Запекание текстур. Baking

Baking, или запекание текстур - это процесс получения информации от high-poly модели и создание на ее основе текстурных карт, которые перенесут эту информацию на low-poly модель при помощи её UV развертки. Это часть процессов оптимизации моделей для игр, и она очень важна, так как это хороший способ сохранить внешний вид модели при меньшей нагрузке на движок во время рендера и на игровые компьютеры/девайсы игроков. Давайте разберемся с тем, как происходит этот процесс.

Обратите внимание на маленькие элементы модели - они являются отдельными и размещены над поверхностью куба. Эти элементы называются floaters - иначе говоря парящая геометрия (или летающая, суть от этого не меняется). Обычно это заклепки, болты и схожие с ними по габаритам элементы. Это довольно универсальная техника и после некоторой практики вы увидите, как много элементов можно запечь таким образом.

Из статьи про Averaged normal мы уже знаем как работают нормали при запекании - процесс напрямую связан с их направлением. В случае с парящей геометрией на плоскости, она будет запечена по направлению нормалей Low-Poly этой плоскости. Далее мы увидим это на примере. Парящая геометрия это важный инструмент, его применение ускорит вашу работу. Гораздо проще сделать подобный элемент отдельным, а не врезать его в остальную модель. Но как и всегда - все зависит от конкретной ситуации.

Размеры фасок - скосов и закруглений модели. Узкие фаски будут плохо читаться после запекания и стоит делать их пошире, часто фаски стоит утрировать - делать больше чем на реальных объектах. Крупная фаска делает модель более читаемой на расстоянии, лучше отделяет друг от друга отдельные части целой модели.

Скосы геометрии - модель может иметь выступающие элементы и углубления - если делать такие элементы под прямым углом относительно плоскости, из которой они выходят, то в результате они плохо запекутся и не будут читаться.

В остальном при создании high-poly для запекания надо ориентироваться на ее внешний вид и правильность топологии. Также важно стараться с самого начала закладывать в ее форму будущую low-poly модель, прикидывать что и как вы будете запекать и, в дальнейшем, красить. С опытом вы начнете лучше понимать такие детали и рабочий процесс станет проще и быстрее.

На этом закончим с High-Poly, далее нам необходима Low-Poly модель, которая примет на себя информацию при запекании.

Как видите, разница с high-poly большая. Давайте разберемся с ней и поймем, почему она так выглядит и в чем заключалась подготовка к запеканию. Мы не станем касаться тонкостей создания геометрии low-poly, это тема для отдельного разговора. Предположим, что мы уже провели основную работу и сосредоточимся на последних этапах.

Важный момент готовой low-poly - это ее UV развертка. От того как вы ее сделаете будет полностью зависеть финальный результат запекания и внешний вид модели. Также это полезный инструмент для оптимизации модели и упрощения работы с ней. На деле ее функционал в разы шире, но в этот раз нас интересует запекание.

По сути, UV развертка это набор плоскостей составляющих вашу Low-Poly, развернутых и размещенных в 2D пространстве по определенным правилам. Хороший пример - это разобранная картонная коробка. Оси этого пространства называются U и V. U - горизонтальная ось, V - вертикальная.

UV развертка позволяет корректно проецировать на модель текстурные карты учитывая ее геометрию. Этот процесс называется Mapping. Именно UV развертка отвечает, в частности, за корректное запекание с High-Poly и формирование правильных финальных текстурных карт. Сам процесс UV развертки достаточно индивидуален и понимание деталей приходит с опытом. Суть UV в следующем.

Разрешение UV пространства определяет разрешение текстуры на UV развертке. Внутри этого пространства размещаются те самые элементы развертки. Когда UV пространство доходит до краёв от 0 до 1 - происходит повторение и новый отсчет от 0 до 1. На схеме это серые клетки по краям. Таким образом UV пространство дублируется до бесконечности во всех направлениях. Это называется tiling, повторение - текстурные карты в каждом таком дубликате будут повторять изначальное UV пространство. С этим связана такая возможность, как применение бесшовных (тайловых) текстур, но об этом в другой раз. В этот раз мы поговорим о таком использовании UV пространства как overlap (перекрытие). Это напрямую касается запекания и подготовки к нему.

Предположим, что у нас есть некий относительно крупный элемент имеющий отдельную low-poly с готовой разверткой.

Теперь предположим, что у нас есть два таких элемента и они совершенно одинаковы. Эти элементы можно запечь вместе и при этом сэкономить место на UV.

