Создание реалистичного портрета Антона Чигура с помощью ZBrush, Substance 3D и UE5

Введение

Привет, я Владимир Федченко, художник по персонажам в 3D с более чем шестилетним профессиональным опытом создания реалистичных 3D-персонажей. Я выбрал эту нишу, потому что почувствовал влечение к вызову. Когда я начал свой путь в 3D-моделировании, ничто не казалось более сложным и увлекательным, чем создание персонажей, и я обнаружил, что мне действительно нравится этот процесс. И до сих пор нравится!

Моё путешествие в мир 3D-искусства началось во время учёбы, где часть моего университетского образования охватывала основные аспекты 3D-дизайна. Я взял всё, что узнал, за отправную точку, прежде чем пойти по пути самообучения и приобрести более продвинутые навыки онлайн через курсы и другой доступный контент.

Большую часть своей карьеры я занимался фрилансом и вносил свой вклад в широкий спектр крупных проектов, включая игры, трейлеры и многое другое, поставляя готовые к производству модели персонажей для студий, инди-команд и частных создателей по всему миру.

Вдохновение и референсы

Я был глубоко впечатлён персонажем Антона Чигура в фильме братьев Коэн «Старикам здесь не место». Это фильм, который выделяется на фоне типичного голливудского кино. Несмотря на то что центральный персонаж — злодей, нельзя не восхищаться невероятным талантом Хавьера Бардема и тем, как убедительно он изображает социопата.

Моя основная цель в этом проекте на подобие была идеально передать психологическое поведение Чигура и общее настроение, чтобы даже зритель, который никогда не видел фильм, сразу узнал в нём психопата — присутствие, от которого мурашки по коже просто от взгляда.

Чтобы достичь такой глубины, я обычно погружаюсь в персонажа. Я нахожу ключевую сцену или короткий клип на YouTube и слушаю его на повторе, иногда часами, пока леплю. Это действует почти как белый шум, помогая мне сосредоточиться и глубоко погрузиться в психику персонажа.

Я очень самокритичен в своей работе, и главной целью для меня всегда было уловить суть персонажа, чтобы модели казались живыми. У Антона Чигура это было его психологическое поведение; с подобием Северуса Снейпа, которое я сделал недавно, это была едва заметная, почти неуловимая грусть на его лице.

Настройка и калибровка масштаба

Перед началом лепки на подобие я выполняю критическую начальную настройку, чтобы обеспечить плавную передачу и глобальную калибровку симметрии как в Blender, так и в ZBrush с использованием дополнения GoZ.

Я открываю новый документ в ZBrush и загружаю базовый примитив, например куб, затем преобразую его в динамическую сетку с помощью Make Polymesh3D. Это устанавливает известный объект в центре системы координат ZBrush. Я использую дополнение ZBrush GoZ, чтобы отправить этот новый куб Polymesh в пустую сцену Blender. Эта начальная калибровка гарантирует, что все будущие передачи моделей с помощью дополнений GoZ/GoB будут правильно размещать ваши модели в центре мировых координат, предотвращая досадные проблемы с выравниванием.

Лепка на подобие

Я начинаю с базовой сетки лица человеческой головы, у которой уже есть UV-развёртка и базовые глаза.

Соответствие камере: Прежде чем начать лепку в ZBrush, я настраиваю основную камеру в Blender, регулируя фокусное расстояние до 250 мм. Это экстремальное фокусное расстояние выбрано потому, что оно близко соответствует ортографической проекции ZBrush, что минимизирует искажения во время лепки. Хотя существуют исключения, основанные на фокусном расстоянии эталонного изображения, этот метод работает в большинстве случаев. После того как вы закончите модель с использованием фокусного расстояния 250 мм, вы можете легко перейти на 150 мм или 100 мм без значительных искажений модели. Между тем, вы можете столкнуться с большими проблемами, если смоделируете с фокусным расстоянием 50 мм, а затем попытаетесь увеличить фокусное расстояние камеры.

