§ 71. Материалы и текстуры

Определения и обозначения

Материал — набор параметров, определяющих, как поверхность 3D-объекта взаимодействует со светом и выглядит при визуализации. К таким параметрам относятся цвет, блеск и прозрачность. Настройка материала нужна, чтобы задать общие свойства поверхности ещё до добавления рисунка или мелких деталей. Например, одним материалом можно сделать поверхность матовой, а другим — блестящей.

Текстура — изображение или узор, созданный программно и применяемый для передачи деталей поверхности. Это может быть рисунок дерева, пятна на камне или изображение неровностей. Текстура нужна, когда одного ровного цвета недостаточно для убедительного вида объекта. Она помогает показать различия между участками поверхности.

Текстурные координаты — координаты, по которым определяется, какая часть текстуры соответствует каждой точке поверхности модели. Благодаря им программа понимает, где разместить пиксели изображения при визуализации. Эти координаты нужны, чтобы рисунок попал на нужные стороны объекта и имел подходящий масштаб. Если соответствие задано неудачно, текстура может сместиться или растянуться.

UV-развёртка — представление поверхности 3D-объекта на плоскости, помогающее расположить текстуру на его участках. Название связано с тем, что для плоскости текстуры используются координаты U и V. Развёртка нужна, чтобы видеть расположение частей модели относительно изображения и настраивать его. На ней можно заметить участки, где рисунок будет искажён.

Как это устроено

Материал задаёт общие характеристики поверхности, а текстура добавляет локальные различия: пятна, полосы, неоднородность цвета. Такое разделение удобно, потому что один и тот же материал можно применять к разным объектам, а детали менять отдельно. Например, общий материал может описывать деревянную поверхность, а текстура — направление волокон и отдельные тёмные участки. В результате объект не выглядит залитым одним сплошным цветом.

Во время визуализации программа рассчитывает, как свет взаимодействует с каждой поверхностью, и по этому расчёту формирует изображение. Поэтому внешность объекта зависит не только от заданных свойств материала, но и от источников света и их положения. При ярком освещении блестящая поверхность может дать заметный блик, а в тени выглядеть гораздо темнее. Из-за этого оценивать материал полезно при том освещении, в котором будет показана сцена.

Чтобы использовать изображение как текстуру, программе нужно знать, какую его часть назначить каждой точке модели. Эту связь задают текстурные координаты: они сопоставляют точки поверхности с точками изображения. На простой форме такое соответствие настроить легче, а на сложной появляются изгибы и участки разной формы. Поэтому для корректного нанесения изображения координаты приходится проверять и при необходимости изменять.

UV-развёртка показывает, как части поверхности расположены на плоскости. Её можно сравнить с выкройкой: объёмную форму мысленно разрезают и раскладывают, чтобы увидеть отдельные области. Такое представление позволяет обнаружить, где изображение растянуто, где края участков не совпадают и как ориентирован рисунок. Изменяя положение и размер фрагментов развёртки, можно исправить масштаб и распределение текстуры на модели.

Текстурные данные могут отвечать не только за цвет. В зависимости от настроек изображения используются, чтобы передать воспринимаемые неровности, изменить блеск или другие визуальные свойства поверхности. Причина в том, что программа может учитывать содержимое текстуры при расчёте того, как поверхность выглядит при освещении. Однако видимый рельеф не всегда означает, что сама форма модели стала неровной: для этого нужно менять геометрию отдельно.

Материал и текстура в 3D-сцене

Сначала определите, какую задачу решаете: задаёте общие свойства поверхности или наносите на неё локальный рисунок. Если нужно разместить изображение, обратите внимание на текстурные координаты и развёртку. В таблице материал и текстура показаны как разные, но совместимые части настройки объекта.

Разбор задач

Задача 1. Однородная красная поверхность

Нужно задать кубу ровный красный цвет без рисунка и заметного блеска. В условии не требуется показать пятна, узор или фактуру, поэтому изображение на поверхности не нужно. Основная задача — подобрать общие свойства материала и проверить, как они выглядят при освещении сцены.

1. Выберите материал для поверхности куба, а не изображение-текстуру: цвет должен быть одинаковым на всех гранях.
2. Задайте красный цвет и настройте поверхность как матовую, чтобы блики не создавали заметного блеска.
3. Посмотрите на куб при освещении сцены: тени могут менять видимую яркость красного, хотя цвет материала остаётся прежним.

