Interpretácia obrazu v 3D objekte

(1)

Masarykova univerzita Fakulta informatiky

Interpretácia obrazu v 3D objekte

Bakalárska práca

Martin Vigaš

Vedúca MgA. Helena Lukášová, ArtD.

2012

(2)

(3)

Prehlásenie

Prehlasujem, že táto práca je mojím pôvodným autorským dielom, ktoré som vypracoval samostatne. Všetky zdroje, pramene a literatúru, ktoré som pri vypracovaní používal ale- bo z nich čerpal, v práci správne citujem s uvedením úplného odkazu na príslušný zdroj.

podpis ...

Poďakovanie

Na tomto mieste chcem poďakovať MgA. Helene Lukášovej, ArtD. za odborné vedenie práce, rady a pomoc.

(4)

(5)

Zhrnutie

Práca sa zaoberá tvorbou detailného 3D modelu. Ide o 3D interpretáciu na- maľovaného obrazu. Tento model sa tvorí pomocou metódy Digital Sculpting.

Zároveň popisuje ako medzi sebou pracujú programy 3ds Max a Mudbox. Od prvotného vytvorenia low-poly modelu v 3ds Maxe. Cez pridávanie detailov v Mudboxe pomocou metódy Sculpting a kreslenie textúr. Až po finálne obrazy vykreslené vo vysokom rozlíšení z rôznych uhlov.

Kľúčové slová

Interpretácia obrazu, Digital Sculpting, 3ds Max, Mudbox, Vector Displace- ment Maps,

(6)

(7)

Obsah

1. Úvod 9

2. Vytvorenie low-poly modelu 11

2.1. Príprava prostredia 3ds Max . . . 11

2.2. Modelovanie základnej Mesh . . . 15

2.3. Tvorba UV koordinátov . . . 19

2.4. Export z 3ds Max . . . 22

3. Tvorba high-poly modelu 23 3.1. Mudbox Rozhranie . . . 23

3.2. Podmienky pre mesh . . . 26

3.3. Symetria v Mudboxe . . . 29

3.4. Subdivision Levels . . . 31

3.5. Sculpt Tools . . . 33

3.6. Sculpt vrstvy . . . 37

3.7. Send to Max . . . 39

3.8. Kreslenie . . . 41

4. Exportovanie máp z Mudboxu 43 4.1. Ambient Occlusion Map . . . 44

4.2. Displacement Mapa . . . 46

4.3. Vector Displacement mapy . . . 48

5. Rendering 51

Záver 53

Literatúra 57

Prílohy 61

(8)

(9)

1. Úvod

Cieľom práce je vytvoriť kvalitný vysoko detailný high-poly model v 3D modelovacom programe. Výstupom budú obrazy vo vysokom rozlíšení z rôznych uhlov.

K dosiahnutiu vysokého rozlíšenia a požadovaného detailu na 3d modeli sa dá dospieťviacerými cestami a spôsobmi. Každý spôsob má svoje výhody a ne- výhody. Preto je dôležité ešte pred samotným začiatkom modelácie zamyslieť sa a vybrat ten, ktorý sa k danému typu objektu najviac hodí. V zásade sa metódy modelovania rozdelujú na dva typy.

V prvom prípade ide o priamy zásah do topológie objektu. Ide o priamu deformáciu v ľubovolnom 3d grafickom editore. V takom prípade ale dochádza k obmedzeniam, zásahy môžu byť pri veľmi detailnom objekte veľmi náročné na výpočet a aj tá najmenšia zmena môže trvať niekoľko sekúnd, kým sa spracuje a vykreslí.

V druhom prípade ide o zmeny, ktoré sa prejavia až pri renderovaní. To zna- mená, že ide o nedeštruktívne zmeny na objekte, ktoré sa neprejavia na základnej topológii objektu. Zmeny sa dosahujú pomocou máp aplikovaných na model. Máp používaných pri modelovaní existuje viacero druhov. Pre organické modelovanie sa najčastejšie používajú displacement a normálové mapy. Pre tvorbu charakte- rov do počítacových hier sa používajú normálové mapy. Teória ku normálovým mapám spolu aj s ich tvorbou v programe ZBrush bola veľmi kvalitne spracovaná v bakalárskej práci s názvom Tvorba Herního charakteru [1] od Tomáša Mádra. Pre dosiahnutie ešte väčších detailov, ktoré sú potrebné pre filmové animácie, sa po- užívajú displacement mapy.

(10)

Ja sa v tejto bakalárskej práci budem venovať vytvoreniu vysoko polygonálneho modelu pomocou programov 3ds Max a Mudbox pomocou techniky sculptingu. Vý- stupom budú rendre za použitia displacement máp. Ako model, na ktorom budem de- monštrovať tieto metódy, som si vybral interpretáciu obrazu Li I od H. R. Gigera [2].

(11)

2. Vytvorenie low-poly modelu

2.1. Príprava prostredia 3ds Max

Na to, aby bolo možné vytvoriť veľmi detailný 3D high-poly model v Mudboxe, je najprv potrebné vytvoriť základný low-poly model v 3ds Maxe. Na vytvorenie tohto modelu môžu poslúžiť samozrejme aj iné aplikácie na tvorbu 3D modelov, ktoré musia podporovať export do formátu .obj, ktorý sa následne dá importovať do programu Mudbox. Ja som sa rozhodol použiť Max, kvôli schopnosti spolupracovať s Mudboxom priamo, kedže sú oba tieto programy od tej istej spoločnosti Autodesk a ich spolupráca ma viacero výhod, ktoré budem popisovať neskôr v texte. Tiež sa dá pracovať s objektmi, ktoré priamo ponúka Mudbox. Tieto objekty len málokedy môžu poslúžiť grafikovi ako odrazový mostík, kedže ich množstvo a tvary sú obmedzené. V ponuke síce je ľudská hlava, s ktorou budem pracovať aj ja ale tento model je pre mňa nevyhovujúci z viacerých dôvodov. Predovšetkým kvôli uzatvorenému tvaru očí a chýbajúcemu napojeniu krku na ramená, ktoré chýbajú pre výsledný render. Preto je vo väčšine prípadov lepšie keď si základnú mesh vytvorí grafik sám.

Ja začnem tým, že si do Maxu nahrám zá- kladný model tváre ktorý som získal zo študij- ných materiálov predmetu výtvarná anatómia (Obr.1). Po otvorení je vidieť, že tento model tiež nie je plne vyhovujúci, tomu čo by som potre- boval, ale má určite lepšiu topológiu ako mesh

z Mudboxu. Obr.1: Základný model

(12)

Následne je dôležité pre správne namodelovanie základnej mesh získať fotoreferencie a tie si umiestniť do modelovacieho prostredia. Čím viac rôznych obrázkov z rôznych uhlov má grafik k dispozícii, tým lepšie sa správne trafí do požadovaných referencií. Bohužial v mojom prípade, kedže ide o interpretáciu obrazu, existuje len jedna referencia a to samotný obraz. Neskôr pri modelovaní v Mudboxe, som na to aj doplatil, keď som narazil na chyby, ktoré boli spôsobené prvotnou analýzou, kde som nie správne odhadol správnu topológiu akú by mal môj model mať a neskôr v pokročilom štádiu boli už zmeny a opravy obzvlášť obtiažne. Na druhú stranu to, že existuje len jedna 2D referencia k modelu, kto- rý sa snažím vymodelovať 3D má výhodu v tom, že si môžem celú zadnú časť prispôsobiť sebe a svojím predstavám. Rovnako tiež ďaľšie miesta ktoré nie sú dobre viditeľné mi poskytujú istú mieru kreativity.

Fotoreferencie sa väčšinou používajú a umiestňujú do pohľadu bez perspek- tívy, aby boli vertikálne správne bez akýchkoľvek odchýliek a následná modelá- cia už by mala vo väčšine prípadov prebiehať z pohľadu s perspektívou, kedže aj samotné fotky (v mojom prípade obraz) sú fotené (maľované) s perspektívou.

Záleží samozrejme od konkrétnej referencie. V pohľade Front si vytvorím plochu, Create > Standart Primitives > Plane a umiestnim ju tesne za model hlavy. Teraz je potreba na túto rovinu aplikovať obraz pomocou Material Editor. Material Editor sa nachádza pod Rendering > Material editor > Compact material editor / Slate material editor (Obr.2). Compact material editor bol štandartný editor materiálov až do verzie 3ds Max 2010, kde ho nahradil Slate Material Editor, ktorý sa dá tiež vyvolať klávesovou skratkou M. Dvojklikom na Standard sa vytvorí základný materiál. Tiež sa dá vytvoriť pretiahnutím materiálu do okna View 1. Rovnakým spôsobom sa vytvorí bitmapa do ktorej sa nahrá požadovaný referenčný obraz.

