Создание окружающей среды студии мага в UE4

Привет, меня зовут Сальваторе Гамбино. Я художник по окружению для игр. Родом из Палермо, Италия. Недавно я переехал в Ванкувер, Канада, где проходил дипломную программу 3D в учебном центре Think Tank. До Think Tank я в основном работал фрилансером в качестве высокополигонального скульптора для игр. Однако, осознавая нехватку знаний, хотел вложиться в 3D-образование и открыл для себя эту удивительную школу.

Проект, о котором я буду говорить, был создан в школе как демонстрационный ролик финального проекта. Определенно это один из самых сложных опытов, которые я получал до сих пор, и наверняка самый познавательный. Цель проекта — продемонстрировать личную концепцию и архитектурный дизайн, процедурный и ручной процесс создания текстур, а также современные и традиционные техники освещения.

Вдохновение

Модерн — один из самых значимых художественных стилей, которые когда-либо видела Европа. Между 19-м и 20-м веками он показал сильное образное представление природы с акцентом на цветочные и древесные орнаменты.

В Италии этот стиль, под названием Либерти, подарил нам удивительные здания и завораживающие сады, особенно в Палермо, Сицилия, где я родился.

Мой проект вдохновлен красотой особняков Палермо и удивительными примерами из Европы, которые я хотел представить в сказочной обстановке с чувством ностальгии по началу 20-го века и прикосновением магии.

С юности я был всегда увлечен оккультными темами, однако включение клишированных "магических" элементов в такое специфическое окружение рисковало приуменьшить эстетику модерна. Я вспомнил, что в конце 19 века алхимия активно возрождалась, и ее элементы, такие как трансмутация металлов и интерес к таким мифическим существам, как Мандрагора, полностью соответствовали моим идеям.

Вспомогательный материал

Четыре основных референса, которые провели меня по этому пути:

• Villa Igea, Палермо;
• Livraria Lelo, Лиссабон;
• Petit Palais, Париж;
• Hotel Tassel, Брюссель.

Одна из самых сложных вещей, которые я должен был сделать, это адаптировать и перепроектировать вспомогательные изображения, чтобы они лучше соответствовали моей задумке, для которой я начал создавать предварительный черновой план.

Прежде всего мне нужно было большое открытое пространство, место обучения и отдыха, где теплые цвета и свет могли передать это волшебное/ ностальгическое чувство. Купол был основным, не только потому, что он выполнял функцию главного источник света. Он также должен был придать этому окружению видимость радушия и простора.

Я хотел, чтобы с первого кадра зритель погружался в окружение, замечая боковые комнаты вокруг центрального зала.

Центральный пол в виде мраморной мозаики — это легко читаемый символ, вмещающий в себя суть самого здания: концентрические узоры листьев пытаются достичь Северной звезды (часто связанную с магическими ритуалами).

Выбор двух рядов колонн (внутренних и внешних) передает ощущение вертикальности так же хорошо, как чувство заполненности и разделения пространства.

Лестницы — руки этого здания, которые приглашают вас войти и, в то же время, обнаружить магическую точку опоры этой студии: Мандрагору, заточенную в ловушке воды и света в том месте, где появляется крытый зимний сад. По этой причине столбы и металлические конструкции лестниц созданы так, чтобы направить зрительский взгляд.

Не нарушая идею круговой среды, не отвлекая игрока от основных тем, я хотел добавить 4 углубления библиотеки, которые добавляют оживленности, беспорядочной  привлекательности этому месту знаний, и сильные элегантные детали, способные придавать характер окружающей среде.

Процесс проектирования и создания прототипа

В общей сложности я работаю с метрической системой, блоком решетки в 1м, используя референс человеческого масштаба, равный 1,75м.

Важно экспериментировать с формами и объемами прежде, чем делать определенный выбор, всегда помня о том, что нужно сохранять архитектурную последовательность. В моем случае я хотел поэкспериментировать с двумя разными пространствами.   

