение текстур на его верхней части можно увеличить. Тогда чекер будет меньше, а текстуры в этом месте будут более детальными.

Минутка теории (не считая 20 минут уже прочитанного текста). В игровых движках текстуры теряют разрешение на расстоянии. Чем дальше объект от камеры, тем ниже разрешение текстур. Это называется в трёхмерке MIP Map.

Давай разберёмся как это связано с UV.

Нельзя мапить объекты на UV вплотную друг к другу.

Чтобы при MIP мапах, т.е. удалении объектов от камеры, соседние объекты не брали информацию друг от друга. Это особенность игровых движков, которую нужно знать.

Всегда нужно оставлять небольшой отступ между UV шеллами. Этот отступ называют паддингом (padding).

Если этого не сделать, то на местах стыков объекты при MIP мапах появятся некрасивые швы.

Поэтому всегда добавляй отступы между объектами на UV.

Если хочешь узнать больше, вот урок на эту тему:

Это нужно, если ты запекаешь нормал. В 90% случаев, если ты работаешь по пайплайну, то ты будешь запекать Normal Map. Про запечку (baking) как раз будет в следующей статье. Так что эта рекомендация тебе пригодится.

Если ты внимательно читал прошлую статью про сетку, то ты уже знаешь, что такое hard edge и soft edge.

С хардами тоже есть моменты, при работе с UV. Когда печешь нормал, на месте харда должен быть обязательный разрез на развертке (или вместо харда стоит сделать софт), а иначе нормал запечется со швом.Обязательно посмотри это видео, если хочешь понять, как правильно работать с хардами:

Всегда нужно отрезать острые углы и углы под 90 градусов. Они не запекутся на следующем этапе, и на модели опять появятся некрасивые швы.

Более подробно про шейдинг хардов мы разобрали в этом уроке:

А вот что будет, если ты неправильно работаешь с хардами:

В этих двух видео (которые были выше) мы рассказали как это работает, так что идём дальше.

Авторазвёртка добавляет кучу лишних шеллов, лучше размапить в прямую линию.

Если линия неровная, она занимает много места на UV, поэтому лучше размапить её как прямую — ведь прямоугольники очень легко паковать.

1) На следующем этапе мы будем запекать детализацию с хайполи на лоуполи.

2) Потом сделаем текстуры для нашей модели

3) А в конце нас ждёт подача модели, чтобы сделать сочный скрин для твоего портфолио.

Даты писать не будем — мы в них не попадаем (работы много, курсы, все дела, не успеваем статейки писать)

Жди продолжение!

И обязательно вступай в группу в ВКонтакте и группу в Фейсбуке, чтобы не пропустить следующий выпуск!

А ещё мы есть в Инстаграме и Ютубе.