Teraz je potreba bitmapu prepojiť s materiálom a nahrať túto bitmapu do diffuse

(13)

kanálu. Každý z kanálov materiálu má pri sebe malý krúžok, rovnako ako aj bitmapa a spojením týchto krúžkov dôjde ku prepojeniu. Toto prepojenie ešte naviac vytvorí ďaľšie prepojenie medzi Diffuse Color Amount v záložke Additional Params a Controller Bezier Float, ktorým sa dá ovládať sveteľnosť farby obrazu. Tlačítkom Assign Material To Selection sa vybraný materiál nahrá na vybraný objekt, v tomto prípade na Plane. Ješte stále sa textúra nezobrazuje v modelovacom okne. Na to je ešte potreba použiť Show Shaded Material In Viewport (Obr.2). Kedže referencia nemá žiadne iné informácie okrem pohľadu z iba jednej strany, odporúčam v Object Properties tohto objektu, ktoré sa dajú vyvolať pravým kliknutím na objekt, zaškrtnúť možnosť Backface Cull. Z pohľadu zo zadu na referenciu, sa tento

Obr.2: Slate Material Editor s vytvorením štandartným materiálom a aplikova- nou bitmapou. Tlačítko Show Shaded Material In Viewport.

(14)

objekt zneviditeľní a nebude prekážať pri pohľade na zadnú časť modelovaného objektu a samotnému modelovaniu. Tiež odporúčam vybrať možnosť Freeze, čím sa zabráni aby dochádzalo k neúmyselnému a nežiadúcemu vyberaniu tohto objektu pri modelovaní.

Ešte pred samotným začiatkom modelovania zmažem ľavú polovicu modelu a z panelu Modify v menu Modifier list vyberem modifikátor Symmetry, ktorý mi zabezpečí, že môj model bude symetrický a všetky zmeny, ktoré spravím na modeli, sa tiež prejavia aj na druhej polke modelu. Možnosť pridať modelu mo- difikátor Symmetry samozrejme nie je nutná, hneď takto na začiatku a môže sa pridať kedykoľvek počas modelovania. Ja ju odporúčam použiť hneď na začiatku a pomocou tlačítka Show end result on/off toggle, ktoré sa nachádza hneď pod ok- nom s použitými modifikátormi, je potom možné zapínať a vypínať náhľad toho ako bude model vyzerať po aplikácii tohto modifikátoru a kontrolovať tak prí- padné chyby, ktoré by mohli vzniknúť. Symmetry má veľmi jednoduché nastavenia (Obr.3). Pomocou nástroja Move sa nastaví Mirror, teda zrkadlo podľa ktorého sa bude model zrkadliť. Ďalej je potrebné

nastaviť osu podla ktorej sa bude zrkadliť, v mojom prípade to bude podľa osy x a po- kiaľ je zaškrtnutá možnosť Weld Seam, tak body, ktoré sú od seba vzdialené pod na- stavené hranicu, sa spoja do jedného bodu.

Toto nastavenie zabraňuje tomu aby vznikali zdvojené body v strede modelu.

Obr.3: Modifikátor Symmetry

(15)

2.2. Modelovanie základnej Mesh

Modeláciu začnem tým, že sa najprv zbavím ucha, ktoré Li nemá. Die- ru ktorá vznikne po zmazaní ucha, doplním polygónami tak, že v modifikáto- re Editable Poly vyberem záložku Polygon, kliknem na model pravým a v menu vyberem Create. Kurzor sa zmení na koliečko s krížom uprostred a je potreba vybrať vrcholy ktoré budú reprezentovať polygóny. Pre každý nový polygón vyberem práve štyri vrcholy aby som zachoval 4-hranné polygóny. Dôležité je vytvárať polygóny tak aby vznikali po-

lygóny čo najbližšie podobné štvorcom. Toto je treba, aby mohol Mudbox správne pra- covať a deliť tieto polygóny.

Bližšie ako pracuje Mudbox a prečo je dodržiavanie tých- to pravidiel dôležité budem vysvetlovať neskôr v texte.

Ako vyzerá mesh po odobratí ucha a následovnom domo- delovaní vzniknutej diery je vidieť na obrázku 4.

Tvorenie rohov a iných objektov vyrastajúcich z hlavy môže byť v Maxe niekedy veľmi problematické. Obzvlášť pokiaľ je to na miestach, kde je veľmi hus- tá a komplikovaná mesh. Existuje viacero spôsobov ako takéto objekty vytvoriť.

Jedným zo spôsobov je na polygonálnej úrovni v Editable Poly označiť na modeli požadovaný polygón a pomocou funkcie Extrude alebo Bevel postupne vytvoriť

Obr.4: Mesh po zacelení diery po uchu

(16)

celý roh. Táto možnosť síce ponúka pravdepodobne najviac presnosti a možnosti kontroly ako výsledný model bude vyzerať, je ale veľmi časovo náročná.

Naopak, oproti tomu veľmi rýchlo funguje možnosť vytvoriť rohy pomocou funkcie Branches. Táto funkcia sa nachádza v záložke Freeform (Obr.5). Sta-

čí označiť požadovaný polygón a kurzorom ťahať v smere v ktorom sa má roh vytvoriť. Táto funkcia je ale schopná vytvoriť len jednoduché tvary, ktoré často nie sú také, aké by si grafik predstavoval a nemá nad ich tvarom skoro žiadnu kontrolu.

Tretia možnosť spája z predchodzích dvoch to najlepšie dohromady a to kontrolu z Extrude/Bevel a rýchlosť z funkcie Branches. Ide o funkciu Extrude along spline, ktorá ako hovorí názov prevedier funkciu Extrude pozdĺž krivky, ktorá sa tejto funkcii priradí. Ako

prvé sa vytvorí krivka, ktorá bude slúžiť ako cesta pre novo vytvore- ný tvar. V pohľade Front vytvorím krivku Create > Line (Obr.6). Táto krivka pri vytvorení nie je ale hlad- ká. Toto sa dá napraviť v záložke

Obr.5: V záložke Freeform sa nachádza funkcia Branches.

Obr.6: Vytvorená krivka z pohľadu Front

(17)

Interpolation zvýšením počtu krokov interpolácie. U mňa fungovalo zvýšenie z 6 na 36. Počet polygónov, ktoré sa vytvoria neskôr ale nezáleží od počtu krokov interpolácie. Tu ide o to, ako budú tie jednotlivé polygóny rozdelené pozdĺž krivky. Krivka ma tri ovládacie stupne, cez ktoré sa dá ovládať jej tvar. Je to Vertex, Segment a Spline. Vertex umožňuje ovládať tvar krivky pomocou jej vr- cholov. Segment ovláda jednotlivé časti krivky medzi vrcholmi a nakoniec Spline ovláda celú krivku ako takú. Pokiaľ sa krivka ovláda na úrovni Vertex, tak sa pomocou váh dá ovládať smer, ktorým sa krivka z daného vrcholu bude pohy- bovať. Každý vrchol má jednu váhu, ktorá sa skladá z dvoch častí. Ak sa hýbe s jej jednou časťou, druhá sa správa automaticky symetricky. Táto vlastnosť sa dá zrušiť tak, že sa pri pohybe s váhou drží stlačená klávesa SHIFT a teda sa hýbe iba jedna časť váhy a druhá zostáva na svojom mieste.

Keď je krivka vytvorená, umiestni sa na miesto odkiaľ by mala vychádzať.

Vyberú sa polygóny, ktoré majú byť ovplyv- nené a z menu, ktoré sa zobrazí po klik- nutím pravým tlačidlom myši, sa vyberie možnosť Extrude along spline. Vybraním tejto funckie sa ale aplikuje len základné nastavenie. Zmeniť nastavenia sa dá po kliknutí na štvorček vedľa názvu (Obr.7). Otvorí sa menu (Obr.8) a ako prvé je potrebné vybrať krivku.

Vznikne základný tvar, ktorý je vidieť na ob- rázku 9. Ďalej je možné ovplyvniť počet poly- gónov, ich hrúbku a zatočenie. Hrúbka polygó- nov môže len stúpať alebo klesať. Nie je možné nastaviť aby sa hrúbka zväčšovala a následne

Obr.7: Extrude Along Spline v Quad Menu

Obr.8: Extrude Along Spline menu

(18)

zmenšovala. No keď sa stlačí tlačítko +, je možné pridať ďaľšiu sadu polygónov.

V Ďaľšej fáze modelovania, som vytváral ďaľšie rohy rovnakou technikou, prispôsoboval model obrazu, ako napríklad rozširoval čelo, upravoval tvar úst, nosa atď. štandartnými základnými technikami polygonálneho modelovania, ktoré boli popísané napríklad v bakalárskej práci Metodika vyúky předmětu výtvarné anatomie v programu 3ds Max 8 [3] a teda nepovažujem za nutné už ich tu popisovať. Na obrázku 10 je finálna základná mesh a na konci v prílohe sú obrázky postupu vytvorenia tejto mesh.

Obr.9: Aplikovaný Extrude Along Spline.

Obr.10: Základná mesh low-poly modelu

(19)

2.3. Tvorba UV koordinátov

Potom ako je objekt namodelovaný, je nutné mu nastaviť UV koordináty.

