Традиционные и современные методы создания стиля в 3D
Традиционные и современные методы создания визуального стиля в 3D-графике принципиально различаются по подходам, инструментам, степени автоматизации и роли художника в процессе. В данной главе будет подробно рассмотрено, в чём заключаются эти различия, какие технические и художественные приёмы лежат в основе каждого направления, как они реализуются в программном обеспечении и аппаратных возможностях, а также как их особенности влияют на процесс формирования единого, выразительного и технически устойчивого стиля проекта.
В 1960–1970-х годах зародилась полигональная геометрия и первые шейдеры, которые положили начало трёхмерной графике. В это время основное внимание уделялось математическому описанию объектов с помощью простых геометрических форм — треугольников и многоугольников. Рендеринг был технически сложным: изображения состояли из каркасных моделей, без сложных текстур и реалистичного освещения. Примером является анимация «A Computer Animated Hand» 1972 года, где с использованием ограниченных вычислительных ресурсов удалось создать 3D-анимацию. Модель руки Катмулла и Парка, оцифрованная с гипсового слепка, состояла из ~350 полигонов. Её главным прорывом стало первое применение Gouraud-шейдинга — интерполяции цвета между вершинами для создания плавных градиентов, скрывающего угловатость полигональной сетки. Хотя о текстурных картах в современном понимании речь ещё не шла, этот метод заложил основу для алгоритмов сглаживания и работы со светом, став фундаментом для последующего развития шейдеров.
В той же лаборатории студенты создавали модели повседневных предметов: чайник, чашку, вазу. Анри Гурод в диссертации 1971 года представил Gouraud-шейдинг, протестировав его на лице своей жены Сильвии — это стало одним из первых примеров органической формы в 3D.
Топологическая разметка и полигональное моделирование лица, Университет Юты, Катмулл и Парк, 1970-е
В отличие от современных возможностей, когда рендеринг опирается на физические модели освещения (PBR), а материалы детализированы до мельчайших оптических свойств, в 1960–1970-х технологии только зарождались. Например, в Sketchpad (1963) Айвена Сазерленда объекты строились из векторных линий без шейдинга, а Boeing Man (1965–1970) представлял собой каркасную фигуру — без текстур и бликов. Компьютерные мощности были крайне ограничены (мегабайт ОЗУ — роскошь), поэтому использовались упрощённые алгоритмы, минимальное число полигонов и примитивные шейдеры.
Левая часть: Иван Сазерленд за работой с системой Sketchpad, MIT, 1963 г. Правая часть: «Boeing Man» — первая 3D wireframe-модель человека, Уильям Феттер, 1964 г.
Настройка света и материалов оставалась условной и не воспроизводила реальные физические процессы. Так, в фильме Star Wars (1977) Звезда смерти рендерилась с помощью Phong-шейдера (1975), разработанного Фонгом Буй Туонгом. Этот алгоритм впервые считал диффузное, зеркальное и фоновое освещение на пиксельном уровне, давая чёткие блики — в отличие от Gouraud-шейдинга, который сглаживал цвет только между вершинами. Однако Phong требовал ручной настройки параметров отражения и не учитывал законы сохранения энергии.
«Звёздные войны. Эпизод IV: Новая надежда» Джордж Лукас, 1977
Современные движки также используют отражения и блики, впервые реализованные в Phong-шейдере, но дополняют их сложными методами глобального освещения, теней и физически корректных отражений — того, что в эпоху становления 3D было невозможно. Тем не менее, идеи и принципы, заложенные в 1960– 1970-х годах, послужили фундаментом для дальнейших инноваций. Их суть — в переходе от индивидуальных двумерных изображений к описанию объектов в трёхмерном пространстве, что продолжает оставаться основой всех современных 3D-систем.
В 1980-х годах стиль трехмерной графики в видеоиграх начал формироваться благодаря векторной графике. Разработчики использовали разные техники, чтобы имитировать объем. При этом они превращали технические ограничения в инструменты минимализма, которые работали на выразительность.
Игры вроде Battlezone от Atari в 1980 году и Star Wars Arcade 1983 года опирались на векторные дисплеи. Линии там рисовал электронный луч прямо на экране. Не было никакой растровой развертки. Модели выглядели как wireframe-структуры. Танки, космические корабли, ландшафты. Всё это показывалось в виде ярких линий на черном фоне. Текстуры отсутствовали полностью. Шейдинг и тени тоже не применялись. Доминировали только геометрия и движение. Сейчас такие визуальные подходы кажутся формой абстрактного искусства. Но тогда они создавали иллюзию глубины. Это достигалось за счет перспективы и быстрой отрисовки.
Battlezone Atari, 1980
Рендеринг осуществлялся в реальном времени при жёстких ограничениях:
- полигональный бюджет – менее 1000 граней на сцену;
- flat shading – однотонное заполнение граней;
- отсутствие расчёта освещения – видимость определялась только линией прямой видимости.
В отличие от современных игровых движков, которые используют миллиарды полигонов, PBR-материалы и реалистичное освещение для достижения фотореализма, в 1980-х годах минимализм стал основным стилем. Объем в играх создавался как иллюзия, возникая благодаря движению камеры, перспективе и воображению игрока. Ограничения не скрывались, а наоборот, подчеркивались: векторные линии открыто показывали работу компьютера, превращая технические требования в художественный прием и формируя запоминающуюся эстетику ранних 3D-игр.
Star Wars Atari, 1983
В 1990–2000-х годах 3D-стиль перешёл от каркасных моделей к растровым текстурам и hand-painted материалам, которые стали основой визуального языка.