Просмотр в реальном времени: Критически важно проверять пропорции вашей скульптурной головы в Blender во время лепки в ZBrush, поскольку это ваша финальная рендер-камера, которая гораздо более точна, чем окно просмотра ZBrush (поскольку его варианты фокусного расстояния не являются физически точными). Для ускорения рабочего процесса я использую дополнения Blender GoB и ZBrush GoZ. Наличие двух экранов очень помогает, позволяя мне одновременно проверять виды в ZBrush и Blender, упрощая поддержание пропорций и просмотр скульптуры с камеры финального рендера в режиме реального времени.

Лучшая практика: Лучшей практикой остаётся моделирование основного подобия в ZBrush с использованием ортографической проекции и проверка результата путём настройки правильного фокусного расстояния в программном обеспечении для рендеринга.

Референсные изображения: Важно сравнить вашу модель с эталонными изображениями и попытаться максимально приблизиться к основным пропорциям. Для этого вы можете использовать опцию Blender Ref или простое изображение Pure Ref, наложенное поверх вашей модели с включённой прозрачностью и отключённым параметром мыши в Pure Ref.

Полное подобие и подобие для одиночного снимка

В случае с моим проектом Антона Чигура я стремился к полному подобию, то есть он выглядит как персонаж со всех ракурсов. Чтобы достичь этого результата, важно сначала поработать над лицом в его нейтральном положении и довести его до приличного результата в плане подобия, используя различные ракурсы и разные эталонные изображения. Он не должен быть идеальным, но должен быть достаточно хорош.

На этом начальном этапе ваша модель не будет выглядеть точно так, как финальный кадр, к которому вы стремитесь, поскольку это нейтральное сходство. Однако эта основа чрезвычайно важна на более поздних этапах процесса. Если вы достигнете высокого сходства на симметричной базовой модели, то, когда вы начнёте настраивать свой конкретный финальный кадр, вы сможете сосредоточиться на нужном ракурсе, сохраняя при этом правильные пропорции с других точек зрения (потребуются лишь незначительные корректировки). Кроме того, вы можете легко использовать это базовое нейтральное лицо для множества других интересных поз.

Если вы решите стремиться к сходству, основанному только на одном конкретном кадре, ситуация изменится. Ваше сходство может отлично смотреться в этом конкретном кадре, но с других ракурсов оно, скорее всего, будет выглядеть не так убедительно. Это другая техника, и её основное преимущество — скорость. Однако вы жертвуете общим качеством и универсальностью модели. Если это только часть портфолио, и вам не требуется качество производственного уровня, вы можете оставить её как модель для одного кадра, и всё равно будете в порядке. Для этой конкретной модели Антона Чигураха я выбрал полное сходство с разных ракурсов.

Моделирование одежды

Существует три основных подхода к созданию одежды:

1. Моделирование одежды с помощью Marvelous Designer или CLO 3D.

2. Использование скульптинга в ZBrush, после чего назначение разных полигрупп разным частям вашей одежды и использование ZRemesher с включённой функцией keep polygroups для обеспечения чистого результата. Также легко выполнить развёртку на основе уже существующих полигрупп.

3. Создание одежды с помощью полигонального моделирования. Для портретов мне нравится создавать одежду вручную, в то время как для персонажей я люблю работать с симуляциями. Основная причина этого заключается в том, что для портретов вам нужно, чтобы одежда выглядела как можно ближе к эталонному изображению. В этом случае проще создать низкополигональную сетку для вашей одежды с помощью полигонального моделирования в Blender. При создании основы для одежды в Blender я также делаю очень хорошую топологию, и впоследствии просто создать UV для одежды.

Сетка куртки и процесс UV

Мой процесс создания сетки одежды начинается просто: сначала я создаю низкополигональную базовую сетку для куртки. После этого я добавляю один или два слоя подразделений.

При применении этих подразделений обычно лучше всего использовать простой алгоритм подразделения для самого первого шага. Это важно, потому что это помогает сетке сохранять остроту своих углов, что даёт гораздо лучший результат, а затем переключиться на алгоритм подразделения Катмулла-Кларка для последующих слоёв. Также рекомендуется сделать складки на внешних краях, чтобы они не деформировались слишком сильно.

Вот результат, который я получил, используя полигональное моделирование и простой скульптинг в ZBrush.