Toto je klasický postup pri modelovaní 3D objektov, aby bolo možné po týchto objektoch kresliť textúry. V Mudboxe 2012 sa ale objavila nová technológia na- zývaná Ptex [4] od spoločnosti Walt Disney Animation Studios, ktorá umožňuje kresliť po povrchu 3D objektu aj bez UV koordinátov. Táto metóda je ale ešte stá- le v štádiu vývoja. Síce už je použiteľná v Mudboxe a dá sa aj z Mudboxu vyexpor- tovať ale ešte sa zatiaľ nedá importovať do Maxu. Existuje už plugin Stripes [5]

do Maxu, ktorý Ptex textúry podporuje a dokáže ich vykresliť. Tiež je ale ešte len v štádiu vývoja a je vypustená len jeho základná verzia, ktorá má stále svoje chyby a nepracuje vždy dokonale. Ja som sa aj napriek tomu rozhodol túto metódu využiť a vyskúšať. Mudbox a Max ešte stále ale teda fungujú spolu na báze UV koordinát a teda vytvorím model aj s UV koordinátami a nakonci porovnám ich výsledky.

UV koordináty reprezentujú pozíciu pixelov na povrchu 3D objektov. Aby bolo možné priraďiť jednotlivým bodom ich UV koordináty, je nutné 3D objekt ako keby rozstrihať aby bolo možné ho roztiahnuť do 2D priestoru, tak aby sa žiadne časti neprekrývali a teda každé koordináty súvisia s iba jedným unikátnym bodom na objekte. Existuje viacero spôsobov ako vytvoriť UV koordináty pre model. Či už v Maxe pomocou modifikátora UVW unwrap alebo pomocou externých pluginov ako Unwrella alebo UVLayout. Tieto metódy boli bližšie popísané v ba- kalárskej práci Analýza možností mapování objektů v 3D modelovacích programech [6].

Ja budem používať základné funkcie Maxu a teda na model použijem modifiká- tor UVW unwrap. Na to, aby sa mohol 3D model rozložiť na 2D model a namapo- vať, je potreba určiť Seams, teda švy pozdĺž ktorých sa model rozloží. Pokiaľ sa

(20)

na maľovanie bude používať nejaký grafický software ako je napríklad Photos- hop, je dobré ak sa švy vedú miestami, ktoré sú skryté a nie sú dobré viditeľné na výslednom rendery. Pretože na týchto miestach sú aj tie najmenšie farebné rozdiely viditeľné a je ťažké nakresliť textúru tak aby nebolo vidieť kde bol šev.

Toto našťastie nehrozí so softwarom ako Mudbox. Kreslí sa na model samotný v 3D a v Mudboxe sa potom vyexportujú textúry bez problémov. Na obrázku 11 je vidieť, kde som spravil švy. Pracoval som len na jednej polovici modelu, pretože pomocou modifikátoru Symmetry sa zrkadlia aj UV koordináty.

Ako prvé som odrezal všetky rohy a následne som ešte rozdelil zvyšok modelu niekoľkými ďaľšími švami na menšie časti. Texturovaním vo Photoshope by sa šev, ktorý ide cez stred tváre nemal objaviť, pretože by musel grafik kresliť textúru tváre rozdelene a to by spôsobilo, že by sa na modeli mohla objaviť hrana v strede tváre. V Mudboxe tento šev nebude robiť žiadne problémy. To je jedna z najväčších výhod programu Mudbox.

Na objekt aplikujem materiál Checker, teda šachovnicu, vďaka ktorej je vi- dieť na modeli miesta, kde by sa mohla textúra deformovať a naťahovať a teda tvoriť nežiadúce artefakty neskôr pri kreslení. Keď sú UV koordináty pripravené, je ich potreba všetky umiestniť do malého štvorca v ľavom dolnom rohu. Toto je miesto z ktorého sa bude generovať UV mapa. Jej tvar je štvorcový a jej veľkosť sa dá nastaviť podľa toho aký veľký detail je požadovaný. Pokiaľ sa budú na mapu kresliť jemné detaily, odporúčajú sa samozrejme väčšie veľkosti. Ja som zvolil veľkost 2048 x 2048 pixelov. Všetky UV koordináty sa musia zmestiť do tohto priestoru tak, aby zaberali čo najviac miesta, aby tam nezostalo nejaké zbytočne nevyužité miesto. Pokiaľ sa pracuje s aplikáciou, ktorá podporuje UV koordináty aj mimo tejto oblasti, je možné ich tam umiestniť a teda získať miesto pre viac detailov [7].

(21)

Obr.11: Model s UV koordinátami a šachovnicou ako materiálom. Modré čia- ry znázorňujú švy.

(22)

2.4. Export z 3ds Max

Pred tým ako sa model exportuje do Mudboxu, odporúčam najprv použiť mo- difikátor STL Check na skontrolovanie, či sa nenachádzajú nejaké chyby v mesh.

Pri exportovaní modelu do formátu .obj, sa mi aj napriek bezchybnému STL Check objavila chyba, že mám na modeli Rats nest. Chybová hláška neposkytuje ohľa- dom tejto chyby žiadne ďaľšie informácie a teda zostáva na grafikovi aby z tejto chybovej hlášky, ktorej názov nič nenapovie, vydedukoval čo je na modeli zle.

Nakoniec som sa musel obrátiť na internetové fórum, pretože som nemohol zistiť, čo to je za chybu. Zistil som, že ide o vrcholy, ktoré sú spojené len s ďaľšími dvomi vrcholmi a teda sú nadbytočné [8]. Keď je už mesh bezchýb, je nutné ju expor- tovať do formátu .obj. Pokiaľ sa pracuje medzi programamy od firmy Autodesk, teda Max, Maya, Mudbox, je možné exportovať model aj do formátu .fbx. Je možné exportovať celú scénu naraz Export > Export alebo expor- tovať iba vybraný objekt alebo skupinu objektov Export

> Export selected. Nastave- nia exportu sú individuálne podľa konkretného prípadu, ja som vybral z Presets menu možnosť Mudbox a tieto na- stavenia pre mňa fungovali bez problémov (Obr.12).

Obr.12: Nastavenie exportu do formátu OBJ.

(23)

3. Tvorba high-poly modelu

Na vytvorenie high-poly modelu z low-poly modelu, ktorý som vytvoril v Maxe, použijem program od spoločnosti Autodesk, program Mudbox. Mudbox pracuje technikou takzvaného digitálneho sculptingu. Rôznymi nástrojmi sa snaží simulovať reálne tvarovanie predmetov napríklad pomocou hliny a zároveň poskytuje techniky simulácie práce maliarských štetcov na tomto digitálnom modeli. Je to veľmi silný nástroj, ktorý dovoľuje grafikom pracujúcim s ním vytvárať charaktery alebo predmety, ktoré nie sú limitované veľkosťou detailu a dá sa tvrdiť, že jediným limitom je ľudská predstavivosť.

3.1. Mudbox Rozhranie

Ako prvé pri spustení Mudboxu sa objaví Welcome Screen (Obr.13).

(24)

Welcome Screen je rozdelený na tri časti. V ľavej časti sa nachádzajú krátke vi- deá pre začiatočníkov, ktoré vysvetľujú základy práce s týmto programom.

S pripojením ku internetu sa dajú vyhľadať aj viac pokročilé návody v sekcii Mudbox Community. V strednej časti sa nachádza zoznam základných objektov.

Mudbox tu ponúka mesh ľudskej hlavy, býka, auta, kocky, ľudského teľa, plochy, plaza, gule, T-Rexa a kmeň stromu. Je znova možné vyhľadať nejakú ďaľšiu zá- kladnú mesh pomocou Mudbox Community. V pravej časti je možné otvoriť súbor s príponami .ptx, .obj, .mud, .fbx alebo .bio alebo otvoriť jeden z posledne otvo- rených súborov.

Rozhranie Mudboxu po otvorení súboru s low-poly modelom je vidieť na ob- rázku 14. Rozdeľuje sa na tri hlavné časti. V hornej časti sa nachádza menu a štyri záložky. 3D View, tu sa nachádzajú všetky objekty a prebieha práca s nimi. Je možný len jeden pohľad kamery, narozdiel od iných 3D programov. UV View, pokiaľ má model UV koordináty, na tomto mieste sú zobrazené, už aj s nama-

Obr.14: Základné rozhranie Mudboxu.

(25)

ľovanými textúrami. Ak sa používa na maľovanie technika Ptex, v tomto okne sa nenachádza nič, iba textový údaj, že sa používa Ptex technika a teda UV nie sú dostupné. Nie je možné tu tvoriť alebo meniť UV koordináty. Image brow- ser, zobrazuje textúry, mapy, obrázky a umožňuje ďaľšie funkcie spojené s prácou s obrázkami. Mudbox Community je potrebné mať pripojené ku internetu aby táto funkcia pracovala. Ide skoro o internetový prehliadač, ktorý sa automaticky pripája na stránku http://area.autodesk.com/mudcom. Dajú sa tu nájsť a zdielať rôzne zdroje ako napríklad stamps, stencils, základné modely alebo návody (Obr.15).

V pravej časti rozhrania, sa nachádzajú tiež štyri záložky. Layers, Object List, Viewport Filters a Propertiers. Tieto záložky ale ponúkajú oveľa vačšie možnosti práce s Mudboxom a teda sa im nebudem venovať na tomto mieste, ale postupne sa im jednotlivým budem venovať počas ďaľšieho popisu postupu tvorby high-poly modelu. Tiež sa budem postupne venovať aj záložkám, ktoré ponúka spodná časť. Sculpt Tools, Paint Tools, Pose Tools a Select/Move Tools.

