Creation of Low Poly 3D Models for an AR Application

Введение

Данный проект был посвящен созданию мультимедийных иллюстраций для настольной карточной игры «Имаджинариум», которая заключается в придумывании ассоциаций к изображенным, нарисованным на специальных карточках. 3D-иллюстрации выступают в роли искусственных элементов дополненной реальности, которые могут сделать интерактивный процесс игры более увлекательным и захватывающим, а придумывание ассоциаций — богатым и интересным.

Процесс создания трехмерного контента для применения в дополненной реальности включает в себя такие этапы, как:

• выбор референсов;
• создание высокополигональной модели (High poly model);
• ретопология: создание низкополигональной модели (Low poly model);
• развертка;
• запекание карт с переносом детализации и текстурирования;
• риггинг, скининг и анимация;
• реализация модели в игровом движке и построение AR-приложения.

1. Создание 3D модели и подготовка к использованию в AR

Для создания высокополигональных персонажей на основе двумерных иллюстраций использовалась предназначенная для цифрового скульптинга программа ZBrush, богатый инструментарий которой позволяет достигать высокого уровня детализации (поры, шероховатости поверхности, мельчайшие изгибы, подробно проработанные рельефы и проч.) (рис. 1, рис. 2).

На основе готовой HP модели делается ретопология [1]: создается ее LP-копия с перераспределенной полигональной сеткой, пригодной для анимации и последующему перенесению детализации с HP модели. Упрощенные LP модели необходимы при использовании в приложениях дополненной реальности, так как эти приложения крайне требовательны к используемым ресурсам, следовательно, их необходимо минимизировать именно за счет полигональных характеристик используемых моделей. Следующий необходимый шаг — создание развертки LP модели в текстурных координатах, которая проводилась в программе UVLayout [2] (рис. 3).

Впоследствии вся детализация, проработанная в HP-варианте модели, переносится на LP модель с помощью технологии Normal Mapping и ряда текстурных карт, определяющих внешний вид готовой модели [3]. Текстурированная LP модель персонажа с перенесенной с ее HP-оригинала детализацией, подготовленная к использованию в AR, представлена на рис.4.

При построении LP модели, ее развертки и запекании текстур должны быть учтены такие факторы, обеспечивающие качественный результат, как:

• минимизация количества полигонов без потери и деформации необходимой формы и силуэта модели;
• уплотнение полигональной сетки на подвижных в результате анимации частях модели;
• специфика создания фасок, скосов, мелких деталей и проч.;
• распределение групп сглаживания для избегания возникновения градиентов на карте нормалей;
• триангуляция LP перед запеканием;
• грамотная настройка параметров при создании UV-развертки;
• грамотная настройка HP, LP и Cage (ограничивающие проекционные лучи);
• контроль ориентации нормалей по Y-каналу и т.д.

В случае внимательного и корректного подхода к каждому этапу создания подготовленной LP модели вероятность возникновения проблем и искажений при запекании деталей в карты нормалей минимизируется.

Для моделей, предназначенных для анимации, далее следуют такие этапы, как риггинг (создание системы костей модели) и скининг (привязка полигональной сетки к созданному ригу и ее настройка для осуществления корректных движений модели).

Объемная модель монстра размещена на SketchFab.