UV-развёртка и плотность текселей

Когда я работал над UV-развёрткой для этой куртки, я не ставил приоритетом чрезвычайно высокую плотность текселей. Ключевыми моментами были более простые и практичные: я сосредоточился на том, чтобы убедиться, что на UV-островах нет абсолютно никакого растяжения и что все острова ориентированы правильно. Эта последовательность в ориентации имеет решающее значение для последующего нанесения текстур, поскольку гарантирует, что любые процедурные узоры ткани будут иметь одинаковый размер и направление по всей одежде.

Запекание и создание сетки-клетки

Для этого конкретного проекта мне также пришлось создать отдельную сетку-клетку для запекания. Это было необходимо, потому что некоторые элементы куртки слегка перекрывались, что создавало заметные артефакты как в картах ambient occlusion, так и в картах нормалей.

Создание клетки — это простой процесс: я копирую сетку с низким разрешением, а затем слегка раздуваю её с помощью Blender или ZBrush. Важно надуть сетку настолько, чтобы она охватывала высокополигональные детали, не создавая при этом новых перекрытий. Цель — создать очень компактную клетку, чтобы минимизировать расстояние лучей при запекании. Для любых областей, где автоматизированное надувание не полностью покрывает сетку, я вручную настраиваю клетку с помощью скульптинга в ZBrush или пропорционального редактирования в Blender.

Самый важный шаг здесь — никогда не изменять геометрию или UV самой сетки-клетки, поскольку это сделает процесс запекания недействительным.

Вот пример сетки Substance 3D Painter на основе расстояния 16 против созданной мной пользовательской сетки.

В большинстве случаев использование автоматического инструмента Substance 3D Painter cage может решить большинство проблем, но это новая функция и она не на 100% эффективна, поэтому по-прежнему важно уметь работать с пользовательской клеткой для запекания.

Это пример запекания Ambient occlusion в Substance 3D Painter с использованием пользовательской клетки.

Укладка волос

Для волос я использовал систему волос на основе нодов в Blender. Это большое преимущество по сравнению с созданием волос в XGen, поскольку весь рабочий процесс ведётся в одном и том же программном обеспечении для рендеринга. Процесс создания волос в Blender почти идентичен XGen — если вы умеете создавать причёски там, вы сможете сделать это в Blender — но для достижения высококачественных результатов нужно изучить специфические ноды волос в Blender.

Стратегия плотности: я создал карту плотности волос, используя существующую сетку лица, чтобы использовать её правильные UV-развёртки. Создание отдельной геометрии не нужно и контрпродуктивно, поскольку любые корректировки сетки лица не будут автоматически обновлять волосы.

Реалистичное количество: чтобы выглядеть реалистично, обычно нужно 50–70 тысяч прядей для головы; 150 тысяч — это часто слишком много. В 3D пряди волос обычно делают немного толще, чем в реальной жизни, так как использование реальной тонкости сделало бы их похожими на сено.

Ключевым моментом является ручная доработка: в туториалах по созданию волос люди часто уделяют чрезмерное внимание использованию модификаторов. Модификаторы чрезвычайно важны, но почти никто не говорит о необходимости ручной доработки после работы с модификаторами. Редко когда процедурные волосы сами по себе выглядят полностью убедительно, когда речь идёт о сходстве, основанном на конкретном изображении. Хотя это будет нормально, если вы работаете над персонажем, где вам не нужно настраивать каждую прядь волос по отдельности. При создании сходства лучше всего сначала создать очень прочную основу, используя направляющие для волос с модификаторами, а затем добавить все мелкие детали и реалистичность, используя инструменты ручной укладки волос в Blender.

Создание реалистичных волос в Blender — это, безусловно, сложная и комплексная задача. Здесь сложно объяснить весь процесс, поскольку он действительно заслуживает отдельного поста.

Подводя итог:

1. Создание карты плотности.

2. Размещение направляющих для волос.

3. Генерация процедурных волос и применение модификаторов.

4. Применение процедурных волос и тонкая настройка волос с помощью инструментов ручной укладки.

Я включил очень простую настройку узла волос в Blender. Хотя этой настройки достаточно для простых нужд, для чего-то более сложного нужно знать гораздо больше.

