Как создать 3D-анимацию: от идеи к реализации

Выбор программного обеспечения

Выбор программы — основной шаг для художников и аниматоров. Программа влияет на качество и скорость работы. Ниже рассмотрим популярные программы, их особенности и области применения.

Blender

Бесплатная программа с набором инструментов для 3D-моделирования и анимации. Функциональность программы охватывает весь цикл создания 3D-контента, от сбора отдельных деталей (фото объектов, поз, движений и образов) до финального проекта. Применяется в киноиндустрии, игровой разработке и архитектурной визуализации. 

У Blender большое сообщество: форумы, обучающие ресурсы и курсы. Оно облегчает процесс обучения, а общение в сообществе решает возникающие вопросы. 

А еще у Blender мощные движки для рендеринга, Cycles и Eevee. Cycles — рендеринг с трассировкой лучей для реалистичного освещения. Eevee — «ускоритель», который основан на растеризации, переводе векторных файлов в пиксели для вывода на экран компьютера.

В последних обновлениях Blender поддерживает инструменты для контента в виртуальной реальности. Для работы нужен VR-шлем.  

Читайте также:

Motion Tracking в After Effects

Autodesk Maya

Профессиональный софт для 3D-анимации и моделирования в киноиндустрии и игровой разработке. Есть бесплатный пробный период. Годовая подписка стоит 180 700 рублей. 

Программа поддерживает полигональное и поверхностное моделирование. Первое направление подходит для 3D-графики, второе — для промышленного дизайна. В основе полигонального моделирования лежат полигоны — элементы в виде треугольника или четырехугольника в трехмерной системе координат. 

В поверхностном моделировании автор для построения объектов и фигур использует геометрические линии. 

Autodesk создал программу 3ds Max, с упором на архитектурную визуализацию. Годовая подписка идентична стоимости Autodesk Maya — 180 700 рублей. 

Cinema 4D

Еще одна программа с инструментами 3D-моделирования, рендеринга и скульптинга — метода постепенной сборки персонажа или объекта через наслаивание элементов и текстур. Доступна интеграция с другими пакетами программного обеспечения (например, Adobe After Effects). Работу с программой контролирует приложение Maxon App, которое следит за обновлениями и собирает в одном месте все возможности продукта: базовые функции для моделирования, плагины и видеоуроки. 

Подробнее о программе Cinema 4D рассказали в обзорной статье, там же можно узнать тарифы на подписку.  

ZBrush

Программа для сборки цифровых моделей и скульптур с проработкой мелких деталей. В интерфейсе «слепите» внешний вид персонажа, его мимику и жесты. ZBrush подходит для рисования игровых персонажей, подготовки моделей к 3D-печати и доработки 3D-сканов.

Houdini

Программа для разработки визуальных эффектов и процедурного моделирования — автоматического создания игрового контента с помощью алгоритмов. Доступна бесплатная версия Houdini Apprentice для некоммерческого использования и обучения. 

Все действия в проекте соединяются между собой нодами. Они выполняют свои функции на каждом этапе моделирования, легко удаляются и заменяются другими. Благодаря нодам вы создадите подробный ландшафт, сложную графику городов или зданий. Houdini подходит и для проработки сцен боев, пожаров, разрушений, где предметы падают, горят и ломаются на мелкие части. 

Егор Петров, студент курса 3D artist от нуля до ПРО в Contented:

В основном я работаю в Blender и Cinema 4D, так как их функции идеально подходят для создания анимации и разных визуальных эффектов. Blender — моя основная программа с удобным доступом и приятным сообществом. Существует множество плагинов, которые упрощают работу над риггингом и другими аспектами 3D-моделирования.

Создание моделей

3D-модели используют для визуализации в медицине, видеоиграх, кино и анимации, архитектуре и дизайне, искусстве, инженерии и рекламе. После того как выбрали программу, направление и написали сценарий своей анимации, начинайте собирать 3D-модель с нуля или на базе существующих объектов. Сначала нарисуйте сам предмет. Постепенно добавляйте текстуру, освещение и детали, которые прибавят сцене реалистичность.

Начните с простых геометрических форм: кубов, сфер и цилиндров. Так набьете руку на базовых действиях.

Используйте инструменты перемещения, вращения и масштабирования, чтобы изменить форму предметов. При переходе от простых форм к сложным изучите разделение и слияние. Обучитесь UV-развертке — методу проецирования изображения на грани 3D-модели. Это нужно для того, чтобы все детали объекта имели четкую текстуру.

Помните, что свет создает атмосферу. Экспериментируйте с разными типами освещения — точечным, направленным, окружающим.

