Развиваясь, человечество всегда стремилось к совершенствованию способов воплощения в жизнь своего восприятия окружающего мира. Долгий путь развития компьютерной техники и программного обеспечения привел к появлению 3D-моделирования. Мощные программы компьютерной графики  реализуют воплощение идеи в готовый, видимый результат, позволяют создавать объемные модели любого объекта с фотографической точностью. Сейчас, чтобы оценить достоинства и недостатки программы, нужно лишь создать в ней объемную модель реального объекта. Компьютерное  моделирование широко распространено в различных сферах деятельности людей и зарабатывает огромную популярность. В киноиндустрии без 3D-моделирования уже сложно обойтись. Специалистов по 3D-моделированию не хватает и, именно поэтому, они всегда востребованы, а в дальнейшем спрос на них будет расти [1,11].

Фильмы без спецэффектов просуществовали сравнительно недолгое время. Человечество, открывшее для себя новый мир, быстро стало думать о том, как изобразить на пленке то, что раньше возможно было только лишь в их воображении. Сейчас ни один современный фильм не может обойтись без трехмерной графики.

3D-графика – это создание объемной модели при поддержке особых компьютерных программ. На базе чертежей, рисунков, тщательно подобранных описаний либо любых иных графических или текстовых данных 3D-моделлер создает объемное изображение объекта. В специально разработанной компьютерной программе, например: WINGS 3D, DAZ STUDIO и др. модель можно рассмотреть с разных сторон, интегрировать в абсолютно любую плоскость и в любое окружение [9,10,12]. Такая модель отличается фотографической точностью и помогает лучше представить, как будет выглядеть объект, воссозданный в жизни, привнести определенные коррективы.

Воплощение компьютерной графики в фильмах – огромнейший труд, над которым работают десятки и сотни специалистов. От сценаристов и режиссеров до целого «войска» художников: они моделируют объекты, текстурируют изображение, анимируют, занимаются риггингом и визуализацией героев и виртуального мира.

Основные этапы создания и визуализации 3D моделей в киноиндустрии.

1)      Моделирование – создание трехмерных объектов и моделей.

2)      Текстурирование – наложение текстур и материалов на трехмерные модели.

3)      Риггинг (от англ. Rig – установка, оснащать) – изготовление виртуального «скелета», системы «кости» – «суставы» для последующей анимации персонажа.

4)      Анимация – «оживление», имитация движений трехмерных персонажей.

5)      Рендеринг (3D – визуализация) – визуализация созданной графики и запись.

6)      Композитинг – объединение каждого отдельного элемента в финальную сцену. Например, внедрение 3D-сцен в отснятый видеоматериал, коррекция цветов и добавление эффектов. [2]

Способов моделирования огромное количество, и описать все в одной статье невозможно. Я затрону только самые используемые методы. В моделях для кинематографа в основном используют кривые поверхности (NURBS-моделирование) и полигоны (полигональное моделирование). Отличие полигонального моделирования только в том, что их проще всего визуализировать.

NURBS-моделирование – математическая форма, используемая в 3D-моделировании для генерирования и изображения кривых и поверхностей [14,15].

Полигон — многоугольник, являющийся минимальной поверхностью для визуализации в трёхмерном моделировании.

Чем выше количество полигонов имеет объект, тем выше детализация, качество и разрешение. На основе этого подразделяют высокополигональные (high poly) и низкополигональные (low poly) модели. В производстве фильмов чаще всего используют высокополигональные модели, рендеринг которых, проводят по несколько недель, а то и месяцев.

Текстурирование – это не только подбор цветов и материалов для объемной модели, это огромная область деятельности, которой в кинематографе занимается художник по текстурам. Перед тем как передать работу художнику, моделлер делает текстурную развертку (UV-развертка) – двумерное изображение, которое содержит поверхность объемной модели. UV-развертки необходимы для того, чтобы текстура идеально ровно расположилась на модели без каких-либо ошибок.

Затем обрисовываются текстуры, которые присоединяются к модели. Создается целый комплект текстур: цвет, карта рельефа (displacement – создает реальный рельеф), карта нормалей (normal map – создает видимость рельефа), карта бликов (specular), карта неровностей (bump), карта прозрачности (alpha) и многие другие. Таким образом, появляется полностью готовый визуальный образ локации или персонажа: от внешнего вида и волос до морщинок и эмоций; от рельефной местности до отдельных травинок и листьев.

В 3D моделировании риггинг – это процесс разработки и процедура подготовки персонажа к анимации, включающий в себя создание и установку внутри трёхмерной модели виртуального «скелета» – набора «костей» или «суставов», процесс установления систематической взаимосвязи между ними и значений всевозможных модификаций и видоизменений для каждой из этих костей.

Скелетная анимация, для которой и используется риггинг, удобна прежде всего тем, что позволяет управлять огромным количеством составных частей анимируемой фигуры (конечности, глаза, мышцы лица, губы и т.д.) с помощью сравнительно небольшого количества регулирующих частей – тех самых костей и их контролируемых характеристик.

Для того, чтобы трехмерная модель «ожила», в работу вступают специалисты-аниматоры. Основная цель аниматора – сделать движения модели максимально похожими на настоящие. Особенно это важно в тех фильмах, где в одном кадре 3D-персонажу необходимо взаимодействовать с реальными актерами.

Самым простым способом анимации – является анимация по ключевым кадрам. Художник-аниматор указывает положение модели в начальном и конечном кадрах движения, а положение в промежуточных кадрах определяется специальной компьютерной программой. Это несложный в реализации метод, но для создания сложных движений достаточно трудоемкий и требует большого умения аниматора для получения максимальной реалистичности персонажа.

Система активного захвата движений (технология Motion Capture)  представляет совмещение движений реального актера, на котором надеты специальные датчики, считывающие перемещение, эмоции, действия, с движениями трехмерного персонажа. Этот метод очень облегчает работу аниматора, позволяя задействовать уже готовые движения актеров. Простейший пример Motion Capture – Голум, персонаж Энди Сёркиса в трилогии П. Джексона «Властелин колец».

Заключительный этап моделирования – итоговая визуализация полученных сцен – рендеринг.  Существует только два типа рендеринга: рендеринг в настоящем времени и пострендеринг. В кинематографе в приоритете пострендеринг, ведь быстрота просчетов – далеко не основной фактор, на первом месте высокое качество картинки и графики. А именно, реалистичное качество виртуально созданного мира с правильным и четким сочетанием света и тени.

Композитинг – комбинированная съемка является последним этапом постпроизводства. И это не просто работа с цветом и слоями: композер -специалист, занимающийся композитингом, объединяет все части фильма в одно целое, внедряет в отснятый видеоматериал трехмерных персонажей и другие 3D-элементы, исправляет ошибки и убирает лишнее, работает над разными эффектами. Проще говоря, создает объединенную сцену реальности и созданного 3D-изображения, превращая все это в одну готовую реалистичную сцену. Специалист-композер является ответственным за конечный продукт –видеофильм [4].

Компьютерное моделирование меняет наше чувство связи между видеокамерой и реальностью вне фильма. Присутствие и того и другого уже не является абсолютно необходимым. Теперь «запечатлеть» то, что нельзя было увидеть в реальной жизни, стало намного проще. 3D-технологии преобразовывают изображение в пиксели, которые можно с легкостью редактировать, переделывать, изменять, трансформировать. Стирается грань между анимацией (которая создает образы там, где их вообще прежде не было) и монтажом (который занимается расстановкой фрагментов сцен и событий, запечатленных камерой).

Именно благодаря 3D-моделированию стало возможным показать то, чего не существует в реальности, воплотить на экране самые смелые идеи и фантазии. С освоением 3D-моделирования работниками киноискусства был совершен колоссальный прорыв в кинематографе.

1. Верстак В. А. 3ds Max 8. Секреты мастерства. – СПб.: Питер, 2006 . –672 с.
2. Гусева Е. Н. Дидактические условия использования педагогических программных средств в процессе профессиональной подготовки будущих учителей/ дис. канд. пед. наук:13.00.08/Гусева Елена Николаевна; МГПИ:–Магнитогорск, 1999, – 168 с.
3. Гусева Е. Н. Математика и информатика: [электронный ресурс]  учеб. пособие/ Е. Н. Гусева, И.Ю. Ефимова, И.Н. Мовчан,  Л.А. Савельева. – 3-е изд., стереотип.–М.:Флинта, 2015–400с.–URL:  lf5.com/Knigi/Nauka-Obrazovanie/Matematika/Matematika-i-informatika-148-103807
4. Гусева Е.Н. Имитационная модель «Центра социальной помощи семье и детям» //Перспективы развития информационных технологий. 2014. № 17. С. 17-22.
5. Гусева Е.Н. Имитационная модель строительной фирмы / Е.Н. Гусева // Вестник науки и образования Северо-Запада России. Том  1 № 4. Экономические и педагогические науки, 2015. С. 1-6.
6. Гусева Е.Н. Имитационное моделирование как среда компьютерной визуализации знаний/ Новые информационные технологии в образовании/ Материалы VII международной научно-практической конференции. Российский государственный профессионально-педагогический университет. 2014. С. 395-399.
7. Гусева Е.Н. Имитационное моделирование разработки рудника по добыче  меди// Научные труды SWorld. 2013. Т. 11. № 4. С. 73-76.
8. Гусева Е.Н.,  Дружкина И.Ю. Проблемы формирования и развития навыков моделирования у учащихся среднего звена в рамках кружка по робототехнике/ Е.Н. Гусева, И.Ю. Дружкина //Современная педагогика. 2014. № 6 (19). С. 11.
9. Джон А. Белл 3ds max 6. Советы знатоков/ Джон А. Белл -  М.: Вильямс. –2005.-304с.
10. Кулагин Б.Ю. 3ds Max 7.5. Актуальное моделирование, визуализация и анимация. — СПб.: БХВ-Петербург, 2005. — 496 с.
11. Процесс создания 3D-графики в фильмах и играх.–URL:   https://videosmile.ru/lessons/read/protsess-sozdaniya-3d-grafiki-v-filmah-i-igrah.html
12. Робертс С. Анимация 3D-персонажей. –  М.:
    НТ Пресс, 2006. –  264 с.
13. Советов Б. Я., Яковлев С. А. Моделирование систем: Практикум. – М.: Высшая школа, 1999. – 224 с.
14. Флеминг Б. – Создание трехмерных персонажей. Уроки мастерства: пер. с англ. / М.: ДМК, 1999. — 448 с.: ил.
15. Чекмарев А. Средства визуального проектирования: учеб.пособ.: [электронный ресурс]/ А. Чекмарев.- СПб.: BHV, 1998.-400с. – URL: https://www.ozon.ru/context/detail/id/89835/

Все статьи автора «Кизилов Евгений Евгеньевич»