По сравнению с такими системами, как XGen, в Интернете не так много исчерпывающей информации или обучающих материалов, посвящённых системе волос Blender. Однако я считаю, что если вы потратите время на то, чтобы освоить её, результат абсолютно того стоит.

Честно говоря, большую часть того, что я знаю об этом, я узнал методом проб и ошибок. Я предпочитаю работать в Blender и считаю его систему волос гораздо более удобной, чем использование XGen в сочетании с Blender для моего рабочего процесса.

Объяснение базовой системы узлов Hair Curve

Interpolate Hair Curves генерирует новые кривые волос на сетке, обычно заполняя пространство между существующими направляющими кривыми для достижения большей плотности.

Узел Image Texture содержит вашу карту плотности, которая представляет собой нарисованную текстуру, управляющую концентрацией прядей волос. Выход этой текстуры подключён ко входу Density узла Interpolate Hair Curves и ссылается на UV Map вашей базовой сетки, чтобы обеспечить правильное размещение.

Clamp Hair Curves — добавляет ограничение для волос. Направляющие ограничения можно создать, настроив параметр Guide Distance.

Set Hair Curve Profile определяет окончательную толщину (радиус) и форму ваших прядей волос в том виде, в каком они отображаются при рендеринге.

Важно: после того как вы закончите с генерацией процедурных волос, если вам нужны детальные, окончательные корректировки для полного соответствия сходству, вы должны применить модификаторы Geometry Nodes, чтобы преобразовать процедурный результат в статические данные кривой. Если вы не примените модификатор, вы сможете укладывать только начальные кривые с небольшим количеством направляющих; применение модификатора позволяет вам вручную укладывать и уточнять каждую прядь волос.

Ретушь топологии и развёртывание

Моя базовая сетка головы уже имела чистую топологию и UV-развёртку. Пока я сохраняю их, мне не нужно ничего переделывать, что даёт значительное преимущество в скорости при производстве. Но для этой работы я использовал гибридный рабочий процесс.

Техники скульптинга: Работа с чистой базовой сеткой требует развитых навыков скульптинга с подразбиением, поскольку инструменты без подразбиения, такие как DynaMesh, Sculptris Pro и Decimation, разрушат существующую топологию и UV-развёртку. Однако, когда я начинаю со сферы или гранеплоскостей ZBrush, я могу использовать эти инструменты свободной формы для гибкости на ранних этапах.

Гибридный рабочий процесс: Я часто комбинирую оба метода: сначала я свободно скульптирую на своей базовой сетке с помощью DynaMesh, что позволяет мне использовать DynaMesh или Sculptris Pro, затем использую ZWrap для точного проецирования моей чистой базовой топологии и UV-развёрток на скульптинг с высоким разрешением, а затем продолжаю уточнение с помощью подразделов. Это обеспечивает как творческую свободу, так и модель, готовую к производству. Когда вы делаете базовую модель с определённой целью, чтобы создать несколько разных поз, базовая модель может быть не идеальной. Достаточно правильно уловить основные формы. Но это сильно зависит от вашей конечной цели. В случае сходства того, чего я добился, было достаточно.

Экстремальная детализация: Моделирование с подразбиением также важно для экстремальной детализации. DynaMesh ограничивает около 8 миллионов полигонов, в то время как обычные подразделения ZBrush могут достигать 100 миллионов на подинструмент. В моём случае 8 миллионов полигонов было более чем достаточно, чтобы удерживать такое количество деталей.

Для сверхвысокой детализации (необходимой для кинематографических крупных планов) в ZBrush есть HD Geometry, которая увеличивает разрешение примерно до одного миллиарда полигонов. Хотя для средней работы я бы не рекомендовал это, потому что там нельзя использовать слои, а скульптинг в HD геометрии немного сложнее, потому что вы не можете полностью увидеть свою модель и приходится работать над ней по частям. Я лично использую это очень редко, но нахожу полезным, когда мне нужно достичь высокого качества определения для моей работы.

Текстурирование: контекст и калибровка

Текстурирование в основном выполнялось с помощью Blender и Substance Painter.

Выбор программного обеспечения: Для этого проекта я не планировал показывать чрезвычайно детализированные поры или очень тесные крупные планы, поэтому рабочий процесс UDIM не был необходим. Из-за этого Substance 3D Painter был наиболее эффективным выбором, используя одну текстуру 4K на карту.

