ЛАЙНАРТ
Линии — один из основных инструментов художника, особенно в иллюстрации и анимации. В 2D-графике рисование линий следует устоявшемуся набору правил, которые направляют внимание зрителя, проясняют форму и передают нужные художнику эмоции. Хотя не все эти принципы напрямую переносятся в 3D-графику, их понимание даёт полезную основу для построения техник визуализации линий.
Разворот из манги «Berserk», Кэнтаро Миура (2009)
художественные принципы
Традиционные 2D-иллюстраторы принимают несколько ключевых решений при рисовании линий.
Иллюстрация, Херлуф Бидструп (1988)
Во-первых, они определяют, нужны ли линии вообще для определенной детали. Например, детализированный рисунок лица может потребовать прорисовки морщин и тонких черт для точной передачи выражения. Напротив, изображение детского лица с таким же уровнем детализации непреднамеренно добавит визуального возраста. Поэтому стратегический пропуск деталей важен: некоторую информацию эффективнее передать с помощью штриховки, дизайна формы или оставить неявной.
Ходячий замок, реж.Хаяо Миядзаки (2004)
Во-вторых, иллюстраторы учитывают толщину линий — изменение толщины линий вдоль контура и внутри внутренних деталей. Более толстые контуры часто обозначают силуэт или элементы переднего плана, в то время как более тонкие линии используются для внутренних деталей. Изменение толщины линий устанавливает иерархию, разделяет перекрывающиеся формы и создает ощущение глубины, намекая на пространственные отношения.
Пример вариативной толщины линий, Jamie Noguchi
Иллюстрация разных видов вариативности толщины линий, somsomik
В-третьих, цвет линии можно подобрать для гармонии с основной палитрой. Распространенный прием предполагает использование более темного, насыщенного варианта базового цвета объекта вместо чистого черного. Это снижает визуальный шум, сохраняя при этом четкость формы.
Иллюстрация возможностей окраски линий. Рисунок автора.
Хотя лайнарт в 2D-иллюстрации не ограничивается этими принципами, и не всегда их используют, в совокупности они формируют достаточно удобную для восприятия и экспрессивную эстетику, которую можно воспроизвести в 3D.
3D-подходы
Перевод линий в 3D требует технических решений, реализуемых на нескольких этапах разработки. Существует несколько стандартных подходов:
Демонстрация шейдера с обводкой, пользователь Gyrth на godotshaders.com
- Постобработка обнаружения краёв: алгоритмы анализируют глубину, нормали или цветовые разрывы в отрендеренном изображении для создания контуров в экранном пространстве. Это обеспечивает стабильные результаты и не требует модификации модели.
- Метод инвертированной оболочки: дубликат «оболочки» модели слегка масштабируется наружу и визуализируется сплошным цветом, создавая контур вокруг объекта. Этот метод обеспечивает чёткие силуэты и часто используется для внешних линий.
- Линии на текстурах: линии рисуются непосредственно в текстурах. Это позволяет точно контролировать стиль, но сильно зависит от UV-развёртки и может иметь ограничения по разрешению.
- Геометрия: линии представлены как отдельные трёхмерные объекты. Это обеспечивает точность и контроль над стилем, но увеличивает время производства и техническую сложность.
Apollo Justice: Ace Attorney Trilogy, Capcom (2024)
Эти подходы различаются по стоимости, гибкости и масштабируемости, и многие коммерческие издания объединяют несколько подходов, чтобы воспроизвести гибкость рисованной иллюстрации.
примеры из индустрии
Guilty Gear Xrd
Guilty Gear Xrd использует гибридный подход, сочетающий инвертированные оболочки и тщательно контролируемый лайн на основе текстур. [1] Силуэты создаются с помощью инвертированных оболочек, что обеспечивает чёткие, однородные контуры, которые остаются читаемыми во время динамической анимации.
GUILTY GEAR Xrd REV 2, Arc System Works (2016)
Чтобы избежать пикселизации на крупных планах, традиционная текстурная прорисовка потребовала бы нереально высокого разрешения текстур. Вместо этого разработчики полагались на то, что прямые горизонтальные и вертикальные линии сохраняют чёткость независимо от размера изображения. На текстурах нарисованы только прямые линии, а изогнутые или наклонные линии создавались путём намеренного искажения UV-островов во время развёртки. Несмотря на трудоёмкость, этот метод позволил создавать чистые, независимые от разрешения внутренние линии с контролируемой толщиной по всей модели. [1]
Демонстрация текстурного подхода GuiltyGearXrd, GuiltyGearXrd’s Art Style: The X Factor Between 2D and 3D (2015)
Okami
Визуальный дизайн Okami вдохновлён восточноазиатскими традициями живописи тушью, такими как суми-э и гохуа.
