Pipeline tvorby 3D modelu
Moderní tvorba 3D modelu je iterativní proces, který kombinuje geometrii (polygony, křivky, NURBS), topologii (uspořádání hran a vrcholů), rozbalení UV a texturování včetně map PBR (albedo, roughness, metallic, normal aj.). Typická pipeline: referenční podklady → blockout → high-poly sculpting/hard-surface model → retopologie (low-poly) → UV → bake map z high-poly na low-poly → materiály a textury → look-dev a validace v cílovém enginu (DCC/real-time).
Polygony, vrcholy a hrany: základní stavební prvky
Polygon je plocha definovaná vrcholy (vertices) a spojená hranami (edges). V praxi se používají hlavně trojúhelníky a čtyřúhelníky (quad), které se při renderování převádějí na trojúhelníky. N-gony (>4 vrcholů) mohou pomoci při sculptingu nebo tvorbě hard-surface modelů, ale u animačních low-poly modelů bývají zdrojem artefaktů.
Topologie: edge-flow, póly a podpůrné smyčky
- Edge-flow: tok hran kopíruje základní objemy a budoucí deformace (obličej, klouby, ohyby).
- Póly (vrchol s ≠4 hranami): jsou nevyhnutelné, ale umisťujte je mimo vizuálně dominantní místa a zóny ohybu.
- Podpůrné smyčky (support loops) a bevely: definují ostrost hran před použitím modifikátoru Subdivision Surface nebo při použití weighted normals.
- Čisté quady: usnadňují UV unwrapping, skinning i subdivizi.
Blockout: od objemů k proporcím
Cílem je rychle najít siluetu, proporce a funkční členění. Pracuje se s primitivy (box, cylinder), operacemi boolean a jednoduchými modifikátory. V této fázi se definují měřítko, orientace os a jednotky (cm/m) shodné s cílovým enginem.
High-poly: sculpting a hard-surface
- Sculpting: detailní organické tvary, vrásky a mikrostruktury (alfa štětce, multires). Výsledkem je velmi hustá síť.
- Hard-surface: čisté plochy, kontrola hran; booleany + bevel + weighted normals. High-poly model může mít složité rádiusy a šroubované detaily, které se později „upečou“ do normal mapy.
Retopologie: z high-poly na low-poly
Účelem je vytvořit efektivní síť s nízkým počtem polygonů a dobrým edge-flow pro animaci i nasvícení. Techniky: ruční kreslení polygonů po povrchu (snap), quad draw, automatická retopologie pro méně kritické části. Výsledek musí respektovat rozpočty (počet trojúhelníků) a oblasti s detaily.
Normals a shading: hladké vs. tvrdé hrany
Interpolace normál určuje, jak „zaobleně“ plocha působí. Tvrdé hrany (hard edges) lámou shading a často rozdělují také UV švy. Hladké hrany (smooth) spojují normály ploch. V real-time pipeline je vhodné sladit hard edge = UV split pro správný tangent space a normal mapy (MikkTSpace).
UV unwrapping: rozbalení povrchu do 2D
- Seams: logicky umístěné řezy (spodní strany objektů, ostré hrany, symetrie) minimalizují viditelné přechody.
- Packing: rozmístění UV islandů do texturového prostoru s mezerami (padding) pro mipmapping a dilataci.
- Texel density: konzistentní hustota px/m; definujte cílovou hustotu (např. 512 px/m) a kontrolujte ji v DCC nástroji.
- UDIM: více dlaždic pro film/VFX; ve hrách se kvůli výkonu používají spíše jednovrstvé sady.
Baking: přenos detailů z high-poly na low-poly
Bake generuje mapy z high-poly modelu na low-poly model v UV prostoru. Kritické kroky:
- Cage: rozšířená kopie low-poly modelu, která řídí ray-casting; brání ray miss a skew.
- Exploded bake: oddálení částí zabrání „propálení“ mezi sousedními díly.
- Antialiasing & dilation: super-sampling a roztažení barev mimo ostrůvky minimalizují švy.
- Tangent-space normal: pro real-time; respektujte konvenci OpenGL (Y+) vs. DirectX (Y-). Při exportu se ujistěte, zda je třeba invertovat zelený kanál podle enginu.
Jaké mapy péct a proč
- Normal: simuluje jemné nerovnosti povrchu bez geometrie.
- Ambient Occlusion (AO): měkké stíny v dutinách; v PBR se používá opatrně (v kombinaci s dynamickým nasvícením).
- Curvature: křivost povrchu; skvěle se hodí k maskování opotřebení ve smart materials.
- Position/World Space Normal: maskování a gradienty při texturování.
- Thickness: tloušťka materiálu – pro efekty subsurface/translucency.
- ID map: barevné oblasti materiálů (rychlý výběr při texturování).
PBR materiály: kanály a fyzikální konzistence
Standard metallic/roughness rozlišuje vodivý (kov) a nevodivý (dielektrický) materiál:
- Base Color (Albedo): bez stínování a spekulárních příměsí; u kovů obsahuje barvu odrazu.