Obr.15: Mudbox Community

(26)

3.2. Podmienky pre mesh

Správna základná mesh je veľmi dôležitá, aby všetky funkcie Mudboxu pracovali správne tak ako mali. Pravdepodobne najdôležitejšia vlastnosť akú by základná mesh mala mať, je aby sa skladala z štvorhranných polygónov, inak nazývaných quads. Dôvod je ten, že Mudbox delí polygóny na ďaľšie polygóny na ďaľšie štvorhranné polygóny. Na obrázku 16 je vidieť ako Mudbox delí jed- notlivé typy polygónov. Iba pri štvorhranných polygónoch je mesh vo všetkých smeroch rovnaká a rovnomerne rozdelená. Vždy sa budú tvoriť menšie quads vo vnútri. Pri iných ako quads, ako je vidieť podľa obrázku, sa uprostred tvoria póly.

Tieto póly môžu spôsobovať, že sa budú polygóny na seba tlačiť na týchto miestach a spôsobovať neželané artefakty pri sculptingu alebo maľovaní a nepôjdu vyhladiť. Pokiaľ vzniknú póly, ktoré sú spojené s viac ako piatimi ďaľšími vrcholmi, je dobré umiestniť tieto body na miesta, ktoré budú čo najmenej viditeľné na výslednom renderi.

(27)

Počet vrcholov s ktorými je daný vrchol spojený sa nazýva valency. Mud- box zvládne pracovať s vrcholmi, ktoré majú valency 16 alebo nižšiu. Pri importe objektu, ktorý má vrchol, ktorého valency presahuje 16, Mudbox zahlási chybu s importovanou meshou. S touto meshou sa dá stále pracovať ale pri extrakcii máp vzniknú na mapách artefakty a nebudú správne pracovať. U mňa vznikol prob- lém s importom meshi očí. V tomto momente je tu niekoľko možností. 1. Ponechať túto chybnú mesh a pracovať s ňou, pokiaľ je ten problémový bod skrytý a na renderi nebude robiť problém. 2. V nejakom 3d modelovacom programe zmeniť mesh. V Mudboxe toto nie je možné, nemá nástroje na zmenu meshi, iné ako dele- nie. 3. Zmazať chybnú mesh a nahradiť ju inou. V mojom prípade išlo o jednodu- chý tvar očí, čiže guľu. Takže ja som mesh očí zmazal a nahradil som ich jednou zo základných meshí, ktoré ponúka Mudbox. V menu som vybral Create > Mesh

> Sphere. Na obrázku 17 je vidieť guľa vytvorená v Mudboxe aj s jej UV koor- dinátmi. Skladá sa čisto z quads narozdiel od guli, ktorá sa vytvorí v Maxe. Táto mesh má aj správne rovnomerne rozložené polygóny. Pri tvorení low-poly modelu som spomínal, že je dôležité aby polygóny mali tvar čo najbližší štvorcu. Toto

Obr.17: Na ľavo guľa z Mudboxu. Na pravo jej UV koordináty.

(28)

súviselo s tým ako Mudbox delí polygóny. Tak aby vznikali čo najpodobnejšie polygóny, Mudbox každú hranu polygónu rozdelí na polku a tu vznikne nový bod. Tieto nové body pospája so stredom polygónu a tak vzniknú nové quads. Na obrázku 18 sú vidieť vedľa seba dve meshe s rovnakým počtom quad polygónov.

Rozdiel je v ich tvare. Na pravo je mesh tvorená štvorcovými polygónami, na ľavo je mesh tvorená obdĺžnikovými polygónami. Každá z meshí bola rozdelená štyri- krát a nasculptované približne rovnaké tvary. Je vidieť, že tvary na pravo vyzera- jú oveľa lepšie a na ľavej časti sa vyskytujú artefakty. Zbaviť sa ich by vyžadovalo ešte ďaľšie rozdelenie polygónov, čo by zbytočne zvyšovalo náklady na výpočet oproti tomu keby bola mesh správne rovnomerne rozdelená.

Obr.18: Na ľavo mesh zložená z obdĺžnikov. Na pravo mesh zložená zo štvorcov [10].

(29)

3.3. Symetria v Mudboxe

Pre uľahčenie práce a hlavne pre urýchlenie, je dobré ak sa pracuje na modeli symetricky. Samozrejme toto závisí od konkrétneho modelu. V Mudboxe žiadne modifikátory neexistujú. Symetrická práca tu pracuje na inom princípe. V Maxe by sa zmazala jedna polovica a pracovalo by sa s druhou a neskôr by sa použil modi- fikátor Symmetry a všetko by sa zrkadlilo. Mudbox narozdiel od toho pracuje s obi- dvomi polovicami naraz. Zmena, ktorá nastane na jednej strane modelu sa prejaví aj na druhej strane a je jedno na ktorej polovici sa pracuje. Je tu dokonca možnosť výberu, ktoré detaily sa budú zrkadliť a ktoré nie, čo je ďalšia výhoda oproti Maxu.

Výberom hociktorého nástroja spomedzi Sculpt Tools alebo Paint Tools sa v zálož- ke Properties (Obr.19) objaví možnosť Mirror. Automaticky je táto možnosť nasta- vená na možnosť Off. Ďaľšie možnosti

sú X, Y, Z, Local X, Local Y, Local, Z, Tangent. Každá z možností zobrazuje rovinu podľa ktorej bude symetria pre- biehať. V mojom prípade budem robiť symetriu podľa osy X. Je akurát potreb- né, aby model bol umiestnený v strede. Keď vyberem možnosť X, je vidieť že model je troška posunutý od stredu a teda v dolnej časti obrazovky v zálož- ke Select/Move Tools vyberem možnosť Move a napozicujem model tak aby osa

X prechádzala jeho stredom (Obr.20). Obr.19: Menu Mirror v záložke Properties pomocou ktorého sa dá nastaviť osa zrkadlenia.

(30)

Model je považovaný za topologicky symetrický pokiaľ má rovnaký počet polygónov na oboch poloviciach a vzťahy medzi hranami polygónov sú rovna- ké na oboch poloviciach [11]. Toto umožňuje, že na model, ktorý je topologicky symetrický ale má nesymetrické správanie je možné kresliť alebo sculptovať symetricky. V tomto prípade je potrebné vybrať možnosť Tangent zo záložky Mirror a definovať osu zrkadlenia. Topologickú osu stačí definovať iba raz a je prevádzaná na všetky ďaľšie levely. Princíp symetrie z Maxu sa dá tiež docieliť ale iba z časti a na to je potrebné mať na modeli už nejakú Sculpt vrstvu. Symetria na modeli bude fungovať iba v rámci tejto vrstvy. To znamená, že pokiaľ má byť celý model symetrický, tak je potreba aplikovať symetriu na všetky Sculpt vrstvy, ktoré sa na modeli nachádzajú. V záložke Layers, v podzáložke Sculpt Layers sa vyberie vrstva, ktorá ma byť symetrická, pomocou Faces Tool, ktorý sa nachádza v záložke Move/Select Tools, sa označia polygóny podľa ktorých sa určí polovica, ktorá sa bude zrkadliť. Následne sa klikne na vrstvu pravým tlačidlom myši a vybere sa možnosť Mirror a osa podľa ktorej sa bude zrkadliť.

Obr.20: Na ľavo model s osou symetrie mimo stredu. Na pravo model na správnej pozícii.

(31)

3.4. Subdivision Levels

Vďaka Subdivision Levels je možné v Mudboxe vytvoriť high-poly model z low-poly modelu. Ide o delenie polygónov. Ako som už spomínal, Mudbox delí polygóny tak, že vždy vytvára štvorhranné polygóny vo vnútri už existujúcich polygónov. Keď sa otvorí základný model v Mudboxe je na úrovni 0. Pri prechode na ďalšiu úroveň sa všetky polygóny rozdelia. Teda pri predpoklade, že základ- ná mesh je zložená výlučne zo štvorhranných polygónov, tak sa počet polygónov zoštvornásobí s každým ďaľším pridaním ďaľšej úrovne.

Na pridanie novej úrovne slúži klávesová skratka SHIFT + D alebo v menu Mesh > Add New Subdivision Level. Vždy keď sa vytvorí nová úroveň v okne vpravo hore sa objaví údaj popisujúci číslo novej úrovne a počet polygónov na tejto úrovni (Obr.21). Medzi úrovňami sa dá prepípanať pomocou kláves. Kláve- sou PgUp model prejde na vyšiu úroveň. Klávesou PgDown zasa naopak, model prejde na nižšiu úroveň. Tieto príkazy sa dajú pre-

viesť aj v menu Mesh > Step Level Up alebo Mesh

> Step Level Down. Rovnako ako v prípade vytvo- renia novej úrovne sa objaví informácia o momen- tálnej úrovni na ktorej sa model nachádza a o počte polygónov. Tento údaj sa nachádza neustále aj vpravo dole. Popisuje nie len počet polygónov a momen-

tálnu úroveň ale naviac poskytuje aj údaj, ktorá úroveň je najvyššia. Nová úroveň sa dá pridať iba v prípade, že sa model nachádza na najvyššej úrovni. Pokiaľ je model na úrovni nižšej ako maximálnej a stlačí sa klávesová skratka pre pridanie novej úrovne, tak sa nová úroveň nepridá, namiesto toho sa prevedie príkaz pre postup o jednu úroveň vyššie (PgUp). Zníženie počtu úrovní je tiež možné.

