Текстурирование 3D-моделей: что это и как сделать идеальную текстуру

В 3D-дизайне часто упоминается такой термин, как текстура. Текстурирование придает моделируемому объекту реалистичный вид. Рассмотрим, что представляют собой текстуры, какими они бывают и как с ними работать.

Что такое текстура в 3D-дизайне и зачем она нужна

Текстура — это свойство предмета, которое характеризует визуальную и тактильную особенность его поверхности. Каждый предмет, каждый материал имеет свою текстуру. Например, на деревянных поверхностях видны волокна древесины, на вязаной одежде можно рассмотреть петли из ниток, а бумага имеет гладкую текстуру. Текстура, простыми словами, — это свойство, которое позволяет при взгляде на объект определить, из чего он сделан (из камня, бумаги, стекла, бетона и т. д.)

3D-текстура — это растровое изображение, которое накладывается на поверхность трехмерной модели для создания эффекта рельефности, определения оттенка и материала объекта. 3D-текстуры используются для повышения реалистичности и сокращения времени разработки дизайна, так как дизайнеру не нужно отдельно прорисовывать каждый элемент, достаточно выбрать подходящую карту текстур.

Качество текстурированной поверхности определяется текселями — количеством пикселей на минимальную единицу текстуры. Разрешение текстуры и ее формат играют важную роль в общем впечатлении от качества графики в 3D-приложении.

Некоторые люди путают понятия «текстура» и «фактура», думая, что это одно и то же. На самом деле это разные вещи. Текстура передает информацию о внутренней структуре предмета, например пластик плотный, стекло прозрачное, отполированный металл отражает свет и т. д. А фактура передает информацию об особенностях обработки поверхности, например, дерево шершавое, металл гладкий, мех мохнатый, ткань ворсистая. Фактуру можно оценить на ощупь и на вид.

В сфере 3D-дизайна текстуры играют важную роль — отвечают за реалистичность изображения. Например, деревянный стол, на поверхности которого видны волокна и природный рисунок древесины, выглядит более реалистично, чем просто закрашенный цветом.

3D-текстуры активно используются в компьютерных играх. Современные технологии позволяют создавать очень красочные и реалистичные текстуры — камень, землю, траву, воду, снег, песок и многое другое. Они дополняются реалистичными физическими свойствами материалов: песок сыпется, трава колышется от ветра, вода играет под лучами солнца. Все это делает игровое пространство очень красочным и похожим на реальный мир.

Источник: ru.freepik.com

Как выбрать и подготовить текстуры

Текстурирование в 3D-дизайне происходит в несколько этапов. Для работы вам понадобится программа для 3D-моделирования.

1. Для начала определите назначение текстуры. Например, если вы хотите изобразить металлическую поверхность, вам понадобится текстура металла.
2. Создайте сами или найдите подходящую текстуру. Для этого вы можете использовать готовые изображения, взятые со специальных интернет-ресурсов, или нарисовать свои с помощью графических программ. Есть специальные сайты, где можно найти готовые текстуры. Например, их очень много на сайте render911.ru
3. Наложите текстуру на поверхность модели. Чтобы она выглядела максимально реалистично, в нее нужно добавить деталей. Но для начала возьмите базовую текстуру, например, металл без дефектов и следов износа.
4. Отредактируйте текстуру, добавив в нее деталей. Послойно дополните базовую металлическую поверхностью мелкими элементами — царапинами, потертостями, небольшими участками ржавчины и т. д.
5. Сохраните готовую работу в нужном формате и разрешении для дальнейшего использования.

Как применить к 3D-модели

Рассмотрим, как перенести готовую текстуру на модель. Для работы можно использовать разные программы для 3D-моделирования. Возьмем для примера профессиональное программное обеспечение Blender.

Создайте в Blender новый проект или откройте уже существующий, если он у вас есть. Перенесите свою 3D-модель, используя функцию «File» — «Import» в проект. Затем загрузите текстуры, которые хотите применить. Они могут иметь формат PNG, JPG или другие графические форматы.

Перейдите в режим «Texture Paint» и выберите вашу модель. В левой части интерфейса Blender выберите вкладку «Texture Paint». В разделе «Slots» на панели «Tools» нажмите «+", чтобы создать новый текстурный слот.

Теперь перейдите в режим «Edit Mode» для вашей модели и распакуйте UV-развертку с помощью опции «UV» — «Unwrap». После этого вернитесь в режим «Texture Paint» и выберите созданный текстурный слот.

В разделе «Tools» есть разные инструменты для работы с моделями. Используйте кисти для рисования и редактирования текстуры. В разделе «Slots» выберите созданный текстурный слот и нажмите кнопку «Open», чтобы выбрать текстуру.

Поработайте с настройками изображения, такими как масштабирование, поворот и смещение, для достижения нужного вида. Поэкспериментируйте с параметрами смешивания текстур для создания интересных эффектов, таких как отражение, прозрачность и блеск.

Когда модель будет выглядеть так, как вы хотите, сохраните проект и выберите режим «Layout» для рендеринга вашей сцены. Нажмите кнопку «Render», чтобы создать изображение с наложенной текстурой.

При необходимости сохраните готовую 3D-модель с наложенной текстурой в различных форматах, чтобы ее можно было использовать в других приложениях или играх.

Какие типы текстур существуют

В 3D-графике все текстуры делятся на несколько типов в зависимости от назначения и особенностей применения.