Пробуйте доступные методы моделирования:

• Реверс-инжиниринг, или обратное проектирование. Этот способ подходит для доработки 3D-модели, если у вас уже есть готовый объект. Используйте 3D-сканер для захвата формы и текстуры объекта, а потом импортируйте данные в программу и подробно изучите их.
  
• Фотограмметрия. Метод для достижения реалистичности объектов в проекте. Например, вы создаете 3D-модель офисного здания. Сфотографируйте или поищите в интернете изображения бизнес-центров в разных ракурсах и через программу соберите из них 3D-модель.
  
• Игровые движки. Продвинутый метод — изучение игровых движков Unity и Unreal Engine, в которых есть инструменты для создания 2D- и 3D-моделей в играх. 2D-игры для мобильных и веб-платформ разработчики создают на Unity с помощью языка C#, а вот 3D-проекты с красивой и реалистичной графикой для ПК собирают в Unreal Engine.

Егор Петров, студент курса 3D artist от нуля до ПРО в Contented:

Есть «три кита» 3D-моделирования: свет, геометрия и текстуры — это основа любой качественной 3D-сцены, не только анимации. Есть и «четвертый кит» — камера. Старайтесь использовать камеру, максимально приближенную к реальной, с учетом фокусного расстояния, выдержки и экспозиции. Не бойтесь экспериментов — иногда легкие промахи с фокусом и экспозицией делают сцену более естественной и реалистичной.

Смотрите и разбирайте сцены из кино и анимационных фильмов, анализируйте их движения, постановку кадра и работу камеры. Не забывайте про свет, а еще про саунд-дизайн — это одна из важных вещей в анимации. Если проект подразумевает воспроизведение со звуком, никогда не забывайте про него, так как анимацию можно не только видеть, но и чувствовать. В звук можно заложить действие или настроение, подчеркнуть их важность в определенный момент. Звук — очень важный фактор для создания или передачи эмоций, ведь именно ради этого создается анимация.

Риггинг

Персонажи не статичны: они ходят, едят, зевают, ложатся в кровать и совершают еще множество действий, так же как и люди в реальности. С помощью риггинга вы создаете скелет 3D-моделей, который потом анимируете. Риг — набор виртуальных суставов и костей. Движения добавляются постепенно:

• Отрисуйте структуру скелета. Определите, как модель двигается, что контролирует каждая кость. Например, если персонаж поднимает руку, то локоть двигается вместе с ней.
  
• Привяжите модель к скелету и назначьте контроллеры, которые будут управлять движением персонажа. В играх контроллеры — это стрелки или кнопки, которые прописаны в руководстве.
  
• Добавьте ограничения на движение костей. Например, установите запрет на вращение рук персонажа больше чем на 180 градусов.

Риггинг влияет на реалистичность и динамику анимации, поэтому тщательно выбирайте пропорции персонажей и тестируйте их действия на каждом этапе.

Анимирование

Анимирование в мультипликации и кино начинают с важных основ — первой и последней позы героя. Дальше прорисовывают все промежуточные действия. Если есть раскадровка, она сильно облегчит процесс анимирования, поскольку вы понимаете, что происходит в каждой сцене, как себя ведут персонажи и как они двигаются. 

В мультипликации частота кадров чаще всего варьируется от 12 до 30 в секунду. Плавность движения зависит от количества кадров в секунду — чем их больше, тем гармоничнее двигается персонаж.

В кино для сцен применяют захват движения (Motion Capture): на тело или лицо актера ставятся датчики, которые фиксируют мельчайшие активности и пластику. Все собранные данные обрабатывают специалисты анимации и компьютерной графики, а потом создают максимально реалистичную картинку в кадре. 

Так, Танос из фантастических фильмов «Марвел» — продукт симбиоза актера Джоша Бролина и большой группы специалистов по графике. Работы с персонажем проходили в специальной комнате со множеством камер, и в каждой сцене специалисты следили за тем, чтобы поведение 3D-модели идеально совпадало с актерскими дублями. Одна из самых сложных задач для актера — помнить про вес своего героя и двигаться в кадре согласно его параметрам.  

Освещение

Освещение создает реалистичную картинку в анимации, подчеркивает детали и передает атмосферу. Рассмотрим основные типы освещения в 3D-графике:

• Точечное освещение (Point light). Здесь лучи света расходятся во всех направлениях, а ближайшие к свету объекты выглядят ярче, чем удаленные от него. Источники света: свеча, гирлянда, ночник.
  
• Направленный свет (Directional light). При данном освещении объекты одинаково яркие, а вот источник света находится далеко от них. Подходит для имитации солнечного или лунного света. 

• Прожектор (Spotlight}. Тип освещения имитирует фары, уличные фонари или лампы для чтения. Свет конусообразный, его центр самый яркий, а края более тусклые.
  