Первое представляло собой небольшую и уютную студию, разделенную на два уровня, демонстрирующих три основных пространства: библиотеку, лабораторию и зону мандрагоры. Сразу же возникло две проблемы:

• небольшие пространства трудно показать в контексте демонстрационного ролика
• проблема с проектированием камеры, потому что большинство основных зон (мандрагора и лабораторная зона) в первом кадре были не видны.

Второй прототип исправил все ошибки, допущенные в предыдущей попытке. Я хотел добавить коридор библиотеки, украшенных деревянной резьбой и окнами, которые могли бы направить игрока в главный зал.

Зал обладал действительно простыми цилиндрическими формами в первом прототипе, единственным исключением был Сад Мандрагоры, где я предпочел пятиугольник вместо того, чтобы изменить и выявить типичную форму алхимической трансмутации.

Зоны библиотеки и мандрагоры изначально были соединены между собой решеткой и различными трубами. Сперва я хотел показать мандрагору как эксперимент в руках алхимика, однако из-за жестких сроков и желания сделать основные области как можно более красивыми, я решил спрятать как коридор, так и лабораторию.

Выбрав идеальный прототип (черновой вариант), я подчищал его один-два раза, в зависимости от проектов. В большинстве случаев третий этап блокаута (прототипа) делается непосредственно перед моделированием ассета.

Создание прототипов материалов с использованием цвета идентификатора материала в Maya чрезвычайно полезно для понимания того, сколько основных материалов необходимо создать в Substance Designer.

После завершения прототипа основных элементов в Maya я начинаю импортировать грубые модели в Unreal Engine 4, чтобы понять, как свет взаимодействует с объемами и основными материалами. Свет, на мой взгляд, определяет 60% красоты окружения.

Третий этап блокаута менее архитектурный, но более стилистический. Здесь я экспериментирую с формами ассетов и стараюсь найти идеальную гармонию между элементами.  

C изогнутыми и сложными формами действительно легко работать в Maya, используя Paint Effects. Это дает возможность процедурно генерировать плавные и чистые формы, изменяя плотность полигонов, масштаб и другие характеристики. Это позволяет осуществлять легкий переход между фазами блокаута и моделирования, всегда сохраняя деформационные свойства, прикрепленные к кривым.  

Таким образом я создавал колонны, лестницы, библиотечные ниши и металлические конструкции зимнего сада.

Кованный металл — неизменная особенность зданий в стиле модерн и фундаментальный элемент, необходимый в моей среде.

Во всех моих кованных металлических ассетах я хотел отобразить аккуратный стилизованный образ деревьев, в основном ветвей, мягко и деликатно проходящих через ассеты.

Я старался не добавлять листья к ветвям, чтобы не перегружать зрителя слишком большим количеством деталей в одних и тех же местах.

Во всех частях окружающей среды я старался максимально избегать тяжелых форм. Все должно было быть округлым и удобным. Благодаря металлу я смог поставить арки, способные скрывать углы коридора между садом мандрагоры и главным залом.

Эта идея была реализована и в главном зале, где структуры колонн и купола плавно и непрерывно переходят в потолок.

Один из самых распространенных вопросов, которые мне задавали об этом проекте, — как я справился с таким большим количеством фигур, особенно в фазе блокаута. Для меня блокаут — просто схема, необходимая для создания объемов и макета среды. Все второстепенные реквизиты, такие как книги, лампы и стулья (особенно без определенной концепции) будут добавлены по мере развития индивидуальных пространств. Импорт грубого прототипа и настройки нескольких источников света в UE4 определенно помогают понять, что нужно добавить или вычесть.

Радиальная модульная система

Одна из самых больших проблем моей окружающей среды в том, что объемы и планировка почти круговые. Это большая проблема, если у вас есть повторяющиеся структурные ассеты, которые должны быть точно привязаны друг к другу.

В сущности, модульная сборка сцены для зданий в движках требует привязки ассетов в сетке или, по крайней мере, между границами каждой части. Это действительно сложный подход для моего вида ассетов.