- Roughness: mikroskopická drsnost od 0 (zrcadlový povrch) do 1 (matný povrch). Řídí rozptyl a intenzitu odlesků.
- Metallic: 0 = dielektrikum, 1 = kov; mezilehlé hodnoty se používají jen u směsí/oxidace.
- Normal (tangent/objekt/world): jemná geometrie.
- Height/Parallax: makroreliéf pro offline/VFX nebo parallax occlusion mapping v real-time.
- AO: použijte jako násobicí složku v albedu (uvážlivě) nebo jako samostatný kanál.
- Emissive: vlastní „světlo“ povrchu (displeje, diody).
Workflow texturování: malba vs. procedurální tvorba
- Texture painting: ruční malba detailů, projekční malování z fotografií (triplanar), clone/heal.
- Procedurální materiály: uzlové grafy (noise, curvature, AO) a smart masks pro opotřebení, nečistoty a okraje.
- Hybridní přístup: základ vytvořený procedurálně, specifické akcenty ručně; trim sheets a decals pro opakující se prvky.
- Channel packing: ukládání více masek do RGBA pro úsporu paměti.
Barvové prostory a linearita
Dodržujte správný color space pro jednotlivé mapy: albedo/emissive v sRGB, normal/roughness/metallic/AO v linear. Při offline renderování zvažte ACEScg pro širší gamut; v real-time respektujte pipeline enginu (tonemapping, gamma 2.2).
Optimalizace: rozpočty, LOD a atlasy
- Rozpočet trojúhelníků a draw calls: vyvažte míru detailu a počet materiálů. Texturové atlasy snižují počet přepnutí materiálů.
- LOD: postupné zjednodušování s rostoucí vzdáleností (automatický decimate + ruční korekce).
- Streaming textur: úrovně MIP, rozumné rozlišení (2k/4k) podle významu objektu; anisotropic filtering.
Specifika pro hry vs. film/VFX
- Hry: přísné limity real-time renderování, tangent normal, atlasování, LODy, jeden skinned mesh na postavu.
- VFX/Film: UDIM sady, displacement, rozsáhlý look-dev pro path tracer, vyšší přesnost (float textury).
Hard edges, UV a normal mapy: pravidla kompatibility
Každé rozlomení normál by mělo mít odpovídající UV split; invertujte G (Y) kanál normal mapy, pokud engine používá opačnou konvenci. Při bakingu i za běhu používejte jednotnou definici tangent space (např. MikkTSpace), jinak vzniknou „švy“ a gradient banding.
Detailní povrchy: vertex color, decals a tiling
- Vertex color: masky pro prolínání shaderů (např. špína/rez) bez dodatečné textury.
- Decals: lokální nálepky (nápisy, škrábance) bez úprav hlavního UV.
- Tiled textury: pro velké plochy; opakování potlačte pomocí noise/rotation/uv offset.
Validace a look-dev
Kontrolní kroky: triangulace před exportem (stejný algoritmus jako při bakingu), kontrola normal map v neutrálním HDRI, UV checker pro kontrolu natažení a texel density, test specular response (white/black room) a unit scale v enginu. Vyhněte se double shading (AO × dynamické AO).
Exporty a formáty
- Mesh: FBX, glTF/GLB (preferované pro real-time), USD pro ekosystém DCC/VFX.
- Textury: PNG/TGA pro zdrojové soubory, komprese BCn (DXT) / ASTC/ETC2 pro runtime; normal mapy v BC5, albedo v sRGB kompresi.
Časté chyby a jak se jim vyhnout
- Nesladěný tangent space mezi bakerem a enginem → použijte stejný algoritmus (MikkTSpace) a konvenci Y.
- Příliš mnoho UV švů → zvyšují viditelnost přechodů; slučujte je, pokud to shading dovolí.
- Nekonzistentní texel density → nevyrovnaná míra detailu; normalizujte ji a kontrolujte pomocí checkeru.
- Příliš výrazný bevel v low-poly modelu bez podpory v normal mapě → „faceting“; slaďte hrany s bakingem a vyhlazováním.
- Chyby v color space → rozmazané normaly (sRGB místo linear), nesprávná drsnost; nastavte správné profily.
Osvědčené postupy pro robustní model
- Začněte blockoutem a schvalte proporce i měřítko.
- High-poly řeší design a mikrogeometrii; retopo má být účelná a čistá.
- UV s konzistentní hustotou, rozumně umístěnými švy a paddingem (≥4–16 px podle rozlišení).
- Bake s cage, kontrola artefaktů, korekce skewu a dilatace.
- PBR respektuje fyziku: nenarušujte zachování energie (nevykreslujte světla/stíny do albeda).
- Validace v cílovém enginu při HDRI i reálném nasvícení; profilování výkonu.
Závěr
3D model vzniká kombinací promyšlené topologie, pečlivého rozbalení UV a fyzikálně konzistentních PBR textur. Kontrola měřítka, shoda tangent space, kvalitní bake a disciplinovaná správa barev jsou klíčem k výsledku, který je vizuálně přesvědčivý, výkonově efektivní a snadno udržovatelný v jakémkoli produkčním prostředí – od real-time enginů až po filmové renderery.