Каждый из них имеет свою развертку и каждая из них занимает индивидуальное место в квадрате 4х4. Как мы помним - это пространство ограничено от 0 до 1, и начинает повторяться. Следовательно, мы ограничены в количестве индивидуальных мест. Как при переезде при всем желании не получится запихать все в одну коробку, так и в случае с UV не получится разместить в один сет все, что захочется. Overlap - это способ, который позволяет при запекании (и в дальнейшем) переиспользовать текстурное UV пространство с одного объекта на другой или с одной стононы объекта на другую. Overlap помогает экономить место на UV. Чтобы применить Overlap, надо совместить развертки элементов точка в точку.

После того, как вы убедились что все совпало - надо выделить и сместить развертку копии на соседнее UV пространство (по факту на любое - верх, низ, левое, правое, лишь бы не основное), иначе запекание пройдет некорректно, так как оба элемента будут восприниматься как главные и конфликтовать. Важно, чтобы развертка копии заняла точно тоже место, что оригинал. В maya (UV editor) смещение делается стрелками клавиатуры, это позволяет правильно сместить UV одним нажатием. Если вы верно совместили UV и не забыли отбросить копию, то запекание пройдет корректно, а копия примет на себя информацию исходника. А теперь представьте, что таких копий может быть 5-10-20, все они могут быть наложены на все тот же первый исходник, отброшены на соседний квадрат и будут принимать на себя информацию исходника, но при этом место на UV по итогу будет занимать только исходник. Выглядит сложновато, но на деле все не так страшно, достаточно немного практики.

Еще один важный момент, который стоит учитывать при создании UV, это padding (отступы).

На примере видно, что в UV пространстве есть 4 шела UV развертки - расстояния между ними отмеченные пунктиром, это и есть отступы (Padding). Важно соблюдать их. Отступы влияют на то, как будут вести себя текстурные карты. Если не соблюдать отступ от общих границ UV развертки, то при запекании в этих местах будет артефакт. Если не соблюдать отступы между UV шелами - края UV шелов будут наползать друг на друга в определенных ситуациях. Хуже всего, если они будут залезать друг на друга, это 100% даст артефакт. Просто надо строго взять за правило, что всегда в любой ситуации должны быть отступы не менее 4 px между UV шелами и от границ UV развертки, а по хорошему чуть больше и это расстояние всегда должно быть на первом месте при компоновке, пренебрегать им не стоит.

Ранее мы коснулись темы разрешения UV пространства и его влияния на развертку. Параметр Texel Density является численным значением количества пикселей на единицу UV пространства. В нашем UV пространстве стороны 4х4 метра, итого 16 квадратов 1х1 метр. Заданы распространенные значения - разрешение 2048х2048, тексель 512px на единицу (в нашем случае метр). 512*4(метра в стороне)=2048 - одна сторона. Тексель распределяется равномерно. Вот чем это важно для процесса запекания - разрешение UV пространства влияет на то, какое разрешение текстур будет на запеченной Low-Poly. И это может как принести проблем, так и помочь в работе.

Существует такой инструмент как Checker - по сути это эталонная текстура-шаблон, по которой можно проверить равномерность текстуры на модели.

Вручную уменьшим размер двух шелов UV развертки - обратите внимание, что модель осталась прежней, уменьшены именно UV шелы. На кубе видно разницу - на двух полигонах изменился размер текстуры. Это как раз то, за чем также необходимо следить при создании UV развертки - шелы UV должны соответствовать значению тексель и быть одинаковы по масштабу относительно друг друга. Но есть исключения. Если вы будете пытаться запечь мелкий элемент на вашей модели, то скорей всего на нём практически ничего не будет видно. Это можно компенсировать принудительно увеличив его UV шел на развертке. Но главное с этим не перестараться. Еще одно исключение, а скорее правило - во многих моделях есть более заметные и менее заметные участки модели. Пример - оружие от первого лица, в нем Texel Density на элементах ближних к камере (задняя часть оружия) будет выше чем, например, на нижней части, которую игрок чаще всего не видит, либо видит мельком. И в этом суть - за размерами UV шелов нужно следить и настраивать при необходимости. Для начала достаточно просто следить за верным Texel Density и не давать мелким элементам съедаться, а понимание придет с опытом.

Итак, мы разобрали несколько важных моментов, которые обязательно стоит учитывать и проверять на финальных этапах подготовки Low-Poly. Рассмотрели ряд примеров, узнали как оптимизировать модель на этапе UV развертки. Самое время вернуться к примерам с которых мы начали, и запечь их учитывая все изложенное выше.