Мои активы имеют извилистую и замысловатую форму. По этой причине, я хотел охватить как можно больше пространства, повторно используя объекты, экономя память и время. Во многих случаях мне нужно было просто дублировать, используя радиальную и сеточную привязку в UE4. Так было в случае со стеклянным куполом, колоннами, потолком и многими другими объектами.

Моим главным испытанием были альковы библиотеки, которые составляют половину объема цилиндра в границах основной круговой области. Каждая ниша имеет модульную колонну и блок библиотечного стеллажа, которые нужно дублировать внутри собственного круга. Кроме того, UE4 имеет плохую систему управления группировкой пивота, которая не позволяет постоянно перемещать ось вращения (пивот).

Чтобы решить эту проблему, я начал работу над прототипом в Maya, маркируя объемы площадей цилиндрическими колпачками. Я взял один для радиуса главного зала и четыре для второстепенных зон углублений, один из которых привязал к центру сцены.  

Важно классифицировать различные UV текстуры или бесшовные UV материалы с разными идентификаторами материалов, прежде чем импортировать его в UE4.

В UE4 первое, что я делаю перед сборкой сцены — затеняю мои ассеты для правильной визуализации теней и отражений, затем изменяю разрешение карты освещения ( в этом случае достигая общего зеленого цвета). И, наконец, перемещаю колонну и библиотечный стеллаж, чтобы идеально выстроить их в соответствии с базовой формой.

Чтобы радиально привязать ассеты к их правильному положению, нужно постоянно перемещать ось в центральную вершину базовой фигуры. С выделенным объектом, я активировал команду "Установить как смещение оси" (Set as Pivot Offset), не забывая нажать "Привязка сетки" (Grid Snap), чтобы точно переместить опорную точку.

Симметричные объекты могут быть зеркально отображены активацией кнопки "Шкала привязки" (Snap Scale) на 1.

После дублирования ассетов с помощью отметки привязки (grade snap) на 5, мне нужно было сделать общий групповой ассет, чтобы привязать каждую нишу к соответствующей области. Чтобы сделать это, мне нужно было создать фиктивный актор (куб), привязанный к центру базовой фигуры и прикрепить к кубу каждый ассет ниши.

Теперь с помощью актора куба я могу привязать всю группу к центру вторичных фигур.  

Невозможно дублировать такого рода группы. Вместо этого:

• во-первых, дублируйте актор куба
• во-вторых, дублируйте и прикрепляйте ассеты ниши к новому актору.

Чтобы сделать фиктивные акторы и базовые опорные фигуры, невидимые при визуализации и редактировании, перейдите ко вкладке Детали -> Рендеринг, снимите отметку с опции "Видимый" (Visible) и отметьте опцию "Скрытый в игре" (Hidden in Game).

Ассеты:

Плющ

Плющ также был создан с помощью Paint Effects, используя заданную кисть плюща. Это позволило чрезвычайно легко справиться с процедурной интенсивностью и распределением полигонов. Кроме того, инструмент будет генерировать индивидуальные идентификационные материалы, чтобы отделить листья от текстур ветвей.   

Комбинируя игровые меши потолка, колонн и купола, можно получить живой меш оснастки для кривых.

Используя ту же кривую, можно прикрепить несколько штрихов. В моем случае я использовал кисть плюща вместе с кистью по умолчанию, чтобы получить центральные ветви.

Я масштабировал диаметр ветвей до 3 полигонов, а листья — не более 4 полигонов, которые я процедурно связал, чтобы достигнуть лучшего реализма.

Важно сохранить изменения, сделанные для предварительной установки плюща, чтобы сэкономить уйму времени.

Уменьшение плотности кисти и листьев важно для того, чтобы легко получить хорошо запеченную карту света в Unreal, иначе собственные тени между листьями образуют черный плющ.

Как только штрихи доступны для редактирования, можно удалить все листья и ветви, которые собираются в сферическую форму. Это займет некоторое время, но сэкономит количество полигонов.