Ответ: достаточно настроить материал куба; текстура не обязательна. Если цвет кажется слишком тёмным или неравномерным, сначала проверьте освещение, а не добавляйте текстуру.

Задача 2. Повторяющийся рисунок плитки

На прямоугольную модель нужно нанести изображение с повторяющимся рисунком плитки и сохранить правильный масштаб. Одного материала здесь недостаточно, потому что требуется конкретное изображение. При этом рисунок должен повторяться равномерно, а не растягиваться на всю поверхность одним крупным фрагментом.

1. Назначьте модели материал, использующий изображение плитки как текстуру.
2. Настройте текстурные координаты так, чтобы изображение повторялось по поверхности нужное число раз.
3. Проверьте результат на всей модели: сравните размер плиток на разных участках и убедитесь, что узор не повёрнут случайным образом.

Ответ: нужно применить изображение как текстуру и настроить сопоставление её координат с поверхностью. Масштаб рисунка проверяют по тому, насколько крупными получились плитки и одинаково ли они выглядят на модели.

Задача 3. Искажённое изображение на сложной модели

После нанесения изображения на сложную модель рисунок растянулся и не совпадает на соседних участках. Причина может быть в том, что части поверхности неудачно сопоставлены с областями текстуры. Чтобы исправить изображение, нужно проверить не только само изображение, но и то, как модель представлена на плоскости.

1. Откройте UV-развёртку и найдите участки модели, на которых рисунок выглядит растянутым или смещённым.
2. Проверьте, как соответствующие фрагменты поверхности размещены на плоскости: их размер и положение влияют на масштаб и ориентацию текстуры.
3. Измените размещение проблемных участков, затем снова посмотрите на модель и проверьте стыки между соседними областями.

Ответ: следует исправить UV-развёртку и заново проверить изображение на модели. Если рисунок по-прежнему искажён, проверьте, не заданы ли неверные текстурные координаты для отдельных участков.

Типичные ошибки

Считать материал и текстуру одним и тем же. Их путают, потому что оба влияют на вид поверхности. Но материал задаёт её общие свойства, а текстура служит источником рисунка или дополнительных данных. Проверьте себя: однородный цвет можно задать материалом без изображения, а узор на поверхности требует текстуры.

Ожидать, что изображение само правильно ляжет на любую модель. Кажется, что достаточно выбрать файл, но программе нужно сопоставить его точки с точками поверхности. Если координаты или развёртка не подходят форме, рисунок исказится. Проверьте результат на модели и при проблемах откройте UV-развёртку.

Не проверять масштаб и ориентацию текстуры. Даже правильно назначенное изображение может выглядеть неподходяще, если оно слишком крупное, мелкое или повёрнутое. Это часто происходит потому, что сопоставление координат не соответствует ожидаемому виду. Сравните размер и направление рисунка на разных участках модели.

Путать изображение рельефа с реальной геометрией. Текстура способна создать впечатление неровной поверхности, поэтому её эффект принимают за изменение формы. Однако сама модель при этом может остаться гладкой. Чтобы проверить себя, сравните контур и геометрию объекта до и после: если они не изменились, рельеф только визуальный.

Связь с другими темами

Для работы с материалами и текстурами нужно представлять, как устроена 3D-модель: её поверхность состоит из участков, к которым можно применять настройки и изображения. Также важны основы освещения, потому что один и тот же материал при разном свете выглядит по-разному. Эти знания используют при создании и визуализации 3D-сцен, игровых объектов и моделей для анимации. Правильно настроенная поверхность помогает объекту убедительно выглядеть в готовом изображении или сцене.

Что запомнить

• Материал задаёт свойства поверхности, а текстура добавляет ей детали.
• Внешний вид объекта зависит не только от материала, но и от освещения.
• Изображение-текстуру нужно правильно сопоставить с поверхностью модели.
• UV-развёртка помогает расположить участки поверхности на плоскости.
• Неправильная развёртка может растянуть или исказить рисунок.
• Текстура может влиять не только на цвет, но и на воспринимаемый рельеф и другие свойства.