Теперь можно разобрать low-poly понимая логику, по которой она готовилась к запеканию. Изначально модель была цельной и развернута на отдельные элементы.

Как видите, занято очень много места, больше половины. Иногда это необходимо, ведь элемент может быть центральным, важным и требовать больше детализации и уникальности. Но чаще всего в этом нет большой необходимости, а уникальности можно достигнуть разными путями. Поэтому в случае примера будет применен уже знакомый вам overlap, но по несколько иному принципу, хотя в конечном итоге точно такой же. Отличие будет в том, что мы применим overlap внутри модели, а не от одной к другой. Это было учтено при создании high-poly - в ней все сделано симметрично, с учетом того что будет overlap слева направо.

Для этого оба элемента были разрезаны строго по середине, это дало разрез на UV. Развертка с копией - красная половина, была совмещена с разверткой исходника - синей половиной. Красная половина была в процессе отзеркалена, это важный момент, который влияет на корректное совмещение двух половин и отражение текстур слева направо. Как уже говорилось выше - каждая сторона должна совпадать с исходником как по периметру, так и по ориентации. Сам объект при этом остается цельным, просто с петлей эджей в центре.

В результате мы получаем более оптимизированную развертку, она занимает гораздо меньше места, а при покраске приятным бонусом будет, то что надо будет покрасить только одну половину объекта и свести стык по центру. Обратите внимание, что на развертке соблюдены отступы. Как видите, этот процесс полностью идентичен примеру с кубами и подчиняется тем же правилам. А индивидуальные способы применения и научитесь видеть со временем и практикой.

Еще один момент который важно учитывать - это совмещение High-poly и Low-poly. Они должны максимально совпадать по габаритам. Обычно это хорошо видно если присвоить моделям разные материалы, которые будут иметь разные цвета. Также это можно контролировать через режим Wireframe.

И, собственно, если High-Poly выглядит приемлемо, а Low-Poly подготовлена на финальных этапах, то можно их запекать. Перед этим не забудьте еще раз все посмотреть, накинуть на High-Poly Subd (что это, можно узнать в статье про топологию), чтобы финально увеличить её детализацию, а на Low-Poly поставить правильно группы сглаживания и выполнить триангуляцию, так как лучше сделать это вручную, а не доверять автоматической триангуляции движков во избежание случайных конфликтов и артефактов.

Запекать модель будем в Marmoset Toolbag, так как это удобная, современная и легкая для понимания программа. Суть запекания везде остается одинаковой. Чтобы получить текстурные карты, необходимо по-отдельности экспортировать Low-Poly и High-Poly. Подойдет формат obj, если вы пропекаете модель без ID Map. При экспорте, этот формат содержит только геометрию, один материал и один UV Set. Далее открываем Marmoset и создаем в нем Bake Project. В него помещаем свои объекты, там все подписано. Важно с самого начала следить за именами своих файлов, так как это поможет вам не запутаться. Также в Marmoset есть удобный функционал, который позволяет загружать модель одним файлом и автоматически распределять сразу по нужным Bake группам High-Poly и Low-Poly модели, но для этого вам потребуется уже FBX формат и правильный нейминг ваших моделей в Outliner вашего софта, в котором вы работаете.

После этого нам понадобятся настройки запекания. Эта панель отображается, если нажать на Bake Project. В ней мы можем настроить параметры для запекаемых карт. Выбрать, собственно, какие карты будем печь, задать путь по которому будут сохранены карты бейка и провести общую настройку финального результата. Коснемся основных функций, которые точно надо будет настроить для запекания.

Samples - определяет качество сглаживания текстур. Тут все просто - чем выше значение тем лучше (но не всегда нужно), и тем дольше может идти процесс запекания.

Soften - применяет “смягчающий” фильтр к текстурам. Это позволяет сделать более плавные переходы плоскостей и скрыть некоторые недостатки. Обычно хватает небольших значений от 0.05 до 0.1. Можно пробовать разные результаты и смотреть разницу исходя из конкретной ситуации.

Padding - определяет, насколько запеченное содержимое может выходить за границы UV элементов. Это необходимо, в частности, для правильной работы Mip-Mapping - изменения детализации текстуры при увеличении расстояния до нее от камеры. Обычно хватает стандартных значений.

Разрешение текстуры - собственно, разрешение финальных текстур. Всегда кратно двум и максимальное будет 8192х8192. Выбираем в зависимости от задач и потребностей. Частым вариантом является 2048х2048, его и возьмем.