Obr.21: Informácia s počtom poly- gónov na novo vytvorenej úrovni.

(32)

V menu Mesh príkazom Delete Highest Level. Model sa ale pri prevedení tohto príkazu nemôže nachádzať na najvyššej úrovni ale na niektorej úrovni pod ňou.

Pri pridávaní ďaľšej úrovne je možné nastaviť. čo sa má stať s bodmi a UV koor- dinátami. V menu Mesh je vedľa Add New Subdivision Level malý štvorček, ktorý otvára okno s nastaveniami (Obr.22). Smooth Positions aplikuje globálne vy- hladzovanie na všetky body na modeli, vždy keď sa delí. Založené na Catmull- Clark algoritme [12]. Subdivide UVs delí UV koordináty pri každom pridaní nového levela pokiaľ je táto možnosť zaškrnutá. Pokiaľ nie je, tak delí UV koordi- náty iba v prípade, že je to potrebné. Napríklad UV koordináty sú aplikované na model na vyššej úrovni až keď sa na tej úrovni začne kresliť na model. Smooth UVs aplikuje globálne vyhladzovanie na UV koordináty modelu, vždy keď je model delený. Vyhladzovanie UV koordinátov je

užitočné v prípade, že model bude renderovaný v inej aplikácii, ktorá má podobné algoritmy na vyhladzovanie UV koordinátov ako Mudbox.

V Mudboxe je tiež možné ísť aj opačnou cestou ako je vytvorenie nových vyšších úrov- ní. Pokiaľ high-poly model bol vytvorený v ne-

jakej inej aplikácii ako Mudbox a táto aplikácia tiež delí polygóny na základne Catmull-Clark algoritmu ako napríklad ZBrush, je možné vytvoriť nižšie úrov- ne pomocou funkcie Rebuild Subdivision Levels ktorá sa nachádza v záložke Mesh. Táto funkcionalita môže zlepšiť rýchlosť výkonu oproti rýchlosti pracova- nia s high-poly meshou ako základnou úrovňou v Mudboxe [13].

Obr.22: Add New Subdi- vision Level menu.

(33)

3.5. Sculpt Tools

Vytváranie detailov na modeloch je hlavnou náplňou práce s Mudboxom.

Táto metóda sa nazýva sculpting. Na tvorenie detailov slúžia Sculpt Tools, kto- rých je 19. Vzhľadom na to, že informácie ohľadom jednotlivých nástrojov pre sculptovanie sa líšia v rôznych zdrojoch informácií, ja budem na ich popis pou- žívať kombináciu najdôležitejších informácií z online nápovedy Mudboxu [14], z nápovedy, ktorú ponúka Mudbox pri vybraní konkrétneho nástroja a mojich osobných skúseností získaných pri práci na tejto práci s jednotlivými nástrojmi, pretože moja predstava o tom ako by mali jednotlivé nástroje fungovať a ich vý- sledky sa niekedy líšili. Obecne každý človek má iné vnímanie a vyhovujú kaž- dému iné veci. Je na každom si nástroje vyskúšať a používať tie, ktoré každému jednotlivcovi konkrétne najviac vyhovujú. U všetkých nástrojov platí, že pokiaľ pri práci s nástrojom je stlačená klávesa Ctrl, efekt nástroja je opačný. Teda ak by mal nejaký nástroj pridávať na objeme modelu, so stlačenou klávesou Ctrl bude naopak uberať. Pri sculptovaní ako aj pri kreslení odporúčam, pokiaľ je to možné, používať grafický tablet. Je to výborný pomocník na tento typ modelácie.

Sculpt

Navyšuje pôvodnú formu a posúva vrcholy v smere, ktorý určuje priemer normál vo vnútri hranici kurzoru nástroja. Tento ná- stroj má pravdepodobne najväčšiu množinu možností čo sa s ním dá vytvoriť. No ja osobne som ho používal len veľmi málo. Ostatné špe- cializovanejšie nástroje mne osobne ponúkali lepšie možnosti práce ale u mnohých grafikov môže tento nástroj patriť medzi najpoužíva- nejšie.

(34)

Smooth

Vyrovnáva pozície vrcholov v závislosti ku jednotlivým vrcholom pomocou priemerovania pocície vrcholov. Výborne sa tým zbavuje tvrdých hrán. Prípadne to tiež dobre funguje v prípade, ak ne- jaký iný nástroj vytvorí pixelovité hrany kvôli nedostatočnému počtu polygónov.

Grab

Vybere a posunie vrcholy. Užitočné na jemné upravovanie tvaru modelu. V mojom prípade veľmi užitočné a jeden z najčastejšie používaných nástrojov. Výborný napríklad na opravovanie tvaru očí, úst, nosa, sánky, ktoré by boli v Maxe oveľa náročnejšie na úpravu.

Pinch

Tlačí vrcholy do stredu kurzoru nástroja. Užitočný na ostrenie rôznych záhybov a ohybov. Používal som ho hlavne na vylepšovanie ostrých hrán vzniknutých pomocou nástroja Knife.

Flatten

Vyrovnáva ovlivnené vrcholy tak, že ich posúva do spoločnej roviny. Osobne som ho používal niekedy namiesto nástroja Smooth.

Výsledky, ktoré som dosiahol pomocou Flatten boli vačšinou bližšie tomu čo som si predstavoval pod vyrovnávaním/vyhladzovaním ako ponúkal nástroj Smooth.

Foamy

Je jemnejšia verzia nástroja Sculpt. Tomuto nástroju som ja dával prednosť pred nástrojom Sculpt.

Spray

Používa sa predovšetkým pre detailne povrchy. Používa sa spolu so Stamp. Obrázok je narazítkovaný pozdĺž ťahu.

(35)

Repeat

Užitočné na vytváranie vzorov na povrchu. Používa Stamp.

Imprint

Natlačí Stamp obrázok do povrchu. Ťahom sa upravuje po- zícia a veľkosť.

Wax

Nanáša ďaľšiu plochu na model. Pridáva alebo odstraňuje ma- teriál z povrchu modelu.

Scrape

Užitočné pre minimalizáciu alebo odstraňovanie vyčnieva- júcich častí. Rýchlo vypočíta plochu a potom zarovná všetky vrcholy nad touto plochou.

Fill

Zapĺňa priehlbiny na povrchu modelu počítaním plochy (zalo- ženej na priemere vrcholov) a vyťiahnutím vrcholov pod plochou na úroveň plochy.

Knife

Vykrajuje ostré ťahy z povrchu. Spolu s nástrojom Pinch priná- ša veľmi dobré a ostré výsledky.

Smear

Pohybuje s vrcholmi v smere dotyčnice na ich pôvodnú pozí- ciu na povrchu v smere ťahu.

Bulge

Premiestnňuje oblasť pod nástrojom pohybovaním každého vrcholu v smere jeho normály a vytvára tak efekt vypukliny. Mnou pravdepodobne najčastejšie používaný nástroj. Tvoril som ním väčši- nu jemných detailov. Na tie ešte jemnejšie som potom ešte slúžil Knife.

(36)

Amplify

Opak nástroja Flatten. Pohybuje s vrcholmi ďalej od spoloč- nej plochy. Tie ktoré sú vyššie pôjdu ešte vyššie, tie čo sú hlbšie, pôjdu ešte hlbšie. Dobré na zvýrazňovanie detailov, ktoré sa už na modeli nachádzajú, ale nie sú dostatočne viditeľné.

Freeze

Zamkne vybrané vrcholy aby nemohli byť ovplyvnené sculp- tovacím nástrojom. V Knihe Digital Sculpting with Mudbox [] je táto funkcia často používaná a odporúčaná na mnoho úkonov, no ja osobne som ju ani raz nepoužil a pracoval bez nej.

Erase

Vymazáva nasculptované informácie z vrstvy. Funguje len s vrstvami. Všetky informácie na základnej meshi zostávajú nedot- knuté.

Mask

Umožňuje kresliť hodnoty priehľadnosti na Sculpt vrstvy a tým skrývať nedeštruktívne detaily. Funguje iba na Sculpt vrstvách a nie na základnej meshi.

Každému nástroju sa vpravo po vybraní otvorí záložka Properties. Najhlav- nejšími nastaveniami sú Size (veľkosť), Strength (sila) a Mirror. Size a Strength sa dajú ovplyvňovať aj klávesovými skratkami B a M v tomto poradí. Pomocou týchto klávesových skratiek sa ovládajú tieto nastavenia presnejšie a odporúčam ich používať. V Properties ešte odporúčam zaškrtnúť a používať Remember Size, čo spôsobí, že si každý nástroj bude pamätať svoje nastavenia z posledného po- užitia. S použitím Stamps alebo Stencil, sa môže veľmi rýchlo dosiahnuť zaujíma- vých výsledkov.