Вероятно, одна из главных особенностей Paint Effects — управление UV-разверткой. Если настройка плюща была выбрана, ветви будут собраны в бесшовную текстуру, и листья займут пространство 1-0 для того, чтобы разделить одиночный лист.

Ясно, что если вы хотите больше вариаций текстуры, было бы разумно добавить альтернативные идентификаторы материалов к листьям.

Чтобы получить лучшую карту света в UE4, я бы посоветовал создать второй набор UV координат (UV set) вместо автоматического в UE4.

Я использовал Unfold U и V, чтобы избежать перекрытия вершин, так как важно уметь выправлять их с помощью Straighten UV. Хорошие карты света должны быть максимально прямыми — это позволит избежать ошибок и даст лучшую совместимость с движком.

В конце используйте Layout UV, чтобы собрать оболочки и заполнить пробелы. Важно, чтобы все оболочки внутри пространства были 1-0.

Материал листвы в Unreal довольно прямолинейный. Я создал основной материал для сухих листьев, травы и плюща. Он просто содержал некоторые параметры для лучшей обработки непрозрачности, карты излучения и прозрачности, которые полезны после светлого запекания, в случае если они оказываются слишком темными.

Дизайн плюща — компромисс между естественным бурным ростом и извилистыми формами, которые подчеркивают красоту купола и потолка. Плющ действительно похож на спиральное расширение конструкций опор. Начало этих ветвей — металлические вазы, висящие на колоннах и вносящие общее ощущение элегантности в окружение.

Мраморная мозаика

Текстура мраморной мозаики для зала была создана с помощью двух программ: Photoshop и Substance Designer.

Вдохновленный красивой мозаикой в Hotel Tassel, Брюссель, я хотел обрисовать альфа-канал с помощью инструмента векторного пера в Photoshop, заполняя основные фигуры цветами RGB для легкого импорта и разделения в Designer.

Я обнаружил, что работаю в Photoshop со сложными фигурами быстрее и проще, вместо того, чтобы смешивать тысячи базовых форм в Designer.

Этот граф показывает систему масок. Из трех растровых изображений я смог извлечь 8 масок, которые необходимы для разделения шероховатости и цветовых вариаций различных элементов и обрисовки медного обрамления.

Граф, взятый из Designer, демонстрирует сочетание двух основных материалов: меди и мрамора.

Мрамор имеет 4 вариации цвета и шероховатости. Я предпочел использовать комплементарный цвет окружения, чтобы привнести чувство непрерывности.

Интенсивность шероховатости основана на сюжете — звезды более гладкие, за ними следуют листья и кремовый фон.

Чтобы придать больше жизни этой мозаике, мне нужен был четкий медный контур, поэтому я использовал те же маски, чтобы получить нормаль.

Витраж

Витражи или расписные стекла всегда меня завораживали. Это, наверное, самая волшебная вещь, которая может быть представлена в здании. По этой причине я не мог исключить его использование в своем демо ролике, к тому же витраж — характерная составляющая стиля модерн.  

Первое, что пришлось сделать — найти хорошие эталонные изображения как для настенного стекла, так и для ламп.

Один из самых изысканных примеров светильников в стиле модерн — это стиль Тиффани, демонстрирующий разноцветные кусочки витража в виде цветочных и зооморфных орнаментов.

Я хотел приспособить это красивейшее изображение со стрекозой к моему светильнику, стараясь добиться формы стилизованного колокольчика, которая имеет более округлую форму и способна создавать широкий конус света.

Painter была основной текстурной программой, которую я использовал для работы над стеклом.

Рабочий процесс для создания этого ассета, минимизировано использование процедурных узлов или фильтров, отдавая предпочтение ручному способу.

Важно сначала начать рисовать металл, используя стандартную кисть с максимальной твердостью и 100% непрозрачностью.

Создайте слой заливки с цветом (белый) в качестве рабочего фона, затем создайте новый слой с черной маской, которая будет металлом. В слой черной маски добавьте функцию рисования и начните рисовать макет. Инструмент расстояния был чрезвычайно полезен для задержки хода и получения плавных линий.