Еще необходимо указать путь для сохранения текстур. Примечание - Marmoset не воспринимает кириллицу, поэтому все файлы и папки надо подписывать латиницей.

Внизу панели находится список текстур отмеченных для запекания. Это очень обширная тема, мы не будем касаться её в этот раз. В текущей ситуации нам понадобятся карты Normal и AO (Ambient Occlusion), их хватит для просмотра финального результата. Для дальнейшей работы с моделью, в частности её окраски, понадобятся еще несколько карт.

Также в верхней части панели есть кнопки для скрытия\отображения High-Poly и Low-Poly, отображения результата запекания. Важно - при загрузке и распределении моделей по группам High-Poly по умолчанию скрыты.

Итак. Все правильно подписано, загружено, настроено, задан путь для карт и вы уверены в том, что UV развертка выполнена верно и соблюдены моменты о которых мы говорили выше. Запекать пока рано:) Потому что есть один момент, связанный с положением объектов относительно друг друга.

На деле всё просто и пример это отражает - если элементы модели пересекаются при запекании и находятся в одной бэйк-группе, то программа пытается учесть это место стыка. И это приводит к спорным результатам - на местах пересечения будут артефакты.

Это происходит потому что пересекаются их Cage при бейке в одной Bake Group. Для того чтобы избежать этого, и получить равномерное запекание, применяется разнос элементов. Это можно сделать заранее в Maya, либо раздвинуть группы в Marmoset. В случае с Maya важно соблюсти совпадение Low-Poly и High-Poly. Мы раздвинем их в marmoset при помощи вкладки Transform, параметр Position.

Обратите внимание что элементы лежат в разных группах, но мы все равно их раздвигаем. Это связано с тем, что в противном случае на карте АО могут возникнуть небольшие артефакты. Обычно это можно подкрасить в photoshop, либо также избежать при помощи разноса. Опять же зависит от ситуации и назначения элемента.В нашем случае предпочтем чистое запекание.

Результат - чистое запекание без артефактов. Также над моделью была проведена работа при помощи инструмента Paint Skew и настройки Cage (Paint offset в Marmoset). Что это, мы детально разбирали в статье Average normal, так что не станем повторяться. Здесь был применен точно такой же принцип - увеличен Cage, чтобы спроецировать целиком выступающие элементы, и проведена настройка нормалей Cage.

Возвращаем сдвинутый элемент на место и наблюдаем итог запекания - мы получили Low-Poly модель, на которую при помощи текстурных карт была перенесена информация с High-Poly. Все фаски широкие и четкие, летающая геометрия корректно отображается. Модель отзеркалена слева направо, что позволило нам освободить место на UV развертке, и по сути она готова к покраске, если допечь ещё несколько карт.

В принципе, это очень простой пример, а Low-Poly максимально простая. Но с его помощью мы рассмотрели важные стороны работы с запеканием и общий процесс от модели до финального результата. Давайте подытожим:

- Мы узнали как можно улучшить свою High-Poly, если обращать внимание на фаски и скосы и применять парящую геометрию.
- Разобрали основы того, что такое UV развертка, для чего она нужна и почему важна при финальной подготовке Low-Poly под запекание.
- Поняли что такое Overlap, как его применять и для чего.
- Запомнили что всегда нужно настраивать Padding между UV шелами.
- Учли что существует такое понятие как Texel Density.
- Прошлись по базовым настройкам запекания и коснулись некоторых сложностей, которые могут возникнуть в процессе.

Запекание это важный этап в работе над моделью для игры. И запечь её не так сложно, сложнее подготовить все к этому процессу. От качества подготовки зависит вся дальнейшая работа, так как запеченная модель, а тем более окрашенная, плохо поддается полноценному редактированию. По этой причине важно дотошно просматривать модель и UV развертку до финального запекания. Понимание того как это делается приходит с опытом и насмотренностью, как и на любом этапе создания модели. Всё с ходу, и за один раз учесть не выйдет, но чем внимательнее вы будете, тем большего числа проблем избежите. Это был очень простой пример запекания, и на деле у вас может быть в разы больше сложносоставных элементов, фаски на Low-Poly, огромные UV развертки с большим количеством Overlap. Наверняка вы рано или поздно столкнетесь с дорисовкой и монтажом готовых карт в Photoshop, чтобы сделать результат еще лучше. Но этот пример отлично показывает базовые принципы запекания, учитывая которые вы точно улучшите свой результат.

#article #marmosettoolbag #tutorial