3D-моделирование: виды, принципы, инструменты

3D-моделирование — это процесс создания графических объектов и сцен в трёхмерном пространстве. Как правило, первый экскурс в 3D-мир большинство из нас совершили ещё в старших классах школы, когда к привычным осям Х (длина) и Y (ширина) на уроке стереометрии добавилась третья ось — Z (глубина). Результатом построения объекта по трём осям в пространстве стала объёмная фигура, или простейшая 3D-модель.

3D-моделирование позволяет дизайнеру уйти вглубь пространства и преодолеть плоскостность двухмерного мира.

Научиться создавать трёхмерную графику с нуля можно на онлайн-курсе «3D-дизайнер». За 9 месяцев студенты освоят моделирование 3D-объектов разной сложности, создание и анимацию персонажей и нюансы рендеринга. В портфолио удастся добавить восемь проектов — найти работу с таким багажом будет проще.

3D-моделирование широко используют в разных областях дизайна.

1. Интерьерный и ландшафтный дизайн, архитектура. Помимо самих объектов и строений, возможно смоделировать среду — от растительности до природы (например, деревья или пруд), погодные условия, разные варианты освещения. В результате получается детальная модель, которая максимально воспроизводит реальную жизнь.
2. Геймдев. Быстроразвивающаяся отрасль, элементы которой внедряются в том числе в других сферах — развлечениях, коммерции, онлайн-обучении и т. д.
3. Кино- и медиапроизводство. Создание графики и спецэффектов, часто в комбинации с обычным видео, снятым классическим способом с живыми актёрами.
4. Препродакшн. Создание макетов сцен, которые используются при написании режиссёрского сценария и раскадровок. Также такие макеты, даже весьма условные, востребованы среди профессиональных фотографов — например, это может быть макет студии, где будет проходить съёмка.
5. Разработка графического оформления. Объёмные иконки, плашки, фоны, баннеры, логотипы и другие элементы сейчас на пике популярности.
6. Мультипликация. Анимационная графика широко используется при создании мультфильмов — например, с её помощью появились «Кунг-фу панда», «Рапунцель» и «Рождественская история».
7. Создание макетов и концептов продуктов. Применяют в различных областях ретейла — начиная от кроссовок и заканчивая ювелирными украшениями и дорогостоящими гаджетами.
8. Стоматология и медицина. От слепков челюсти при лечении зубов до проведения сложных операций и создания анатомически точных частей тела человека, например при протезировании.
9. Урбанистика и градостроительство. Объёмные макеты городов, районов или отдельных объектов макетов используют для визуализации проектов, привлечения внимания и виртуальных экскурсий и презентаций.
10. Виртуальная и дополненная реальность. Создание контента для игр, обучения и промоматериалов.
11. Мультимедиа и искусство. Современные художники творят в том числе с помощью 3D-инструментов, совмещая традиционные и цифровые методы.

С помощью 3D-моделирования создателям фильма удалось избежать найма тысяч человек в массовку и не тратить время на создание масштабных декораций. Источник: kinopoisk

Коллаборация Apple и Nike в проекте виртуальной реальности направлена на исследование возможности слияния идентичностей брендов. Источник: behance

Рендер российской креативной студии Pinkman. Источник: behance

Рассмотрим подробнее два основных вида 3D-моделирования.

● Полигональное моделирование. Смысл в том, что для создания макета берётся плоский объект, например треугольник, и путём повторения воссоздаётся в пространстве. Получается объёмная фигура — полигон, самый простой элемент в 3D-моделировании, который имеет ребро, грань и вершину. Из комбинации множества таких полигонов дизайнер формирует макет.

Чем больше полигонов, тем естественнее и визуально приятнее выглядит 3D-модель. Но есть и минус: если модель состоит из огромного количества полигонов, итоговый файл много весит и понадобится больше времени на рендеринг

● Параметрическое моделирование. Подразумевает работу с изначально объёмными каркасами, которые задаются с помощью математической модели. Дизайнер берет куб или любые другие простые объёмные фигуры и собирает из них макет, с помощью специальных инструментов отсекая лишнее, сглаживая неровности и другими способами видоизменяя первоначальные фигуры. Например, если дизайнеру нужно собрать мишку, он берет несколько сфер разных размеров, составляет их друг с другом и назначает туловищем и головой. Затем с помощью специальных инструментов-деформеров он меняет форму и свойства объектов: сглаживает шею и плечи, прорисовывает анатомические особенности, добавляет уши, глаза и нос.

Если в процессе параметрического моделирования дизайнеру понадобится особенная форма, он может её создать. Допустим, нужна сфера с квадратной выемкой. Нужно сначала создать сферу, затем отдельно создать квадрат, а после поместить его в сферу и вырезать эту часть. То есть дизайнер может не только работать с помощью функций, инструментов и кнопок, но и с помощью их комбинаций создавать новые и видоизменять имеющиеся элементы.

Параметрическое моделирование можно сравнить с лепкой из пластилина, когда массе с помощью стека придаётся нужная форма. Источник: for3d

При работе с 3D дизайнеру нужно учитывать следующие принципы построения моделей:

• Комбинация методов и элементов. Два вида моделирования дополняют друг друга: иногда дизайнеру проще не «вырезать» сложные фигуры параметрическим способом, а создать их из полигонов.
• Пропорция и масштаб. Дизайнеру важно учитывать соотношение объектов и их размеров относительно друг друга, чтобы обеспечить реалистичность их восприятия.
• Текстурирование и проработка материалов. Использование разных текстур и тщательная прорисовка материалов придают объектам глубину и позволяют добиться реалистичности.
• Освещение. Свет, тени и полутона в 3D-моделировании играют ключевую роль, помогая создать нужное настроение и глубину восприятия сцены.
• Анимация. При создании движущегося объекта важно учитывать и соблюдать физические законы, чтобы анимация выглядела реалистично.
• Встроенная среда для визуального программирования. Суть в том, что отдельные вещи и готовые решения дизайнер может делать не вручную, а с помощью команд. Очень многие решения уже прописаны в виде кода — в Blender, к примеру, это ноды. Например, так можно задать для объекта определённое вращение.

Захватывающий 3D-ролик бренда Lancome, посвящённый китайскому Новому году, был создан с помощью Cinema 4D и Houdini. Источник: behance

● Blender. Бесплатный софт, получивший широкое распространение в среде 3D-дизайнеров. Его любят за высокую производительность и мощный набор инструментов, в том числе для анимации, низкий порог входа и развитое комьюнити.

● Autodesk Maya. Профессиональная программа, особенно популярная в области геймдева и киноиндустрии благодаря набору инструментов для анимации и симуляции. Они позволяют создавать реалистичных персонажей. Ещё один важный плюс — встроенный мощный рендеринг.

● ZBrush. Программа для 3D-моделирования с фокусом на скульптинге. Её часто используют в геймдеве для отрисовки игровых миров и персонажей: можно создавать в том числе высокодетализированные модели с большим количеством полигонов.

● Houdini. Отличный вариант софта для прорисовки визуальных эффектов, текстур и освещения благодаря множеству встроенных команд. Также есть множество инструментов для управления масштабными сценами и генерации необычных ландшафтов.

● SketchUp. Простой и универсальный инструмент для 3D-моделирования. Его часто используют при работе над ландшафтным дизайном, препродакшном и раскадровками.

Пример сложной работы со светом и текстурой на насыщенном красном фоне, выполненной с помощью Cinema 4D и SideFX Houdini. Источник: behance