Pipeline vzniku 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 PBR map (albedo, roughness, metallic, normal aj.). Typická pipeline: referenční podklady → blockout → high-poly sculpty/hard-surface model → retopologie (low-poly) → UV → bake map z high na low → materiály a textury → look-dev a validace v cílovém enginu (DCC/real-time).
Polygony, vrcholy a hrany: základní stavebnice
Polygon je plocha definovaná vrcholy (vertices) a spojená hranami (edges). V praxi se používají hlavně trojúhelníky a čtyřúhelníky (quad), které se při renderingu převádějí na tri. N-gony (>4 vrcholy) mohou v sculptu či hard-surface modelu pomoci, ale v animačním low-poly bývají zdrojem artefaktů.
Topologie: edge-flow, póly a podpůrné smyčky
- Edge-flow: tok hran kopíruje základní objemy a budoucí deformace (tváře, klouby, ohyby).
- Póly (vrchol s ≠4 hranami): nevyhnutelné, ale umisťujte je mimo vizuální dominanty a zóny ohybu.
- Podpůrné smyčky (support loops) a bevely: definují ostrost hran před Subdivision Surface nebo při 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), boolean operacemi a jednoduchými modifikátory. V této fázi se definuje měřítko, orientace os a metrika (cm/m) shodná s cílovým enginem.
High-poly: sculpting a hard-surface
- Sculpt: detailní organické tvary, vrásy a mikrostruktury (alfa štětce, multires). Výstupem je velmi hustá síť.
- Hard-surface: čisté plochy, kontrola hran; booleany + bevel + weighted normals. High-poly může mít složité filéty 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 lighting. Techniky: ruční kreslení polygonů po povrchu (snap), quad draw, auto-retopo pro méně kritické části. Výsledek musí respektovat rozpočty (tri count) a zóny detailu.
Normals a shading: hladké vs. tvrdé hrany
Interpolace normál určuje, jak „kulatá“ se plocha jeví. Tvrdé hrany (hard edges) lámají shading a často rozdělují i UV švy. Hladké hrany (smooth) spojují face normaly. V real-time pipeline je dobré sladit hard edge = UV split pro korektní tangent space a normal mapy (MikkTSpace).
UV unwrapping: rozbalení povrchu do 2D
- Seams: logicky umístěné řezy (spodky objektů, ostré hrany, symetrie) minimalizují viditelné přechody.
- Packing: rozložení UV islandů do texturového pole s mezerami (padding) pro mipmapping a dilataci.
- Texel density: konzistentní hustota px/m; definujte cílovou hustotu (např. 512 px/m) a kontrolujte v DCC nástroji.
- UDIM: více dlaždic pro film/VFX; v hrách spíše jednovrstvé sety kvůli výkonu.
Baking: přenos detailů z high-poly na low-poly
Bake generuje mapy z high-poly na low-poly v UV prostoru. Kritické kroky:
- Cage: expandovaná kopie low-poly, která řídí ray-casting; brání ray miss a skew.
- Exploded bake: oddálení částí zabrání „propalům“ mezi sousedy.
- Antialiasing & dilation: super-sampling a roztažení barev mimo ostrůvky minimalizují švy.
- Tangent-space normal: pro real-time; respektujte konvenci OpenGL (Y+) vs. DirectX (Y-). Ujistěte se na exportu (zelený kanál invertovat dle enginu).
Jaké mapy péct a proč
- Normal: simuluje jemné nerovnosti povrchu bez geometrie.
- Ambient Occlusion (AO): měkké stíny v dutinách; v PBR používána opatrně (kombinace s dynamickým lightingem).
- Curvature: křivost povrchu; skvělé pro maskování opotřebení ve smart materials.
- Position/World Space Normal: maskování a gradienty při texturování.
- Thickness: tloušťka materiálu – pro subsurface/translucency efekty.
- ID map: barevné oblasti materiálů (rychlý výběr při texturování).
PBR materiály: kanály a fyzikální konzistence
Standard metallic/roughness odděluje vodivý (kov) a nevodivý (dielektrikum) materiál:
- Base Color (Albedo): bez stínování a spekulárních příměsí; pro kovy nese barvu odrazu.
- Roughness: mikrodrsnost od 0 (zrcadlové) do 1 (mat). Kontroluje šíření a intenzitu odlesků.