Засохшее дерево и странный камень, Су Ши (1037 — 1101)
Чтобы воссоздать контуры, нарисованные кистью, контуры генерируются с помощью распознавания краёв, применяемого к данным глубины сцены и нормалей поверхности. После обнаружения эти края визуализируются с помощью текстур мазков кисти, имитирующих естественную диффузию краски и изменение давления. [2]
Okami HD, Clover Studio (2012)
Этот метод позволяет передать неровный, органичный характер линий, нарисованных от руки, что в значительной степени способствует созданию живописной эстетики произведения.
Okami HD, Clover Studio (2012)
демонстрация
Для практической демонстрации, сопровождающей данное исследование, используется простой и доступный метод, основанный на обнаружении границ. Регулируя пороговые значения и параметры ширины линий, шейдер создаёт два набора контуров: более толстые контуры для силуэтов и более тонкие линии для внутренних деталей. При этом внутренние, тонкие линии появляются только тогда, когда камера приближается к персонажу, чтобы не создавать визуальный шум.
Демонстрация лайн-арта: детализация при приближении камеры
Дополнительная стилизация достигается за счёт раскрашивания линий, что повышает выразительность и интеграцию с палитрой персонажа. Метод использует выборку основного цвета поверхности и применяет операцию смешивания цветов color burn для получения окончательного цвета линии.
Демонстрация лайн-арта: окрашивание линий
Объединение этих результатов позволяет частично воспроизвести иерархическую структуру, типичную для 2D-иллюстраций, сохраняя при этом низкую стоимость производства. Несмотря на меньшую сложность, чем примеры из индустрии, метод сохраняет основные художественные принципы и подходит для разработчиков с ограниченными ресурсами.
ШЕЙДИНГ
Cel shading — один из самых известных методов нефотореалистичного рендеринга, широко используемый для создания упрощённого, иллюстративного освещения в 3D-графике. Сокращая количество тональных переходов и подчёркивая чёткое разделение освещённых и затенённых областей, Cel shading позволяет совместить 3D-изображения c эстетикой 2D-комиксов и анимации. Он помогает объединить стилизованный дизайн персонажа с общей моделью освещения, избегая неестественного контраста, возникающего при сочетании стилизованных форм с физически реалистичным освещением.
Hi-Fi Rush, Tango Gameworks (2023)
художественные принципы
Как и в случае с лайнартом в 2D-иллюстрации и анимации, светотень в основном определяется художественным замыслом. Художники часто отходят от физически точного освещения, чтобы сохранить ясность, направить взгляд зрителя или сохранить заданный эмоциональный тон. Несколько общих для рисованной анимации приемов иллюстрируют, как художественный замысел преобладает над физическим реализмом:
Фрагмент обложки «Хеллбой: Семя разрушения», Майк Миньола (1994)
Избирательное расположение теней: аниматоры часто затеняют только те области, которые необходимы для выразительности, игнорируя или упрощая естественные тени. Например, тени на лице смещаются или полностью исчезают, если они мешают читабельности.
Промар, реж.Хироюки Имаиси (2019)
Стабильные тени: в традиционной анимации тени рисуются в соответствии с дизайном персонажа, а не с точным покадровым изменением освещения. Это предотвращает эффект «скольжения», возникающий при неравномерном движении теней по поверхностям.
Евангелион 2.22: Ты (не) пройдёшь, реж. Хидэаки Анно (2009)
Выбор цвета тени: окрашивание областей тени в разные оттенки может использоваться для передачи различий между материалами, а эффектное контрастное затенение выборочно используется для передачи настроения, а не для отображения фактического освещения сцены.
Подземелья вкусностей, Studio Trigger (2024)
При переносе этих принципов в трёхмерное пространство технические решения должны учитывать эту преднамеренную манипуляцию формой и тенью, сохраняя ощущение художественного решения в каждом кадре.
основы cel-shading в 3D
Cel-шейдинг сводит реалистичный свет к небольшому набору дискретных тонов. Простейшая модель использует два тона: освещённую область и область тени, и иногда дополняется бликами. Более сложные реализации могут включать дополнительные тона.
Типичный процесс cel-шейдинга включает в себя:
Извлечение информации об освещении из сцены.
Применение порогового значения для определения, находится ли пиксель в тени или на свету.
Назначение цветов каждой области, иногда зависящее от свойств материала или текстур палитры.
The Legend of Zelda: Breath of the Wild, Nintendo (2017)
Несмотря на концептуальную простоту, этот метод создаёт ряд сложностей, связанных с противоречием между физическим освещением и художественным замыслом. В 3D свет рассчитывается автоматически. Это может привести к появлению нежелательных теней, отвлекающих градиентов или бликов в областях, которые были бы пропущены в рисованной иллюстрации. В результате разработчикам приходится внедрять механизмы, позволяющие вручную корректировать или переопределять логику затенения.