После того, как форма определена, добавьте точку привязки к маске, чтобы присоединить ее к выходу высоты и управлять ею с помощью уровней.

В излучающем (эмисионном) слое измените кисть с помощью альфа-канала загрязнения (dirt alpha) и случайного углового дрожания (angle jitter), уменьшите непрозрачность до 60. Это позволит определить динамическую интенсивность цвета.

С помощью инструмента растушевки смешайте цвета или градиенты для достижения такого эффекта акварели на поверхности стекла.

Добавьте точку привязки в эмиссионный слой, чтобы перенести цвет в информацию о цвете в слой в верхней части эмиссионного.

Наконец, не забудьте активировать непрозрачность и добавить инструмент рисования в эмисионный слой, чтобы стереть ненужный меш.

Я использовал основной материал поверхности с редактируемыми параметрами, такими как эмиссия или интенсивность цвета в UE4 для достижения конкретного результата.

Это основной рабочий процесс, который я использовал для своих витражей, однако в некоторых случаях необходимо было иметь гораздо более сложный подход, как в случае с главной дверью.

Для главной двери необходимо было спроектировать всю часть на основе эталонного изображения цветущего алхимического дерева, которое я нашел в интернете.

Вся структура двери пытается поймать базовые формы дерева, и в верхней части противоположность дня и ночи влияет на цветовую палитру стекла. Дерево (главный символ алхимии) стоит посередине, увенчанное 5 основными элементами алхимии. Дверь демонстрирует продолжение корней дерева, проявляя более плоские цвета.

В Painter я воспользовался тем же подходом ручной росписи для лампы с той лишь разницей, что я хотел разделить металл на разные маски слоя для лучшей организации. Полученный альфа-канал металла был экспортирован в Designer.

Одна из основных характерных особенностей витражей — несогласованный угол между кусочками стекла. Через извлеченный альфа-канал и нод "заливка градиентом случайных серых оттенков", я смог бы получить большую вариацию нормалей.

Этот вид стеклянного материала в UE4 был новым и сложным. Я хотел подделать направленный свет, основанный на обычных каналах.

Я разделил и изолировал детали каналов нормалей в редактируемых параметрах.

Подобно двери, тюрьма мандрагоры демонстрировала не просто фальшивый свет, основанный на нормалях, но еще лучшее разделение металла и полупрозрачного материала с помощью Material Attributes.

Экземпляр материала:

Купол был сделан с помощью материала, использованным для создания двери.

Настройка освещения

Главной целью освещения в этом проекте было достижение чувства ностальгии, сказочного свойства с помощью мягкого света, определяющего четкий контраст между бликами и тенями, но без попадания в ловушку белых или черных крайностей.

Вторая цель была технической, я хотел использовать объемные огни и тени, не перегружая сцену.

Одна из наиболее проблемных характеристик объемного света — наличие Тумана Высоты (Height Fog), который может легко скрыть все, что находится внутри или за конусами света, придавая эффект десатурации, который может разрушить композицию.

Прежде всего, важно ввести в сцену Post Process Volume (объем постобработки) с автоматической экспозицией равной 1, для минимальных и максимальных значений, иначе свет постоянно меняется в зависимости от положения камеры.

Во-вторых, необходимо иметь Light Importance Volume (объем важности освещения), охватывающий всю область, и столько же Lightmass Volumes, сколько количество излучающих огней и окон в сцене. Это даст более плавное и правильное распространение фотонов в окружающих областях.

В-третьих, добавьте Direct Light (прямой свет), Height Fog (туман высоты) и Skylight (верхний свет).

Причина, по которой я установил много источников света в сцене, заключается в использовании функции захвата сцены в Skylight, которая уменьшит интенсивность теней. Избегайте больших значений интенсивности, иначе свет будет казаться плоским.

Direct Light (прямой свет) — самый важный в моей сцене, он сильно зависит от Height Fog (тумана высоты), а также имеет важное значение, называемое Volumetric Scattering Intensity (объемной интенсивностью рассеивания), которое управляет общей плотностью и цветом объемного излучения.