- Metallic: 0 = dielektrikum, 1 = kov; mezistavy jen u směsí/oxidací.
- Normal (tangent/objekt/world): jemná geometrie.
- Height/Parallax: makro-reliéf pro offline/VFX nebo parallax occlusion mapping v real-time.
- AO: multiplikačně (s rozmyslem) do albeda nebo samostatný kanál.
- Emissive: vlastní „světlo“ povrchu (displeje, diody).
Texturovací workflow: malba vs. procedura
- 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, okraje.
- Hybrid: základ procedurálně, specifické akcenty ručně; trim sheets a decals pro opakované prvky.
- Channel packing: ukládání více masek do RGBA pro úsporu paměti.
Barvové prostory a linearita
Dodržujte správné color-space pro jednotlivé mapy: albedo/emissive v sRGB, normal/roughness/metallic/AO v linear. V offline renderu zvažte ACEScg pro širší gamut; v real-time respektujte pipeline enginu (tonemapping, gamma 2.2).
Optimalizace: rozpočty, LOD a atlasy
- Tri budget a draw calls: vyvážit detail vs. počet materiálů. Texture atlasy snižují přepínání materiálů.
- LOD: postupné zjednodušení s rostoucí vzdáleností (automatický decimate + ruční korekce).
- Streaming textur: MIP úrovně, rozumné rozlišení (2k/4k) dle významu objektu; anisotropic filtering.
Specifika pro hry vs. film/VFX
- Hry: přísné real-time limity, tangent normal, atlasování, LODy, jeden skinned mesh per postava.
- VFX/Film: UDIM sety, displacement, rozsáhlé look-dev pro path tracer, vyšší přesnost (float textury).
Hard-edges, UV a normal map: pravidla kompatibility
Každé rozlomení normál by mělo mít odpovídající UV split; invertovat G (Y) kanál u normal map, pokud engine používá opačnou konvenci. Používejte jednotnou definici tangent space (např. MikkTSpace) v bake i runtime, jinak dojde k „švům“ a gradient bandingu.
Detailní povrchy: vertex color, decals a tiling
- Vertex color: masky pro shader blending (např. špína/rez) bez dodatečné textury.
- Decals: lokální samolepky (nápisy, škrábance) bez úprav hlavního UV.
- Tiled textury: pro velké plochy; potlačit opakování pomocí noise/rotation/uv offset.
Validace a look-dev
Kontrolní kroky: triangulace před exportem (stejný algoritmus jako v bake), kontrola normal map v neutral HDRI, UV checker na streč 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 (preferováno pro real-time), USD pro DCC/VFX ekosystém.
- Textury: PNG/TGA pro zdroje, BCn (DXT) / ASTC/ETC2 komprese pro runtime; normal map v BC5, albedo v sRGB kompresi.
Časté chyby a jak se jim vyhnout
- Nezarovnané tangent space mezi bakerem a enginem → použít stejný algoritmus (MikkTSpace) a konvenci Y.
- Příliš mnoho UV švů → zvyšují viditelnost přechodů; slučujte, kde to shading dovolí.
- Nekonzistentní texel density → nevyrovnaný detail; normalizujte a kontrolujte checkerem.
- Over-bevel v low-poly bez podpory v normal map → „faceting“; zarovnat hrany s pekem a smoothingem.
- Color-space chyby → rozmazané normaly (sRGB místo linear), špatná drsnost; nastavte správné profily.
Best practices pro robustní model
- Začněte blockoutem, schvalte proporce a měřítko.
- High-poly řeší design a mikrogeometrii; retopo je účelný a čistý.
- UV s konzistentní hustotou, rozumnými švy a paddingem (≥4–16 px dle rozlišení).
- Bake s cage, kontrola artefaktů, korekce skewu a dilatace.
- PBR respektuje fyziku: nerozbíjejte energii (nepřemalovávat světla/stíny do albeda).
- Validace v cílovém enginu na HDRI a reálných světlech; profil výkonu.
Závěr
3D model vzniká kombinací promyšlené topologie, pečlivého UV rozbalení a fyzikálně konzistentních PBR textur. Kontrola měřítka, shoda tangent space, kvalitní bake a disciplinovaný color-management jsou klíčem k výsledku, který je vizuálně přesvědčivý, efektivní na výkon a dobře udržovatelný v jakémkoli produkčním prostředí – od real-time enginů po filmové renderery.