Демонстрация проблем простого cel-шейдинга, GuiltyGearXrd’s Art Style: The X Factor Between 2D and 3D (2015)
Даже когда желаемое освещение можно приблизительно передать в статичной позе, движение создаёт новую проблему: динамическое освещение приводит к неестественному «скольжению» теней по стилизованным поверхностям. В рисованной анимации затенённые области привязаны к дизайну персонажа, а не к условиям освещения в пространстве. Это несоответствие необходимо учитывать, чтобы избежать визуальной несогласованности. [3]
Демонстрация проблем cel-шейдинга в анимации и решения с помощью редактирования нормалей, @AversionReality
Профессиональный цветовой дизайн в 2D-анимации опирается на тщательно подобранные палитры, учитывающие особенности освещения, различия материалов и тон повествования. В 3D для воспроизведения этого нюанса требуются системы, позволяющие варьировать цвета теней в зависимости от материала, типа освещения или контекста, а не использовать единый глобальный цвет тени.
The Legend of Zelda: Breath of the Wild, Nintendo (2017)
примеры из индустрии
Guilty Gear Xrd
Модель шейдинга состоит из двух основных компонентов:Основная двухцветная система шейдинга, в которой любая поверхность, нормаль которой обращена более чем на 90 градусов от источника света, назначается области тени.
Управляемая вертексами настройка шейдинга, позволяющая художникам вручную определять освещение. Каждый вертекс получает параметр, указывающий, насколько сильно она должна считаться освещённой или затенённой, что позволяет определённым областям модели оставаться постоянно затенёнными или постоянно освещёнными независимо от освещения в пространстве мира. [1]
GUILTY GEAR Xrd REV 2, Arc System Works (2016)
Этот метод сохраняет стабильность и чёткость, характерные для 2D-анимации, без необходимости использования карт нормалей высокого разрешения. Кроме того, персонажи используют текстуру оттенков для определения цвета теней в зависимости от категории материала: тени кожи имеют розовый оттенок, а одежда и металлические поверхности — более холодные оттенки. Поскольку все игровые арены равномерно освещены одним источником, эти оттенки остаются визуально согласованными. [1]
GUILTY GEAR Xrd REV 2, Arc System Works (2016)
Genshin Impact
Genshin Impact использует более детальный подход к cel-шейдингу. Несколько техник способствуют формированию этой эстетики:Текстурированные микротени, на волосах и складках одежды, стабилизируют вид теней в анимации.
Имитация подповерхностного рассеивания света и равномерный rim lighting смягчают силуэты и обеспечивают читаемость в различных условиях освещения. [4]
Genshin Impact, miHoYo (2020)
Этот подход позволяет создавать персонажей, сохраняющих стилизованную чёткость, но при этом более мягких и объёмных, чем во многих проектах с cel-шейдингом.
Genshin Impact, miHoYo (2020)
Marvel Rivals
В Marvel Rivals экран выбора персонажей имитирует иллюстрации на обложках комиксов, характеризующиеся ярким направленным освещением. Чтобы добиться четкого освещения по контуру персонажа, которое проявляется только на отдельных участках, разработчики используют второй меш — модифицированный дубликат основной модели персонажа с удалёнными участками. Это гарантирует то, что яркое освещение будет видно только на тех участках, где оно необходимо.Marvel Rivals, NetEase Games (2024)
одинаковый Fresnel эффект, наложенный на меш для освещения (слева) и на весь меш персонажа (справа)
демонстрация
Для демонстрации я выбрал самый простой рабочий процесс cel-shading, отдав приоритет ясности и доступности по сравнению с более специализированными процессами, используемыми в коммерческом производстве. Сначала я извлек данные об освещении из прохода постобработки. Используя эти данные, я применил два цветовых порога: для основной тени, и для более мягкого перехода этой тени в свет.
Этот упрощенный шейдинг я наложил на цвет финальной сцены. Это позволило затенению корректно отразить изменения, вызванные цветом освещения, влиянием окружающей среды и любым глобальным тонированием, присутствующим в сцене.
Демонстрация шейдинга: разные сценарии освещения
В затенённых областях я затем умножил на себя, с небольшой коррекцией оттенков. Эта операция позволила получить насыщенные, визуально чистые теневые тона, сохраняя при этом соответствие основным условиям освещения.[5]
Демонстрация шейдинга: с оттенением и без
Однако этот базовый метод производит распространённую проблему, обсуждавшуюся ранее: затенение остаётся привязанным к физически создаваемому освещению, что означает лёгкую потерю ощущения художественного замысла. Тени могут появляться в нежелательных местах или слишком заметно смещаться во время анимации.
Демонстрация освещения: разные нормали.
Чтобы решить эту проблему, я внёс коррекцию непосредственно в материал персонажа. В частности, я смешал стандартную плоскую нормаль (0, 0, 1) с умеренным значением VertexNormalWS. Полное использование VertexNormalWS приводило к чрезмерно драматичным затенениям и заметным артефактам, особенно на широких, симметричных частях меша. Однако смешанная нормаль обеспечивала более стабильное и напоминающее традиционное аниме освещение.
