Тонкости UV-маппинга: как правильно «обернуть» модель текстурой

Доступно объясняем, что такое UV-маппинг и UV-развёртка. Как работают эти процессы и какие инструменты помогают художникам при работе с текстурированием в 3D-графике.

UV-развёртка — часть UV-маппинга. Это процесс «развертывания» 3D-объекта на плоскость с помощью UV-координат. UV-координаты представляют горизонтальное (U) и вертикальное (V) положение точек на текстуре. Развёртка связывает поверхность 3D-модели с изображением двухмерной текстуры, чтобы на каждой части объекта отображались нужные детали.

UV-маппинг — более широкий термин, который описывает процесс наложения текстуры на 3D-модель. По сути, UV-маппинг — это шаг, следующий за UV-развёрткой. Сначала создаётся развёртка, а затем на неё маппингом накладывается текстура.

Перед началом работы важно убедиться, что модель полностью готова к развёртке. Она должна быть без лишних полигонов, с чистой и правильной топологией. Без пересекающихся граней и с правильным отображением нормалей.

Модель также должна быть отмасштабирована до запланированных размеров. Если ошибиться с размером и модель будет слишком маленькая или слишком большая, то после текстурирования пострадает качество визуализации.

Если модель сложная и детализированная, то обычно её разбирают на части. Например, для персонажей делают отдельную развёртку тела, одежды и других элементов.

На этом этапе выбираются линии, по которым модель будет разрезана. Это ключевой шаг, от которого зависит, насколько удобно будет работать с развёрткой в дальнейшем.

Швы зачастую размещают на жёстких гранях (Hard Edges), где происходит резкий переход между поверхностями. Это помогает избежать артефактов при запекании нормалей и обеспечивает корректное отображение текстур.

На мягких гранях (Soft Edges) швы обычно не ставят, чтобы избежать видимых разрывов и дефектов будущей текстуры.

Швы размещаются в местах, где они будут менее всего заметны. Например, на обратной стороне модели, под нависающими деталями или по естественным стыкам.

После установки швов модель готова к развёртке. Этот этап важен для обеспечения корректного отображения текстур без искажений и артефактов.

UV-маппинг может быть реализован разными способами в зависимости от целей текстурирования. Два наиболее распространённых подхода — тайловый и уникальный маппинг. Разберём, что они собой представляют и в каких ситуациях применяются.

Тайловый маппинг — это нанесение текстуры с повторяющимися элементами. Пример из жизни — настенные обои, где один и тот же рисунок повторяется по всей длине.

Чаще всего этот метод применяется для текстурирования больших объектов, плитки, металла и других поверхностей, где присутствует более-менее однородный и повторяющийся паттерн.

Текстура занимает весь UV-квадрат, а узоры или изображения повторяются бесконечное количество раз, даже если UV-координаты модели выходят за пределы квадрата. Одна текстура используется многократно, что снижает нагрузку на видеопамять.

Уникальный маппинг — метод, при котором каждая часть модели занимает своё место на UV-карте. Это позволяет использовать индивидуальную текстуру для каждой области 3D-объекта.

При уникальном маппинге все объекты размещаются на одном UV-квадрате, а разбивка на разные материалы происходит непосредственно на самой текстуре.

Сравнение тайлового и уникального маппинга

Эти подходы также можно комбинировать: например, для ландшафта использовать тайловые текстуры, а для важных объектов и областей — уникальные.

После выполнения развёртки необходимо проверить её на качество. Для этого на модель накладывается тестовая текстура «чекера» с шахматным узором или сеткой. Это помогает сразу выявить растяжения и сжатия текстуры, а также определить лишние или недостающие швы.

Если после развёртки обнаружены проблемы, на этом этапе их зачастую несложно решить. Вершины объекта можно подвинуть, а швы добавить или удалить. Внимательное выполнение этого этапа поможет избежать множества проблем на последующих стадиях.

После создания развёртки и её проверки, следующий этап — упаковка. Это процесс размещения всех частей UV-островов внутри текстурного пространства.

UV-остров — отдельная часть развёртки модели, соответствующая определённой области поверхности. Например, для персонажей создают отдельные острова с развёрткой лица, рук, ног, тела и так далее. Каждый остров должен быть размещён строго внутри своего квадрата и не пересекаться с другими частями.

Грамотно выполненная упаковка гарантирует эффективное использование текстурного пространства и уменьшает вероятность проблем с отображением текстур.

Основные принципы упаковки:

Оптимизация UV-пространства. Нужно максимально плотно заполнить квадрат, избегая пустых зон. Это позволит сохранить высокое качество текстуры.

Приоритет важности. Больше пространства отдаётся деталям, которые будут лучше всего видны. Если мелкие детали будут занимать слишком много места, а важные части — слишком мало, то качество текстуры будет плохим.

На данном примере видно, что те детали, которые будет лучше всего видно, занимают больше UV-пространства. А другие специально уменьшены для достижения наилучшей оптимизации и качества. Хотя всё это зависит только от конкретного проекта. В каких-то сценах может потребоваться большая детализация и мелких объектов. В играх элементы, которые скрыты от глаз игрока, вовсе игнорируются или максимально сжимаются для обеспечения наилучшей оптимизации.

Упаковка UV-островов может осуществляться как автоматическими методами, так и вручную. Оба подхода имеют свои преимущества и недостатки, которые определяются качеством работы и затраченным временем. Зачастую используется комбинированный подход, чтобы экономить время и контролировать весь процесс.

Грамотно упакованная UV-карта обеспечивает эффективное использование текстурного пространства и гарантирует, что модель будет выглядеть корректно.

Существуют разные инструменты для UV-маппинга, каждый из которых имеет свои особенности и области применения. В зависимости от задач, навыков и бюджета можно выбрать подходящую программу.

Включают в себя мощные функции для UV-маппинга. Поддерживают автоматическую и ручную развёртку, инструменты для распределения и выравнивания островов. Они также включают аддоны и плагины для упрощения работы.

У каждой программы есть преимущества и недостатки, но качество готового материала напрямую зависит от навыков 3D-художника.

Существуют также специальные программы вроде RizomUV, созданные исключительно для работы с UV-картами. Благодаря узкой специализации, они зачастую оказываются более эффективными, чем встроенные инструменты в популярных 3D-редакторах.

Основные преимущества таких программ:

UV-маппинг — фундаментальный процесс, от которого зависит, насколько правильно и корректно будут выглядеть текстуры на 3D-объекте. Независимо от того, над чем вы работаете, правильная развёртка и упаковка UV-карт обеспечит качественный финальный результат.

Умение создавать правильную UV-развёртку — навык, необходимый каждому 3D-художнику. Однако одного навыка может быть недостаточно: сложные проекты требуют мощного оборудования, которое способно справляться со сложными задачами. Ведь мастерство — это умение, подкреплённое техникой.

DigitalRazor поможет с выбором подходящего оборудования для 3D-моделирования, разработки игр и не только. Мы понимаем, насколько важна техника в работе с графикой, и предлагаем решения, которые сделают рабочий процесс продуктивным и комфортным.

Ещё больше про графические технологии, видеоигры и игровое железо — на нашем сайте, в Telegram-канале и ВК-паблике.