• Диффузные текстуры (Diffuse textures). Они показывают основной цвет или его распределение на поверхности модели. Диффузная текстура отвечает за окраску объекта.
• Спекулярные текстуры (Specular textures). Показывают уровень блеска или отражения света от поверхности объекта. С их помощью можно регулировать освещенность предмета, указывать, в каких местах на него падает свет, создавать эффекты зеркального отражения, блики.
• Бамп-карты (Bump map). Это иллюзия рельефа, создаваемая с помощью небольших искажений на цветовой текстуре. Такие карты используют, чтобы изобразить на модели мелкие детали, шероховатости и т. п. Они изменяют светотень и создают дополнительные текстурные элементы.
• Оптические текстуры (Displacement maps). С помощью оптических текстур можно менять геометрию объекта, создавая на его поверхности выпуклости, углубления, неровности, выступы. Благодаря этому модели выглядят более реалистично.
• Альфа-карты (Alpha map). Их применяют для изменения прозрачности или вырезания определенных частей текстуры. С их помощью можно создавать окна, листья деревьев, эффект взрыва и другие элементы, где нужно четко контролировать видимость отдельных участков текстуры.
• Цветовые карты (Color map). Это растровое изображение, которое накладывают на полигоны для придания цвета поверхности модели.
• Карты высот (Height map). Это черно-белая текстура, которая предназначена для создания реалистичного рельефа на модели. Реалистичность достигается за счет того, что отдельные участки объекта приобретают разную высоту.
• Параллактические карты (Parallax map). С их помощью можно изменять положение отдельных участков текстуры при отрисовке, чтобы создать иллюзию движения объекта относительно фона.
• Карты теней (Shadow map). Помогают заранее понять, каким образом на объект будет падать тень. Карты теней часто используются в создании игр, поскольку позволяют сократить время на отрисовку объектов.
• Карта смешивания (Stencil map). Содержит информацию о том, как распределяются на поверхности модели другие текстуры.

С помощью этих видов текстурирования можно создавать интересные 3D-модели, которые очень похожи на реальные предметы и объекты окружающего мира.

Как создать собственную текстуру

Если вы хотите самостоятельно создать текстуру, можно воспользоваться одним из двух способов: отрисовать растровое изображение в графическом 2D-редакторе, например, в Adobe Photoshop, или же создать трехмерную текстуру в 3D-редакторе, например, в Adobe Substance 3D Designer, Autodesk Mudbox, The Foundry Mari, 3D-Coat.

Чтобы создать трехмерную текстуру, сделайте следующее:

1. Перенесите подготовленную 3D-модель, на которую нужно нанести текстуру, в редактор.
2. Разверните модель, чтобы расположить ее на текстурной карте.
3. Выберите базовые слои и примените к модели.
4. После того как базовые слои будут нанесены, поработайте с текстурными картами. Используйте карты высот, бамп-карты, оптические и другие текстуры, чтобы сделать поверхность модели структурной, добавить светотени, глубины.
5. Добавьте деталей, используя такие инструменты, как кисти и маски. Поэкспериментируйте с настройкой различных эффектов.

Для создания максимально реалистичных текстур можно комбинировать 2D- и 3D-графику. Чем больше текстурных карт и эффектов вы используете, тем сложнее и интереснее будет выглядеть объект.

Типичные ошибки при текстурировании

Рассмотрим наиболее частые ошибки, которые допускают новички при создании текстур.

Как оптимизировать текстуры для производительности

Качество и реалистичность текстур очень важны, но не менее важно учитывать то, как они будут влиять на производительность. Слишком сложные изображения снижают производительность компьютерной графики, особенно на мобильных устройствах.

Для оптимизации текстур можно использовать такой прием как как LOD (Level of Detail), когда хорошо прорисованные поверхности располагаются на переднем плане, а менее детализированные — на заднем. Используйте текстурные атласы, объединяя несколько текстур в одну картинку для уменьшения количества обращений к памяти.

Сжимайте текстуры до меньших размеров (например, вы можете уменьшить изображение с разрешения 4096×4096 до 1024×1024). При сжатии обязательно следите, чтобы изображение не сильно потеряло в качестве.

Источник: ru.freepik.com

Примеры успешного текстурирования в проектах

Использование текстур широко применяется при создании компьютерных игр. Некоторые из них получаются очень удачными и реалистичными.

Игры, где очень хорошо проработаны текстуры:

• Crysis.
• Half Life 2 With Mods.
• Metro 2033.
• The Witcher 2: Assassins Of Kings.
• Killzone 3.
• Gears Of War 3.
• Cyberpunk 2077.

Игровая индустрия быстро развивается, поэтому изображения предметов, персонажей, различных объектов в играх становятся все более похожими на настоящие.

Главное, что нужно знать

• Текстура — это свойство объекта, которое несет информацию о визуальных и тактильных особенностях его поверхности. В компьютерной 3D-графике текстура представляет собой двухмерное изображение, которое накладывается на трехмерную модель и делает ее выразительной и реалистичной.
• С помощью текстур можно изобразить цвет, рельеф, отражение света, поры, царапины, шероховатости на поверхности объекта.
• Для создания текстур используют специальные текстурные карты. Послойное нанесение и комбинирование разных карт позволяет сделать изображение красочным и естественным.
• Текстуры можно скачивать на специальных сайтах в готовом виде или создавать самостоятельно с помощью графических редакторов.