Туман высоты управляет особенностью объемного тумана в сцене. Он обладает некоторыми действительно каверзными значениями, такими как Scattering Distribution (распределение рассеивания), Extinction Scale (масштаб затухания) и Static Lighting Scattering Intensity (интенсивность рассеивания статического освещения). В течение нескольких дней практики я обнаружил идеальный баланс для того, что мне было нужно: отсутствие тумана в затененных местах и мягкие, нежные God rays (объемные лучи) в открытых областях.

Характерная особенность объемного света представляет собой наличие передержаной пыли в виду сильной интенсивности солнца.

Частицы пыли, которые я использовал, основаны на образце окружающей среды Epic dust. Мне удалось сделать текстуру пыли более шумной и я изменил значение излучения, придавая эффект передержки, о котором я упоминал ранее. Я также изменил размер, чтобы сделать его более заметным с дальней точки зрения и ограничил значение пыли пространством, заполненным объемными лучами. Другие изменения незначительны, они изменят жизнь и скорость частиц.

Часто общая привлекательность окружающей среды создается не только с помощью "естественных" источников света, но также с помощью добавления фиктивных огней, способных подчеркивать или улучшать области.

В нишах библиотеки мне нужно было усилить элементы потолка и металлических конструкций за счет использования точечного света ровно посередине половины купола, который продолжал естественный луч солнца и создавал новые тени.

В зале я хотел использовать лампы Тиффани, чтобы создать 2 контрастирующих источника света, одного голубоватого и одного желтоватого, основанных на цвете стекла.

Синие холодные комплементарные огни небольших фонарей нарушают общее присутствие зеленых и желтых тонов, осветляя темные углы и придавая ощущение свежести.

В то же время, мне нужно было несколько ламп наверху лестницы, придающих утонченную теплую привлекательность окружению.

Я конструировал эти фонари как можно ближе к референсу из Livraria Lelo, в Лиссабоне.

Мандрагора была освещена с использованием классической техники освещения 3 точками, способной очерчивать формы и силуэты, совмещенной с фотометрическим нижним точечным светом, чтобы улучшить драматичность сцены и отражение в стекле.  

Три точечных огня, однако, не отбрасывают тени, чтобы избежать более сложных форм в том же пространстве.

Чтобы завершить раздел настройки освещения, важно понимать силу Post Process Volume (значения постобработки), способной регулировать настроение окружающей среды.

Первый важный элемент — цветокоррекция. Наблюдается незначительное уменьшение общей теплой насыщенности и добавление голубоватых тонов как к глобальной гамме, так и к теневой.

Я не хотел массово менять эффект объектива в постобработке, полагаясь вместо этого на основные изменения в отдельных кинематографических камерах.

Заключение

Я определенно доволен результатом. Я хотел бы реализовать больше идей как с коридором, так и с лабораторией, но учитывая, что эта была личная концепция и моя первая основная среда, у меня не было времени. Сокращение этих площадей было необходимым шагом. "Хорошего не должно быть слишком много". Вероятно, в будущем я продолжу работать над ними, потому что там происходит гораздо больше волшебных вещей.

Я научился организовывать свой личный рабочий процесс, позволяющий экономить время и достигать хороших результатов, а также видеть мир гораздо более критичным взглядом, чтобы анализировать вспомогательные изображения в будущих проектах.

Благодарности:

• Моим наставникам Джонну Малкому и Джуду Годину, они дали мне доступ к необычайному количеству знаний, и я буду им вечно благодарен;
• Учебному центру Think Tank за год больших возможностей;
• Серу Тейлору Шортену и мистеру Томеру Мельцеру за многие технические советы;
• Дугласу Маклину и Джилл Херси за большую поддержку и мудрость.
• Особая благодарность ресурсу 80.lv за то, позволил мне стать частью этого прекрасного сайта.

Сальваторе Гамбино, художник по окружению

Оригинальный материал на 80.lv