(37)

3.6. Sculpt vrstvy

Pri sculptovaní sa upravuje a mení základná mesh. Keď je táto základná mesh upravená do žiadúceho tvaru, je možné na tento model sculptovať ďalej, pridávať ďaľšie detaily a pri tom mať istotu, že ak tieto zmeny z nejakého dôvo- du nebudú vyhovujúce, je možné sa ich zbaviť a vrátiť sa ku modelu predtým, bez nutnosti otvárať nejakú staršiu verziu alebo robiť kroky späť. Toto je možné vďaka Sculpt Layer. Teda vrstvám, ktoré sa nachádzajú v Mudboxe. Sú podobné tým známejším z programu Photoshop. Informácie čo sú na jednej vrstve neovp- lyvňujú informácie čo sú na inej vrstve. Sculpt Layers sa nachádzajú v zálož- ke Layers > Sculpt. Pokiaľ ešte žiadna vrstva nebola vytvorená, nachádza sa tu v tomto momente iba základná mesh. Je označená malou kockou. Nová vrstva sa dá vytvoriť viacerými spôsobmi. Pod nápisom Layers je tlačítko znázornené šípkou, kde sa nachádza možnosť New Layer. Hneď pod tým sa nachádza tlačít- ko priamo pre vytvorenie novej vtstvy. Prípadne ako tretia možnosť je kliknúť pravým do panelu, kde sa nachádza mesh a vybrať možnosť New Layer. Dôležitá vlastnosť týchto vrstiev je tá, že tieto vrstvy fungujú a je možné ich meniť iba na tej úrovni, na ktorej boli vytvorené. Na obrázku 23 je vidieť tri vrstvy. Dve boli vytvorené na úrovni šesť a jedna bola vytvorená na úrovni sedem. Model sa v tomto momente nachádza na úrovni šesť a pri najvyšej vrstve sa nachádza znak červeného preškrtnutého koliečka, čo znamená, že táto vrstva momentálne nie je dostupná. Rovnako ako vrstvy vo photoshope aj tu funguje maskovanie. Čo znamená že je možné na vrstvy kresliť priehladnosť a tým nedeštruktívne mazať detaily (Obr.24). Masky fungujú iba na vrstvách a nie je možné nimi upravovať detaily na základnej meshi.

(38)

Obr.23: Sculpt Layers panel.

Obr.24: Na ľavo detail na vrstve. V strede nakreslená maska. V pravo výsledok.

(39)

3.7. Send to Max

Možnosť ako môžu Max a Mudbox spolu spolupracovať okrem posielania informácií cez súbory .obj alebo .fbx, je možnosť Send To. Je to novinka v produk- toch od firmy Autodesk na rok 2012. Čiže ak je na jednom počítači nainštalova- ných viac produktov od Autodesk, môžu medzi sebou posielať mesh. Ja som túto možnosť využil na vytvorenie oblečenia. V záložke Object List som vybral model hlavy. Zostúpil som na najnižšiu úroveň, úroveň 0. Z menu File som vybral Send to 3ds Max > Send Selected As New Scene (Obr.25). Tento príkaz automaticky otvoril Max a tam sa objavil môj model z úrovne 0. Označil som polygóny, ktoré som chcel aby tvorili oblečenie (Obr.26). Pomocou funkcie Scale a klávesy Shift som vytvoril nový objekt a na ten som ešte následne použil Extrude aby som mu dodal objem. UV koordináty v tomto prípade som netvoril. Na tomto objekte ukážem funkciu Ptex. Z menu v Maxe som vybral Send To > Send To Mudbox

> Update Current Scene. Táto funkcia nemusí slúžiť len na vytváranie nových objektov. Je dokonca možné pôvodnú mesh zmeniť v Maxe a aktualizovať scénu v Mudboxe a pomocou funckie Transfer Details aplikovať nasculptovaný detail na túto mesh s novou topológiou.

Obr.25: Send to Max.

(40)

Obr.26: Označené polygóny na vytvorenie oblečenia v Maxe.

(41)

3.8. Kreslenie

Kreslenie priamo na objekt v 3D, je asi ten dôvod prečo grafici najčastejšie používajú Mudbox. Je to určite aj môj prípad. Zložitým textúrovaním a kreslením po rôznych 2D mapách sa stráca čas a hlavne chuť pracovať. Ja osobne si neviem vynachváliť Mudbox dostatočne, čo sa týka tejto jeho funkcie. Vo veľa funkciách pracuje kreslenie rovnako ako sculptovanie. Kreslenie má tiež svoj panel s nástroj- mi, v ktorom sa nachádzajú rôzne nástroje na kreslenie a úpravu farieb textúr.

Jednotlivé nástroje majú tiež nastavenia v záložke Properties a často s rovnakými možnosťami ako Sculpt Tools. Rovnako sa vytvárajú nové vrstvy a tiež funguje maskovanie. Paint Layers sa v tomto prípade podobajú ešte viac tým z Photoshopu vďaka módom prelínania. Nezávisí na akej úrovni boli vytvorené ako to bolo pri Sculpt Tools. Namiesto toho Paint Layers fungujú na princípe kanálov. Pri Vytvo- rení novej vrstvy (Obr.27) sa zadáva názov vrstvy, veľkosť, formát a kanál. Ka- nály sú Diffuse, Specular, Gloss, Incandescence,

Opacity, Vector Displacement map, Bump Map, Normal Map a Reflection Mask. Základná far- ba sa kreslí na kanál Diffuse. Všetko čo sa na- kreslí na model je automaticky kreslené na UV mapu. V UV View je možné vidieť ako bude výsledná textúra vyzerať.

Od verzie 2012 Mudboxu sa tu nachádza novinka a to je kreslenie bez po- treby tvoriť UV koordináty Ptex. Bohužiaľ ako som písal, ešte nemá podporu v Maxe. Plugin Stripes, ktorý Ptex do Maxu podporuje, ako som neskôr zistil, jednou z tých jeho chýb, ktoré ešte nemá doriešené a vie sa o nich je fakt, že ne- podporuje displacement [15]. Metódu, ktorou budem ja renderovať záverečné

Obr.27: Vytvorenie novej Paint Layer

(42)

rendre. Teda je pre môj prípad nepoužiteľný. Vyskúšal som si ho ale aj tak na mojom modeli, z ktorého som odstránil UV koordináty. Výsledok ma prekva- pil. Mohol som kresliť po povrchu úplne bez problémov, plynulo, hladko. Snáď v ďaľšej verzii produktov Autodesk sa objavia nejaké ďaľšie novinky ohľadom tejto techniky. Ako tvrdia vo Walt Disney Animation Studios, táto ich technika im ušetrila veľa času a práce a bola už úspešne použitá pri tvorbe ich filmov [4].

Pri kreslení Mudbox ponúka pár vylepšení ako dosiahnuť lepších výsled- kov. Ako prvé spomeniem Viewport Filtres (Obr.28). Tieto filtre sa nachádzajú v pravej časti rozhrania a simulujú podmienky pri rendery. Za zmienku určite stoja Ambient Occlusion a Cavity Ambient Occlusion. Tieto dva filtre dodajú scéne tiene, podobné tým, ktoré by boli prítomné pri rendery. Grafik je schop- ný vďaka tomu svoj model prispôsobiť

tomu čo potrebuje a môže mu to uľah- čiť prácu. Dokonca dokážu aj poukázať na miesta, kde sú chyby v meshi. Keď sa tieň znázorňuje nesprávne, je to zna- menie, že je niekde chyba. U mňa sa mi takto podarilo napríklad nájsť chybu na nose, ktorý bol krivý, ale táto chyba nebola viditeľná až do momentu, keď som aplikoval tieto dva filtre.

Pri kreslení sú veľmi silnými nástrojmi Stamp (razítko) a Stencil (šablona).

Pomocou Stamp je možné dosiahnuť dobré mixovanie a prelínanie farieb a rôz- nych vzorov. Pomocou Stencil sa potom dajú dobre doplniť konkrétne detaily.

Veľké množstvo Stamp a Stencil sa dá násjť v Mudbox Community.

Obr.28: Viewport Filters

(43)

4. Exportovanie máp z Mudboxu

Mudbox síce poskytuje možnosť rendrovať, ale nastavenia rendru sú tu mi- nimálne a pre renderovanie sa používajú iné aplikácie. Na to, aby sa dostali in- formácie o modeli z Mudboxu do inej aplikácie slúžia rôzne typy máp. Prípadne sa môže použiť funkcia Send To a high-poly model poslať do nejakej inej apli- kácie. No to sa nemusí vždy podariť. Napríklad ja mám model hlavy už taký zložitý, že pri pokuse poslať tento model celý do Maxu, mi nestačila operačná pamäť a nepodarilo sa model preniesť. Na exportovanie máp slúži v menu Maps funkcia Extract Texture Maps (Obr.29). Toto menu ponúka päť typov máp na export: Transfer Paint Layers, Ambient Occlusion Map, Vector Displacement Map, Displacement Map, Normal Map.

Transfer Paint Layers sa môže napríklad použiť pokiaľ je model nakreslený metódou Ptex a neskôr je potrebné tieto textúry namapovať na model s UV ko- ordinátmi. Alebo pokiaľ sa modelu zmenia UV koordináty počas práce na ňom [16]. Ďaľším typom máp sa budem venovať v samostatných podkapitolách.