Как я упоминал ранее, моя головная сетка была около 8 миллионов полигонов, так что всё, что выше 4K, было бы ненужным. Текстура 4K теоретически может хранить до примерно 16 миллионов пикселей (4096 × 4096 = 16 777 216), что представляет собой максимально возможное количество деталей. В упрощённом виде можно представить, что один пиксель примерно соответствует одному полигону, а это значит, что карты 4K более чем достаточно для захвата уровня детализации, присутствующего в модели Антона Чигура.

Однако важно помнить, что это только идеальный случай. Фактическая захваченная детализация во многом зависит от плотности текселей, раскладки UV, отступов и того, как распределяется текстурное пространство. В производстве вы почти никогда не получаете полное теоретическое разрешение, поэтому реальный объём захваченной детализации всегда будет несколько ниже.

Если бы это была кинематографическая модель высокого класса, требующая множества UDIM, я бы выбрал Foundry Mari, поскольку она лучше оптимизирована для тяжёлых сеток и больших наборов текстурных плиток. Хотя стоит упомянуть, что Substance 3D Painter также хорошо оптимизирован для рабочего процесса UDIM на умеренном уровне, а не для очень высокобюджетных кинематографических моделей.

Техника важнее разрешения: Абсолютно возможно создать очень реалистичные, убедительные текстуры, используя карты с более низким разрешением, если вы полностью используете текстуры и сосредоточены на технике, а не на разрешении.

Контекстуальное текстурирование: Для достижения реализма правильное освещение и настройка камеры так же важны, как и сами текстуры. Нельзя считать свои текстуры завершёнными только потому, что они хорошо выглядят в Substance 3D Painter. Крайне важно постоянно проверять свои текстуры в рендеринге с окончательным освещением и камерой на протяжении всего рабочего процесса. Поэтому я не утруждаю себя проверкой своих текстур в виде материалов Substance 3D Painter — я сосредотачиваюсь на плоских цветах альбедо, постоянно экспортируя и оценивая их в программе рендеринга. Конечный результат определяется в контексте, а не внутри программы текстурирования.

Точность цвета: Для кинематографических сцен цвета должны очень точно соответствовать референсу. В Blender вы можете использовать узел Hue/Saturation/Value, чтобы корректировать цвета. Как только цвета будут правильными, вы должны запечь изменения непосредственно на текстуру альбедо, используя систему запекания Blender. Затем вы переносите это исправленное альбедо в Substance 3D Painter, чтобы начать накладывать слои деталей сверху, обеспечивая точность и согласованность базовых цветов. Также не забудьте удалить этот фильтр из стека узлов в Blender, потому что он вам больше не нужен — используйте текстуру, которую вы уже запекли.

Карты сетки (MeshMaps): Хотя другие карты всё ещё очень важны, в них нет ничего экстраординарного, и все они подчиняются тому же правилу, что и карта альбедо. Из карт сетки я обычно использую карту ambient occlusion, чтобы затемнить некоторые области на моей карте альбедо. Карту кривизны также можно использовать для настройки карты альбедо и карты шероховатости. Если вы хотите сделать подповерхностное рассеивание, вы можете использовать для этого карту толщины — она может служить основой для карты рассеивания. Вы можете запекать все эти карты непосредственно в Substance 3D Painter.

В рабочем процессе PBR я в основном использую альбедо, шероховатость и нормаль карты. Вам почти никогда не понадобится специальная металлическая карта для кожи. Многие говорят, что в 3D что-то либо металлическое, либо нет, а лицо — нет. С художественной точки зрения вы всё равно можете настроить некоторые металлические значения в Blender на основном шейдере, но для этого нет необходимости в отдельной карте, и, скорее всего, вы вообще не будете её трогать.

Карта смещения: Если вы хотите получить высококачественные снимки крупным планом, вам обязательно нужно использовать карту смещения. Невозможно использовать Blender с сеткой из более чем 100 миллионов полигонов, не убивая при этом ваш GPU в рендеринге в циклах — я могу гарантировать, что если вы попробуете что-то подобное, в 99% случаев Blender просто немедленно закроется. При работе с картой смещения моя рекомендация — не превышать 4 миллиона полигонов в Blender.