В начале 1990-х появились первые растровые текстуры: в Wolfenstein 3D (1992) и Doom (1993) стены получили растровое покрытие, хотя персонажи оставались 2D-спрайтами. К 1996 году, с выходом Quake, модели стали полностью трёхмерными — с текстурами 128×128 пикселей, запечёнными тенями в lightmap и шейдерами Blinn-Phong. Blinn-Phong — улучшенная версия Phong-шейдера: добавлен параметр half-vector, что ускорило расчёт бликов и сделало их более естественными при низком разрешении.
В Toy Story (Pixar, 1995) использовались hand-painted текстуры с ручной UV-развёрткой для имитации пластика, кожи и ткани. В 2000-х hand-painted стиль достиг расцвета: The Legend of Zelda: Wind Waker (2002) применил cel-shading с жёсткими контурами и ramp-текстурами; Ōkami (2006) имитировал японскую тушь через кастомные шейдеры; World of Warcraft (2004) содержал миллионы нарисованных вручную текстур для комиксной стилизации.
Doom id Software, 1993
Non-PBR материалы позволяли нарушать физику ради стиля: тени и блики рисовались вручную, переходы — стилизованными.Освещение строилось по трёхточечной схеме (key light — основной источник, fill light — заполняющий, rim light — контурный), что позволяло вручную задавать драматургию сцены. Тени запекались в lightmap или прямо в текстурах — статичные, но выразительные, без динамического расчёта. Постобработка ограничивалась минимальными эффектами: bloom (свечение вокруг ярких участков) и vignette (затемнение по краям кадра), усиливая настроение без нагрузки на технику.
The Legend of Zelda: The Wind Waker Nintendo, 2002
World of Warcraft Blizzard, 2004
В 2010-х годах 3D-стиль вступил в эпоху физической достоверности и real-time рендеринга. PBR стал стандартом индустрии — подход, при котором материалы подчиняются реальным законам отражения света:
- albedo (чистый цвет без освещения),
- roughness (шероховатость — от зеркального до матового),
- metalness (разделение на металл и диэлектрик),
- normal maps (имитация микроповерхности).
Реализация технологии реал-тайм рендеринга стала возможна благодаря внедрению продвинутых игровых движков, таких как Unreal Engine 4 (выпуск в 2014 году) и Unity 4 (выпуск в 2012 году). Эти платформы представили гибридные рендеринг-пайплайны, сочетающие запечённое глобальное освещение с динамическими механизмами, обеспечивающими высокую визуальную точность и производительность. Среди таких методов — light probes, представляющие собой локализованные точки в пространстве, накапливающие информацию о падающем свете для быстрой передачи освещенности движущимся объектам, а также reflection captures — сферические или кубические карты, фиксирующие окружающее пространство для имитации бликов и отражений поверхностей без необходимости полного рейтрейсинга.
Gravity Альфонсо Куарон, 2013
В кино Gravity (2013) применили анизотропные металлы (поверхности с направленным отражением, как у шлифованного алюминия) и волюметрический скаттеринг (рассеяние света в объёме — туман, дым, атмосфера), а в The Hobbit: The Battle of the Five Armies (2014) — подповерхностное рассеяние (проникновение света в кожу, воск, мрамор) на сотнях миллионов полигонов. Освещение строилось на трёхточечной схеме с добавлением динамического, ray-traced теней (трассировка лучей для мягких, физически точных теней) в гибридных пайплайнах и постобработки: HDR (расширенный диапазон яркости), tone mapping (сжатие HDR в видимый диапазон), color grading (художественная цветокоррекция) и SSAO (имитация затемнения в углах и щелях). Эти технологии позволили создавать правдоподобные миры без ручной подстройки под каждый кадр.
«Хоббит: Битва пяти воинств» Питер Джексон, 2014
В 2020-х годах 3D-графика активно интегрирует искусственный интеллект, радикально ускоряя моделирование, текстурирование и рендеринг. ИИ генерирует сложные сцены, улучшает текстуры с учётом физики света и создаёт анимацию без захвата движений.
Unreal Engine 5 (2022) с Nanite рендерит миллиарды полигонов без лода, а Lumen обеспечивает динамическое глобальное освещение с трассировкой лучей. Фотограмметрия и AI-upscaling делают сканированные объекты фотографически точными в реальном времени.
На фоне этого изобилия стилизация обретает новую ценность — уже не компромисс, а осознанный художественный выбор. Hand-painted текстуры возвращаются в Genshin Impact и Hades II, 2.5D — в Dead Cells и Guilty Gear Strive.
«Энтергалактик» (реж. Флетчер Мулес, 2022) использует живописные штрихи и неравномерные линии, а «Человек-паук: Через вселенные» (2018) — комиксные артефакты и асинхронную анимацию.
Анализ референсов: от общих образов к техническим деталям
В качестве референсов выбраны три проекта, каждый из которых представляет яркий пример гибридного 3D-стиля: анимационный фильм «Человек-паук: Через вселенные» (2018), полнометражный «Энтергалактик» (2022) и видеоигра Marvel Rivals (NetEase Games, 2024). Их объединяет осознанное сочетание фотореализма и стилизации, где художественная выразительность достигается не за счёт отказа от современных технологий, а через их целенаправленное искажение. Чтобы воспроизвести подобные эффекты в выпускной квалификационной работе (ВКР), необходимо перейти от общих визуальных образов (неровные линии, живописные мазки, комиксные акценты) к конкретным элементам, особенностям шейдеров, текстур и пост-обработки, которые играют роль в создании атмосферы проекта «Шлейф».
«Человек-паук: Через вселенные» (Spider-Man: Into the Spider-Verse, 2018). Общий образ: комиксная эстетика с асинхронной анимацией, имитирующая печатные страницы. Технические детали:
