Об использовании рисунков и технологий 3-D моделирования в компьютерных играх

Страница 2

О технологиях 3D-моделирования

Многочисленные попытки создания единой и универсальной 3D-технологии, способной одинаково качественно отобразить на виртуальном персонаже движение лицевых мышц и движения тела актера, продолжаются. Наилучшие достижения в решении подобных задач продемонстрировала техническая команда Джеймса Камерона, работавшая над созданием фильма «Аватар». Технологии «захвата движения» широко используются в наши дни для создания виртуальных 3D-моделей персонажей, поэтому не стоит думать, что все подобные технические решения невообразимо дороги. Многие коммерческие студии по разработке компьютерных игр вполне могут позволить себе установку motion capture устройств. Есть решения разных категорий – от самых простых, оптических и гироскопических, до действительно дорогих и огромных электронно-механических и магнитных комплексов, занимающих целые комнаты отдельных этажей. Для тех, кому такие технологии не требуются постоянно, существуют услуги по аренде. Кроме самого комплекса арендуется также помощь технического специалиста, обученного для работы на данном устройстве. Интересный момент заключается в том, какие корни имеет технология motion capture. Эта технология явилась следствием развития и компьютеризации прикладных методов ротоскопирования и медицинской томографии.

Считается, что метод ротоскопирования был изобретен в 1914 году немецким художником Максом Флейшнером, который использовал результаты своего изобретения для создания серии короткометражных мультфильмов с названием «Из чернильницы». Макс попросил своего брата Дэвида надеть клоунский костюм и выполнить ряд таких движений, как кувырки через голову, потягивание и зевание, повороты вокруг своей оси, приплясывание на одном месте, взмахи руками. Все это он снял на кинопленку, а затем, используя увеличение полученных кадров, перерисовывал движения брата на персонажа в клоунском костюме. Все выполнялось вручную. Так появился клоун Коко, первая «художественная проекция» живого актера, движения которого были срисованы с кадров кинопленки.

Можно сказать, что это было созданием первой «ручной» технологии motion capture. Первые два мультфильма серии «Из чернильницы» были продемонстрированы общественности в 1919 году. Успех было ошеломляющим, но, несмотря на это, по непонятным причинам, интерес к ротоскопии был утерян вплоть до середины 1940-х годов, когда ее вновь стали использовать в мультипликации. Что же касается компьютеризированной фиксации движения человека с помощью размещенных на теле датчиков, то первым подобное решение в 1980 году предложил Томас Клаверт, одаренный инженер и профессор кинезиологии. Усовершенствовав стационарный томограф, Томас создал блок выносных электромагнитных датчиков, и, закрепляя их на теле пациента, изучал состояние мышечного тонуса и отклонения в состоянии мышечных тканей. Что интересно, Клаверт сразу же нашел и прикладное применение этой технологии. С помощью такого комплекса, он фиксировал технику движения профессиональных танцовщиц из кабаре, директором которого являлся его знакомый. Затем директор использовал полученную запись для обучения новых сотрудниц кабаре. базовым движениям танца «Канкан». Так началась история самой знаменитой 3D-технологии - технологии motion capture.

В 1982 -1983 годах началось активное использование оптических комплексов «захвата движения» в компьютерных играх, причем, во множестве жанров. В местах сочленений и суставов на теле актера крепились маленькие лампочки или светоотражающие элементы (что-то вроде катафот, устанавливаемых на колесах велосипеда). Пока актер выполнял движения, на консоли управления компьютера системы фиксировались изменения местоположений многочисленных лампочек в пространстве. Кроме того, актера снимали двумя камерами с разных углов, и полученные координаты также передавались на компьютер, что позволяло получить трехмерный рисунок движения. Полученный материал требовал редактирования и дополнительной обработки, но позволял получить уже неплохие по качеству результаты. Шло время, совершенствовались методы трансляции сигнала и технологии обработки изображений. Помимо оптических методов стали использовать технологию магнитных полей – в дополнение к лампам и светодиодам, в качестве датчиков появились небольшие магнитные излучатели. Сегодня использование метода motion capture позволяет получить весьма и весьма достоверные проекции движений людей на виртуальных персонажах, экономя значительный объем работы художников. Создаваемые проекции персонажей при этом полностью трехмерны, что само по себе представляет новый уровень развития компьютерной графики. Хорошо отработанные кадры движений трехмерного персонажа по естественности визуального восприятия на порядок превосходят кадры движений рисованных персонажей. Так что отображение как можно более естественного движения – одна из сильнейших сторон 3D-моделирования.

Что же касается лицевой анимации, то технологии 3D только пытаются приблизиться к достоверности отображения человеческих эмоций. Кто бы мог подумать, что самой сложной задачей для современных компьютерных технологий окажется задача повторения движений лицевых мышц. И сложность заключается в том, что на человеческом лице около одиннадцати основных мимических мышц и мускулов, и четыре «глубоко лежащих», и размеры их, как вы понимаете, тоже невелики. Отражение же какой-либо эмоции вызывает сложное сочетание мышечных напряжений различной степени. Любой скульптор, претендующий на звание профессионала, в обязательном порядке тщательно занимается изучением анатомии, и только потом уже пытается зафиксировать выражение лица в своих работах. Что же касается компьютерного художника-аниматора, то он должен не просто постараться зафиксировать эмоцию, а еще и отобразить ее в движении. Ну и, разумеется, малый размер, и совместная работа мимических мышц не упрощают задачи. Для отображения эмоций актеров на виртуальных персонажах также используют комплексы motion capture, но уже более сложные и чувствительные, использующие волновые и световые микро-датчики для лица. Сейчас лучшие технические команды компьютерных аниматоров и инженеры-конструкторы совместными усилиями пытаются создать как можно более достоверную технологию захвата движений мышц лица. По мнению профессионалов, достоверность отображения эмоций с использованием самых последних 3D-технологий, не превышает шестидесяти пяти процентов. Не возникает сомнений, что в ближайшем будущем, 3D- технологии решат данную задачу, и пожелаем удачи лучшим техническим умам компьютерного мира.

Стоит заметить, что не единожды, даже известные разработчики приключенческих игр (не будем называть имен), создавая во многом отличные 3-D локации и реалистичные человеческие фигуры, экономили на лицевой анимации героев по причине ли сроков завершения проекта, ограниченности бюджета, или каким-то иным причинам. Результат получался странным. Живые и вполне себе подвижные персонажи получали каменные и гладкие лица-маски, у которых только расширялись глаза, и полукругом приоткрывались тонкие линии рта. В этом одна из самых больших особенностей 3D-моделирования при создании компьютерных игр. Если бюджет, временные рамки или что-либо еще не позволяют использовать motion capture при создании лиц персонажей, то лучше прибегнуть к старым методам создания лицевых рисунков, или не показывать лица крупным планом.

Лучшее и наиболее качественное решение сегодня образуется на стыке использования технологий motion capture для демонстрации движения персонажа, и рисунка лица с последующей компьютерной корреляцией активности мимических мышц. Именно таким образом созданы наиболее популярные герои компьютерных игр, включая и знаменитых героев квестов.

Что же касается фоновых изображений, то современные 3D-технологии предлагают вниманию разработчиков огромное количество как платных, так и свободно распространяемых инструментов для моделирования. Причем, следует отметить, что в подобных программах, изначально создав «трехмерный объем» локации, можно сразу моделировать объекты любой сложности с точки зрения их формы. В самой же программе можно задавать и базовые цвета и тона объектов, что позволяет получить общий начальный вид локации. И уже после этого добавляются детали в виде, например, сложного сочетания цветов, игры света и тени, специальных эффектов отражения и контрастности. В значительной степени решается проблема статичности фонов, поскольку программы моделирования включают в себя обширные возможности по имитации элементов движений объектов окружающего мира. Создание 3D-локаций активно используется в RPG (Role-Playing Game) играх, «шутерах» и «слэшерах», стратегиях, гонках и многих других жанрах. В последних версиях самых знаменитых RPG (для примера – готовящаяся к выпуску третья часть «Diablo») также активно используется прием автогенерации локаций из готовых наборов. Это означает, что художник-аниматор изначально создает большую 3D-локацию природного ландшафта, затем разделяет ее на отдельные блоки, совместимые в разных комбинациях. В процессе прохождения игроком локаций, виды природы генерируются автоматически, соединяя между собой в произвольном порядке отдельные блоки. Если игрок возвращается на ранее посещенную локацию, то программа «помнит» компоновку показанных блоков, но попадая на новую локацию, игрок увидит новое произвольное сочетание блоков. Разработчики приключенческих игр также используют технологии 3D-моделирования игрового окружения, однако в любимом нами жанре это происходит не так часто. И на это есть причина. Происходит это потому, что созданные исключительно с помощью 3D- технологий элементы окружающего мира выглядят не совсем естественно. В таких изображениях много элементов «вычурности», «лоска и блеска», что для глаза неспешного и внимательного квестера будет выглядеть как явный недостаток.

И снова лучшие результаты предоставляет сочетание рисунка и 3D-технологий. Художник создает рисунок локации, затем рисунок моделируется на «трехмерный объем локации», и дорабатывается до конечного состояния. Лучшее решение – это компромисс.

Кушнарев Александр ака Klaverm