Даже если вы запекли свою карту смещения из сетки, которая содержит более 100 миллионов полигонов, использование сетки из 4 миллионов полигонов плюс карта смещения в Blender может полностью передать все детали, выбрать смещение и наплыв. Смещение физически переместит вашу геометрию, а наплыв добавит иллюзию мелких микродеталей. Иногда достаточно 1 миллиона полигонов, и нет необходимости даже в 4 миллионах. Если вы хотите работать с реальной геометрией, вам нужно использовать рендеринг на CPU и иметь много оперативной памяти. При использовании рендеринга на GPU он будет использовать память VRAM вашего GPU, а при рендеринге на CPU — память вашего RAM. Рендеринг на CPU может обрабатывать гораздо более сложные сцены, но он также намного медленнее, хотя и более стабилен.

Освещение, рендеринг и постпродакшн

Философия освещения: Я не полагался на фиксированную настройку трёхточечного освещения; я использовал простой HDRI-свет. Освещение никогда не должно быть фиксированным; оно всегда должно сильно зависеть от конечного кадра, которого вы хотите достичь. Для кинематографических снимков, похожих на реальность, вам нужно освещение, специально разработанное для усиления сходства и придания конечному рендеру большей силы и убедительности. Самое главное — всегда думать о конечном результате, а не полагаться на пресеты. В случае с Чигуром он стоял на улице под солнцем и не имел сильных теней, поэтому я использовал только один HDRI и, возможно, один точечный свет, и всё.

Инструменты рендеринга: Я рендерил снимок, используя рендерер Blender Cycles. Я сделал фон рендера прозрачным и сохранил изображения в формате PNG для упрощения работы в Photoshop.

Постпродакшн: Я использовал минимальный постпродакшн: цветокоррекция в Photoshop, в частности, фильтр Camera Raw и несколько цветовых фильтров, чтобы лучше сопоставить мои рендеры с фоновым изображением. Постпродакшн влияет лишь на небольшой процент результата — он не может исправить плохой рендер, он может только сделать хороший рендер ещё лучше. Ваша внешность должна выглядеть реалистично в программе рендеринга, прежде чем переходить к постпродакшену.

Управление цветом: В Blender есть функция управления цветом в настройках рендеринга, которая позволяет вам настраивать значения и корректировать внешний вид вашего рендера напрямую, что помогает добиться лучшего конечного результата, не полагаясь исключительно на постпродакшн.

Проверка значений: Цвета могут выглядеть очень по-разному, если освещение слишком сильное или слишком слабое, так что имейте это в виду при настройке яркости для ваших источников света. Когда сцена переэкспонирована или недоэкспонирована, это может значительно испортить ваши текстуры.

Советы начинающим

Люди часто говорят, что если вы занимаетесь любимым делом, вы будете счастливы, и это не будет ощущаться как работа. Но в реальности, если вы хотите стать по-настоящему исключительным в чём-либо, вы должны вкладывать дополнительные часы и выкладываться на полную. Вы не сможете конкурировать с профессионалами, если будете относиться к этому только как к хобби.

Возможно, вам нравится ваша работа большую часть времени, но обязательно будут моменты, когда вы почувствуете усталость, разочарование или полное выгорание. В такие моменты вам всё равно нужно продолжать, потому что остановиться — не вариант, если вы хотите реального роста. Вы должны ожидать трудностей — они неизбежны, даже когда ваша работа — это ещё и ваша страсть. У всего есть своя цена.

Чтобы преуспеть в 3D, например, часто приходится жертвовать свободным временем, работать допоздна или даже вредить своему здоровью, потому что сложно вести активный образ жизни, когда вы проводите много часов сидя и напряжённо концентрируясь. Эти жертвы неизбежны, если вы стремитесь к мастерству.

Мой совет прост: продолжайте, будьте последовательны и не ожидайте, что результаты высокого уровня появятся быстро и легко. Путь труден, и вам нужна сила духа, чтобы пройти через него, если вы хотите стать настоящим профессионалом. Все проходят через этот этап, и все сталкиваются с трудностями на пути.

Владимир Федоренко, художник по персонажам