Obr.29: Menu Extract Texture Maps

(44)

4.1. Ambient Occlusion Map

Už som spomínal, že vo Viewport Filters sa nachádza filter Ambient Occ- lusion. To čo produkuje tento filter sa dá vyexportovať a použiť ako samostatná vrstva. Pre všetky mapy menu vyzerá podobne. Najprv je potrebné vybrať model, na ktorý sa bude mapa aplikovať. Väč- šinou mesh na úrovni 0. Ďalej je potreba vybrať model, z ktorého sa mapa bude extrahovať. Väčšinou je to model na naj- vyšej úrovni. Pre každý model samozrejme budú vyzerať ostatné nastavenia rôzne. Ja som sa držal návodu ktorý som našiel na internete [17]. Pokiaľ sa prejde myšou nad nejaké tlačítko, vybehne okno s pomocou, kedy sa má ktoré nastavenie v akom prípade použiť. Moje nastavenia pre AO mapu je vidieť na obrázku 30. Po extrahovaní sa mapa nastaví ako Paint Layer do kanálu Diffuse. Ako je vidieť na obrázku 31, celý model sa zmení na čier- no-biely. Je potrebné zmeniť mód prelína- nia na Multiply. Mne táto mapa nestačila pre dosiahnutie požadovaného výsledku.

Obr.30: Nastavenia Ambient Occ- lusion Map

(45)

Namiesto toho ale aby som vytváral mapu znova s inými nastaveniami, som iba zduplikoval túto mapu ešte dva razy a už som bol s výsledkom spokojný. Toto riešenie odporúčam v prípade nespokojnosti s AO mapou najprv vyskúšať, ke- dže AO mapa sa dlho vytvára.

Obr.31: Model po vyextrahovaní AO mapy

(46)

4.2. Displacement Mapa

Displacement mapa je textúra alebo procedurálna mapa, ktorá sa použí- va na deformáciu a vytlačenie geometrie 3D modelu. V podstate ide o 2D ob- rázok v stupnoch šedi, kde každý stupeň charakterizuje inú výšku vytlačenia od povrchu objektu. Čierna charakterizuje nulovú zmenu. Biela charakterizuje úplné vytlačenie, ktorého intenzita je ešte daná ďaľšími hodnotami v nastave- niach jednotlivých grafických programov. Pomocou displacement máp sa bežne animujú a vytvárajú zložité efekty, ako napríklad stopy v snehu, stopy v bla- te po pneumatikách, pukanie zeme atď. Pomocou displacement máp sa dajú zlo- žité efekty veľmi ľahko simulovať oproti ručnej tvorbe a úprave grafika, ktorá by bola komplikovaná a hlavne zdĺhavá. Pri použití správnych nástrojov a po- stupov môžu displacement mapy poslúžit ako veľmi dobrý, spoľahlivý a hlavne rýchly pomocník pri vytváraní detailných organických modelov s jednoduchou geometriou. Displacement mapy sa správajú veľmi podobne ako bump mapy.

S rovnakou textúrou, v prvom prípade aplikovanou ako bump mapa a v druhom prípade aplikovanou ako displacement mapa, sa na prvý pohľad dosiahnú rovna- ké výsledky. Aké sú vlastne rozdiely medzi bump a displacement mapou? Bump mapa pracuje systémom, že mení normálu povrchu v danom mieste, čím iba vytvára ilúziu detailu na povrchu objektu. Na druhej strane displacement mapa modifikuje samotný povrch. Na obrázku 32 je vľavo objekt, na ktorý je apliko- vaná textúra a následne použitá ako bump mapa v 3ds Max. Povrch sa zdá byť zmenený. Je vidieť rôzne vypukliny, ktoré vznikli po aplikácii mapy, ale tieň objektu zostáva rovnaký bez zmien. Tieň zostal bez zmeny z dôvodu, že bump mapa nemá vplyv na svetlo a tieň, kedže vytvára iba ilúziu a nie skutočnú zmenu objektu. Na pravej strane obrázku je znova rovnaký objekt a aplikovaná textúra je

(47)

zhodná s textúrou použitou na ľavom obrázku, ale v tomto prípade je aplikovaná ako displacement mapa. V prípade použitia displacement mapy sa objekt skutoč- ne zmenil. To vedie ku správnemu vykresleniu obrysov, tieňov a k celkovému správnemu globálnemu osvetleniu. Displacement mapu ja z Mudboxu exportovať nebudem. Namiesto toho použijem jej vektorovú verziu.

Obr.32: Na ľavo bump mapa. Na pravo displacement mapa [18].

(48)

4.3. Vector Displacement mapy

Vektorové displacement mapy pracujú na podobnom princípe ako klasické displacement mapy, ale narozdiel od normálnych už nie sú čierno-biele. Sú to fa- rebné mapy, ktoré okrem údaju o koľko sa majú od povrchu vytlačiť, nesú aj informáciu v akom smere. Toto dovoľuje vytvárať objekty s rôznymi zásekmi ako napríklad hríby pomocou týchto máp, čo by pomocou bežných displacement máp nebolo možné. Vektorové displacement mapy fungujú v Mudboxe dvomi spô- sobmi. Pomocou Stencil sa dá nasculptovať tvar, ktorý je uložený v mape na objekt. Jednou zo základných takýchto máp v Mudboxe je mapa ucha. To znamená, že tak zložitý tvar ako je ľudské ucho sa dá v Mudboxe vytvoriť na jedno kliknutie myšou. Ja som použil tieto mapy na vytvorenie lebiek, ktoré sa nachádzajú na obraze.

Vytvoril som Plane, ktorý som niekoľko krát rozdelil (Shift + D). Vymo- deloval som sculptovaním tvar lebky, ktorý je vidieť na obrázku 33. Je potrebné vytvoriť ešte jeden Plane rovnakej veľkosti, na

ktorý sa bude tento nový detail mapovať. Nie je potreba ho deliť. Rovnako ako pri AO mape, aj v tomto prípade sa mapa vytvorí v Maps >

Extract Texture Maps. Na obrázku 34 sú vidieť nastavenia pre extrahovanie tejto mapy. Vyze- rá to podobne ako extrahovanie AO mapy. Sú tu ale dve dôležité veci. Ak sa má mapa použí- vať ako Stencil v Mudboxe, je potrebné v menu Vector Space označiť možnosť World a v náz-

ve mapy pri ukladaní pripojiť príponu vdm. Obr.33: Nasculptovaná lebka

(49)

Po vytvorení sa táto mapa na- hrá do Image Browser. Vektorová displacement mapa v sebe skrýva viac informácií ako sa na prvý pohľlad zdá. Klávesami + a - sa dá prepínať medzi jednotlivými stopami tejto mapy(Obr.35). Po stlačení tlačítka Set as Stencil, sa táto mapa nastaví ako Stencil a je možné ju použiť na model.

Na obrázku 36 je vidieť jej použitie.

Pri extrahovaní vektorovej mapy pre použitie v inej aplikácii ako Mudbox sú nastavenia podobné ako na obrázku 34 len s malými úpravami.

Držal som sa návodu z online nápo- vedy Autodesku pre 3ds Max [19]. Je potreba odškrtnúť možnosť Smooth Target Models a zaškrtnúť možnosť Smooth Source Models. Vector Space nastaviť na Object. V názve nie je po- trebné uvádzať príponu vdm.

Obr.34: Nastavenia vektorovej displa- cement mapy

(50)

Obr.35: Vektorová displacement mapa lebky. V 0, 3, 7 a 10 stopách.

Obr.36: Použitie vektorovej displacement mapy.

(51)

5. Rendering

Keď je vektorová displacement mapa vyexportovaná, je potreba pre finálny render vyexportovať ešte základnú mesh, na ktorú sa táto mapa bude používať.

Základná mesh na úrovni 0 sa vyexportuje do formátu .fbx. Tento formát zahŕňa aj export materiálu a displacement mapy do zložky s rovnakým názvom ako je názov exportovaného súboru. Tento .fbx súbor sa následne importuje do Maxu.

V Maxe, v záložke Rendering > Render Setup sa nastaví renderer na Mental Ray a objektu sa v Object Properties v záložke Mental Ray nastaví Displacement pod- ľa obrázku 37. Nie je potrebné nastavovať žiadne mapy ani materiaály. Model je v tomto momente pripravený na render.

V mojom prípade ale nedošlo ku správnemu vyrenderovaniu. Na obráz- ku 38 je vidieť, že na modeli vznikli rôzne artefakty a ostré hrany, ktoré tam v Mudboxe na tých miestach neboli. Začal som skúšať iné nastavenia v Maxe na render, ako aj som ešte niekoľko krát vyexportoval vektorové mapy s inými nastaveniami znovu. Ale nič z toho nepomohlo. Následne som začal hladať riešenie na internete a diskusných fórach. Našiel som pár prípadov s podobným problé- mom aj v iných programoch ako v Maxe ale nikde nebolo žiadne správne rieše- nie. Dôvod, ktorý sa ale spomínal bol ten, že sa displacement mapy nezobrazujú správne na miestach, kde sú veľké polygóny. Ponúknuté riešenia boli zahustiť

Obr.37: Nastavenie Mental Ray displacementu.