• Окружающий свет (Ambient light). Мягкий источник света, где лучи идут в разные стороны. Имитирует основное освещение в помещении, часто состоит из нескольких ламп.
  
• Рассеянный свет (Diffuse light). Подходит для имитации высокого искусственного освещения над объектами.
  
• Зеркальный свет (Specular light). Он создает блики, которые отражаются от блестящих поверхностей.

При постановке освещения в кадре соблюдайте три параметра: интенсивность, цвет и тени. Находите баланс освещения, оттенков и мягкости теней — не пересвечивайте картинку, но и не делайте ее слишком холодной и темной.

Егор Петров, студент курса 3D artist от нуля до ПРО в Contented: 

На мой взгляд, свет — это один из «трех китов» 3D-иллюстрации и анимации, ведь все, что мы видим, — это свет, отраженный от объектов. Грамотно выставленный свет оживляет простую сцену, тогда как его неправильное использование испортит шедевр моделирования и анимации.

Один из моих последних любимых лайфхаков связан не только с анимацией персонажа, но и с композицией в целом. De-lighting — это метод удаления освещения из сцены для VFX. С ним легче добавлять нужные элементы без дополнительного композитинга.

Рендеринг

Рендеринг в 3D — это процесс преобразования трехмерной модели в двухмерную анимацию на экране. После рендеринга вы получите почти готовый вариант своего проекта. Есть несколько техник рендеринга, задача которых — создать изображение через правильное распределение пучков света по объекту. Изучим их подробнее.

• Растеризация. Процесс, при котором каждый полигон превращается в пиксели. Потом система освещает, окрашивает и текстурирует их. 

• Лучевое литье (рейкастинг). Если объекты накладываются друг на друга, растеризация искажает изображение. На помощь приходит лучевое литье, в котором каждый пиксель в сцене имеет свой виртуальный луч. 

• Трассировка лучей. Но и лучевое литье несовершенно — оно не всегда верно показывает тени и отражения. В трассировке лучей система считывает эти параметры и расставляет тени, преломления и отражения туда, где это необходимо.  

• Уравнение рендеринга. Основная его цель — предсказать цвет каждого пикселя изображения на основе свойств источников света, материалов объектов и их геометрии.

Рендеринг занимает от пары секунд до нескольких часов в зависимости от сложности сцены, выбранных эффектов и качества изображения. 

Постпродакшен

После рендеринга наступает этап постпродакшена, где вы улучшаете качество изображения, добавляете спецэффекты и финально тестируете проект. Рассмотрим основные элементы постпродакшена в 3D:

• Композитинг. Соберите отрендеренных персонажей, фоны и эффекты в финальную анимацию. Удалите ненужные объекты, доработайте движения и переходы — сделайте их плавными и исправьте ошибки при наличии. 
  
• Настройте яркость, контрастность, фильтры и цветовой баланс.
  
• Добавьте визуальные эффекты (VFX) на уже готовый кадр. В них входит все, что нужно для усиления динамики сцен: спецэффекты, дым, огонь, дождь или снег.
  
• Проверьте, что звуковые эффекты совпадают с картинкой.
  
• Финально протестируйте проект, изучите каждый кадр на предмет ошибок и несовпадений.

Егор Петров, студент курса 3D artist от нуля до ПРО в Contented:  

Постпродакшен играет важную роль в рекламе и видеоконтенте, так как не всегда есть возможность снимать на месте с нужным объектом или человеком. В одном из моих проектов для фудхолла я активно использовал постпродакшен: клинап видео, замена объектов в сцене и добавление VFX сделали финальный результат эффектным и динамичным.

Главное о 3D-анимации 

• Для работы с 3D-анимацией выберите одну из представленных на рынке программ, например Blender, Autodesk Maya или 3ds Max, Cinema 4D, игровые движки Unreal Engine и Unity. 

• Смоделируйте 3D-объекты, которые используете в анимации, — персонажей, их дома, город, в котором они живут, и так далее. Добавьте им текстуры, прорисуйте материалы, из которых сделаны их дома и одежда.
  
• Настройте источники света для каждой сцены.
  
• Создайте скелет каждого персонажа с помощью инструментов риггинга.
  
• Приступайте к анимации. Проработайте движения объектов в кадре, поставьте их на свои позиции и убедитесь, что анимация выглядит реалистично и не противоречит законам физики (если такое не предусмотрено в сценарии).
  
• Преобразуйте свою трехмерную модель в двухмерную анимацию на экране с помощью рендеринга. 
  
• Добавьте композитинг и спецэффекты на постпродакшене, сделайте цветокоррекцию и финально протестируйте проект перед экспортом.