Что такое ретопология?

Сегодня в большинстве компьютерных игр присутствуют сильно детализированные 3D персонажи, созданные, чтобы удивлять своей реалистичностью и красотой. Но дизайнеры и создатели моделей в процессе проработки объектов не ограничивают себя строгими рамками и дают волю фантазии. Часто случается, что результатом их творчества становится проработанный до мельчайшей детали, узнаваемый и интересный герой, которого просто невозможно перенести в мир компьютерной игры. Причина кроется в огромном количестве полигонов.

История ретопологии

Полигон – прямоугольник, у которого есть перспективное искажение. Из таких элементов можно составить многогранник практически любой формы. Если полигонов будет много, ими легко покрыть, например, модель человеческого лица. На более плоских поверхностях будет использовано минимальное количество четырёхугольников, а выпуклые, рельефные детали (глаза, нос, губы) окажутся покрыты десятками примитивных фигур. Чем больше полигонов задействовано, тем более реалистичным, ровным и проработанным выглядит результат.

Все 3D модели можно условно поделить на 3 категории:

Hi-poly. Они наиболее детализированы и содержат 1-3 миллиона полигонов. Применяются при создании игровых AAA-проектов для консолей и ПК. Отличаются огромной прорисовкой и большим весом.
Mid-poly. Объекты средней детализации. Оптимальный вариант для консольных игр и проектов для персонального компьютера.
Low-poly. Содержат всего 5-10 тысяч полигонов. Их использование экономит ресурсы, поэтому игры с такими моделями в большинстве своем предназначены для мобильных устройств, а также дополненной и виртуальной реальности.

Мобильные разработчики стремятся создавать модели с минимальным количеством полигонов, но не хотят отказываться от их красивого, детализированного внешнего вида. Поэтому применяют метод под названием «ретопология».

Зачем нужна ретопология

Моделирование – сложный процесс, в начале которого мы редко обращаем внимание на то, как будут располагаться полигоны готового объекта. Поэтому за его созданием следует ретопология. Слово буквально означает «топология, произведённая заново».

Имея готовую модель, разработчик может анимировать её в Maya, 3ds Max или Blender. Но если полигонов порядка 5-20 миллионов, заставить их быстро реагировать практически невозможно. Высокополигональную сетку в её изначальном виде попросту не получится интегрировать в компьютерную игру. Но можно уменьшить их количество, выстроив на базе имеющейся новую топологию.

Для этого 3D-художники используют целый ряд программ:

3D Coat,

Maya,

Blender,

3ds Max,

Modo,

ZBrush,

Topogun.

Поместив готовую hi-poly модель в одну из них, легко построить сетку с маленьким количеством полигонов заново. Её удобнее и проще анимировать, но возникает вопрос: можно ли сохранить высокое качество графики? Да. Рассмотрим конкретный пример.

Пример ретопологии в моделировании

Эта модель была создана в одном из 3D-редакторов для игры, которая выйдет на смартфоне. Детализированная фигура персонажа отличается не только проработкой мелких элементов, но и наличием реалистичных текстур. Их не хотелось бы потерять в процессе переноса модели в игру.

Мы нанесли сетку поверх уже готовой сложной фигуры, упростив её перед анимацией. Если у объекта есть симметрия, процесс может ускориться. В остальных случаях полигоны наносятся вручную, и это довольно кропотливая работа. Вы можете наблюдать, как их число сократилось с 3-5 миллионов до 40-50 тысяч. Это далеко не предел, но на начальном этапе уже можно считать достигнутый результат хорошим.

Но без использования разных текстур и материалов модель выглядит слишком примитивной. А нам хотелось бы получить максимально приближенных к концепту результат. Детали с высокополигональной версии на низкополигональную можно перенести с помощью запекания карты нормалей. Для этого нужно выбрать как источник запекания детализированную hi-poly модель и указать в качестве её преемника low-poly. Прописав название и размер текстуры (или нескольких), нужно выбрать в редакторе кнопку «bake» (запечь), и поверх низкополигональной модели наложится детализация исходной версии. Есть и другие способы, но этот достаточно прост и удобен.

С полученной таким способом моделью легко работать при анимировании, но в игре она не будет выглядеть упрощённой. Применение ретопологии позволяет создавать красивые и реалистичные фигуры персонажей и других объектов с проработанными текстурами, не завышая требований к производительности компьютера или консоли. Это отличная возможность реализовать сложный замысел на любой платформе, от мощного современного ПК до обычного смартфона. Создавая упрощённую топологию поверх существующей, 3D-художники могут практически не ограничивать себя в творчестве.

Еще пример ретопологии на примере кресла.