(52)

mesh, použiť noise a zvýšiť počet delení v Maxe. Zahustenou meshou som získal opačný efekt a teda som dostal ešte viac ostrých hrán ako som mal pred tým.

Druhou možnosťou bolo použitie noise na displacement mape. Vo photoshope som teda pridal na mapu filter Noise. Toto riešenie fungovalo ale iba z časti. Síce sa hrany stratili ale dostal som po celom modeli malé výstupky, čo je pre model ľudskej tváre rovnako nepoužiteľné. Posledné riešenie a teda zvýšenie počtu de- lení sa bohužial ani nepodarilo vyrenderovať kvôli nedostatku operačnej pamäti.

Následnovne som sa pokúšal tento problém konzultovať s vedúcou práce pani Lukášovou a doktorskými študentmi. Ale z ich strany prišli len rovnaké návrhy ako som už spomínal a žiadne iné riešenie sme nenašli. Teda som bol nútený fi- nálne rendre robiť v programe Mudbox.

Obr.38: Nesprávny render s artefaktami.

(53)

Záver

V mojej bakalárskej práce som tvoril 3D model interpretovaného 2D na- maľovaného obrazu. Na vytvorenie tohto 3D modelu som použil metódu digi- tálneho sculptingu. Výsledkom sú vykreslené obrazy (Obr.39 40 41)vo veľkom rozlíšení z rôznych uhlov poukazujúcich na skryté časti modelu, ktoré nie sú vidieť na maľbe.

Na začiatku som vytvoril low-poly model v program 3ds Max pomocou techník polygonálneho modelovania. Na low-poly modeli bolo dôležité hneď na začiatku určiť ako by mala vyzerať základná mesh. Popisoval som postup ako pripraviť základný model. Ďalej som popisoval ako vytvoriť tvary ako rohy v 3ds Maxe rôznymi spôsobmi. Následne som model pripravil postupne na export. Po- písal som na čo sa používajú a ako fungujú UV koordináty a aj som ich vytvoril.

Spomenul som aké by mohli nastať problémy s meshou a ako ich pomocou STL Check nájsť. Ďalej som upozornil na netypickú chybu Rats Nest, ktorá sa stala v mojom prípade a jej riešenie. Exportoval som model do Mudboxu, kde som za- čal popisovať tvorbu vysokopolygonálneho modelu. Najskôr som ukázal funckie rozhrania Mudboxu. Následne som opísal ako by mala vyzerať správna mesh a čomu sa pri jej tvorbe vyhnúť. S veľkým dôrazom na zachovanie štvorhran- ných polygónov. Ďalej som popísal ako fungujú Subdivision Levels a ako vďa- ka nim a Sculpt Tools vytvoriť jemné detaily. Spomenul som aj kompatibilitu s inými programami od spoločnosti Autodesk vďaka funkcii Send To. Popísal som ako funguje texturovanie v Mudboxe a naznačil som ďaľší možný vývoj v tomto smere a to konkrétne metódu Ptex. Počas celej práce som sa snažil dával tipy, ako som konkrétne prípady riešil ja a čo som v ktorej situácii spravil a používal.

(54)

Vychádzal som z vlastných skúseností a snažil som sa upozorňovať na možné chyby, z ktorých aj mne sa niekoľko prihodilo. Nakoniec som popísal ako expor- tovať z Mudboxu rôzne typy máp a objektov. High-poly model som exportoval do Maxu, kde sa mi ale nepodarilo dosiahnuť požadovaných výsledkov pri ren- derovaní. Nakoniec som musel renderovať v Mudboxe a miernu postprodukciu som spravil v programe Photoshop.

Obr.39: Finálny render z predu.

(55)

Obr.40: Finálny render zo zadu.

Obr.41: Finálny render detail.

(56)

(57)

Literatúra

Základná Literatúra

KŘÍŽ, Jan. Mistrovství v 3ds Max : [kompletní průvodce profesionálního grafika].

Vyd. 1. Brno : Computer Press, 2010. 1151 s. ISBN 9788025124642.

KERMANIKIAN, Ara. Introducing Mudbox. Indianapolis, Ind. : Wiley, 2010.

ISBN 9780470537251

DE LA FLOR, Mike; MONGEON, Bridgette. Digital sculpting with Mudbox:

essential tools and techniques for artists. Burlington, MA : Focal Press, 2010.

263 s. ISBN 9780240812038.

Mudbox 2012 Artist Guide Videos [online]. [cit. 18. mája 2012] dostupné z http://usa.autodesk.com/adsk/servlet/item?siteID=123112&id=14951454&li nkID=11937423

Ďaľšie zdroje

[1] MÁDR, T. Tvorba herního charakteru [online]. Brno:

Masarykova univerzita. Fakulta informatiky, 2009. 54 s.

Vedúci bakalárskej práce Švalbach, V. [cit. 18. mája 2012]. Dostupné z:

<http://is.muni.cz/th/207536/fi_b/Text_prace.PDF>.

[2] Li - Giger‘s Greatest Love [online]. [cit. 18. mája 2012] dostupné z http://

www.dolphinjoy.com/giger/liimages.htm

[3] SCHLEMMER, J. Metodika výuky předmětu výtvarné anatomie v programu 3ds Max 8 [online]. Brno: Masarykova univerzita. Fakulta informatiky, 2006.

123 s. Vedúci bakalárskej práce Lukášová, H. [cit. 18. mája 2012]. Dostupné z World Wide Web: <http://is.muni.cz/th/98791/fi_b/Metodika_vyuky_pred- metu_vytvarne_anatomie_v_programu_3ds _Max_8>.

[4] Ptex: Per-Face Texture Mapping for Production Rendering [online]. [cit. 18.

mája 2012] dostupné z http://www.disneyanimation.com/library/ptex/

[5] Stripes [online]. [cit. 18. mája 2012] dostupné z http://www.mankua.com/

Stripes/Stripes.php

(58)

[6] CISKO, F. Analýza možností mapování objektů v 3D modelovacích programech [online]. Brno: Masarykova univerzita. Fakulta informatiky, 2012. 50 s. Ve- dúci bakalárskej práce Lukášová, H. [cit. 18.5.2012]. Dostupné z World Wide Web: <http://is.muni.cz/th/324559/fi_b/bp.pdf>.

[7] KERMANIKIAN, Ara. Introducing Mudbox. Indianapolis, Ind. : Wiley, 2010. ISBN 9780470537251 s.99

[8] Rats Nest warning in max [online]. [cit. 18. mája 2012] dostupné z http://

www.gameartisans.org/forums/showthread.php?t=11946

[9] KERMANIKIAN, Ara. Introducing Mudbox. Indianapolis, Ind. : Wiley, 2010. ISBN 9780470537251 s.91

[10] KERMANIKIAN, Ara. Introducing Mudbox. Indianapolis, Ind. : Wiley, 2010. ISBN 9780470537251 s.92

[11] Sculpt using symmetry [online]. [cit. 18. mája 2012] dostup- né z http://download.autodesk.com/us/mudbox/help2010/index.html?url=WS1a9193826455f5ff-6d855556117c4584e54-2888.

htm,topicNumber=d0e11261

[12] Mesh Menu [online]. [cit. 18. mája 2012] dostupné z http://download.

autodesk.com/global/docs/mudbox2012/en_us/files/GUID-7032323F-30A2- 478A-96B3-75191E6D30B-249.htm?highlighting=smooth%7Cuvs

[13] Rebuild subdivision levels for an imported mesh [online]. [cit. 18. mája 2012]

dostupné z http://download.autodesk.com/global/docs/mudbox2013/en_

us/index.html?url=files/GUID-0625B767-7437-4B72-A771-36FD5FE6002E.

[14] Rebuild subdivision levels for an imported mesh [online]. [cit. 18. mája 2012]

dostupné z http://download.autodesk.com/global/docs/mudbox2013/en_

us/index.html?url=files/GUID-0625B767-7437-4B72-A771-36FD5FE6002E.

[15] Stripes Know Issues [online]. [cit. 18. mája 2012] dostupné z http://www.

mankua.com/Stripes/KnownIssues.php

[16] Transfer Paint Layers [online]. [cit. 18. mája 2012] dostupné z http://download.autodesk.com/global/docs/mudbox2013/en_us/index.html?url=files/GUID-9F144861-910B-48F7-8FEA-3A2FA8FE558A.

(59)

[17] Extract a cavity map in Mudbox [online]. [cit. 18. mája 2012] dostupné z http://www.3dworldmag.com/2011/09/12/tutorial-extract-a-cavity-map-in- mudbox/

[18] Displacement vs Bump mapping [online]. [cit. 18. mája 2012] dostupné z http://www.spot3d.com/vray/help/150SP1/examples_displacement.htm [19] Vector Displacement Map [online]. [cit. 18. mája 2012] dostup- né z http://download.autodesk.com/us/3dsmax/2012help/index.

html?url=files/GUID-5647CB81-2013-4E1D-BCE7-A25FCE9ADE3-2080.

(60)

(61)

Prílohy

Na priloženom DVD sa nachádzajú:

použité aj nepoužité obrázky a screenshoty

finálne rendre z rôznych ulov

zdrojové súbory a mapy

bakalárska práca v elektronickej podobe

(62)