Как стать автором
Обновить
1921.13
Рейтинг
RUVDS.com
VDS/VPS-хостинг. Скидка 10% по коду HABR10

Cell Shading. Имитация плоского в объёме или как сделать аниме без аниме

Блог компании RUVDS.com Работа с 3D-графикой *Читальный зал Научно-популярное

После долгого перерыва с вами вновь рубрика 3D для чайников, и сегодня мы вам поведаем в двух словах о том, что такое cell shading, как он облегчает работу мультипликаторам и одновременно упрощает и усложняет её тридешникам, а также увеличивает стоимость новых «плоских» мультиков и удешевляет игры. 
Автор, биотехнолог Людмила Хигерович. Зам. руководителя сообщества Фанерострой
Памятка
В тексте будет много упоминаний конкретных программ, игр, фильмов и иногда компаний. Но это не реклама, все приведённые названия – исключительно примеры и иллюстрации. Все скриншоты и кадры приведены в порядке обучающих материалов.

Пост рассчитан на тех, кто только собирается познакомиться с миром 3D-графики. Некоторые расшифровки терминов могут быть неточными или намеренно упрощёнными для лучшего понимания вопроса. Если вы считаете себя специалистом, не стесняйтесь дополнять наш текст в комментариях!

Как имитировать объём на плоскости, думаю, узнать несложно — в интернете можно найти немало статей на тему отрисовки теней и бликов, а также карт нормалей и дисплейс карт. Если мало или вы хотите узнать больше — дайте знать в комментах, мы обязательно поделимся с вами секретами. А вот как сделать плоское из объёмного — вопрос интересный. Вернее, очень практический. 

▍ Часть 1. Что такое целлшейдинг ?


(Или селшейдинг, кому как нравится)


Куда ж мы без картиночек с Википедии!

Cell shading — особый способ стилизации трёхмерного или лайв-экшен (снятого с живыми людьми) изображения. Для его получения используют разнообразные аппаратные и программные уловки, суть которых сводится к получению одного результата — получения картинки с резкими цветовыми и теневыми переходами, имитирующими нарисованный классический мультик, как дисней 60-80 (современному поколению ближе, наверное, сравнение с аниме-классикой). В сущности, это должно выглядеть так. 


Слева без селшейдера, справа — с селшейдером. На анимешных модельках разница заметна плохо, придётся присматриваться к теням под грудью и бликам на технике.
К слову, наличие аутлайн (outline, линия обводки, отграничивающая героев, предметы и одежду от фона) совершенно необязательно, но встречается довольно часто. 
Сам термин cell shading имеет несколько туманное происхождение, т.к. ещё лет 10 назад существовало много аналогов: toon shading (от cartoon, мультики), anime/manga shading, simple shading, strong shadow effect и другие. Да и сейчас в кругах тридешников нет единого мнения, только в последнее время более-менее распространился вариант именно cell shading. 


Демонстрация настроек целлшейдинга на движке Юнити с форума по Юнити

Cell shading скорее всего восходит к слову cellular, что в разных вариантах разбора переводят и как cellular — целлулоид (специальный материал для рисования мультиков), бумажный (имитация нарисованный мультиков прошлого века) и как cellular — ячеистый, разрисованный в клетку, ячейку (ячеистая структура покраски и разграничение изображения ауилайнами). Какой из вариантов верный — неизвестно, однако и тот и другой отлично описывают суть эффекта. 

▍ Часть 2. Где применяют целлшейдинг?


В первую очередь это мультики для самых маленьких. Дисней значительно прокачался в отрисовке материалов вроде кожи и ткани, но глаз среднего ребёнка до 8-10 лет не обращает внимания на такие мелочи (по психофизиологическим причинам). Ему проще воспринимать образы с контрастирующими цветами, героев, обведённых толстой пограничной линией, вообще без пугающих теней или с минимальными символическими тенями. Это странно слышать для взрослых, но так работает мозг. Если любопытно узнать об этом побольше, то лучше взять учебник возрастной физиологии и психологии для ВУЗов, не берите популярные книжки — там много чего упущено. 


Культовая классика Диснея задаёт тон. Вернее, toon

И вот для самых маленьких Дисней (да и российские студии) выпускают мультики почти без теней и плавных переходов (вспомните пони, фиксиков или смешариков, будь они неладны). Да, это не правило, но закономерность адаптации для аудитории. Кстати, широко известный в узких кругах мульт Атлантида также использовал целлшейдинг при вписывании моделек доисторической и современной техники 



Есть целлшейдинг и у наших мультиков. Как минимум, у некоторых серий «Фиксиков», как максимум… у «Дети против волшебников», но об этом позоре лучше не вспоминать.


Дети против волшебников, 2016 год. Пожалуй, некоторые школьники в японской программке лучше сделают. Хотя не исключено, что именно так сей шедевр и получился.

Но адаптация — не единственное, для чего применяют целлшейдинг. 

Те, кто следят за аниме-индустрией, наверняка заметили, как скакнуло качество прорисовки и количество кадров в момент движения героев. 

Если бы вам не сказали, опознали бы Вы в этом 3D? На стоп-кадрах этого совершенно незаметно))

Так, например, хорошими примерами успешного применения целлшейдинга в аниме являются некоторые фильмы из серии «Яблочное зёрнышко», сериал «Страна Самоцветов», «RWBY» (хотя это не аниме, а американский мультик в стилистике аниме), «Госпожа Кагуя» (которая успела разлететься на мемы из-за великолепного танца Тики), «Клинок, рассекающий демонов» (где очень сложно разграничить отрисованные 2D и 3D части), «Персона», «Выдающиеся звери» (хотя я не уверена, что это аниме) и некоторые другие.


Вверху: Выдающиеся звери. Внизу — Госпожа Кагуя. Некоторые особо рьяные фанаты, кстати, не верят, что это 3д, даже когда им показываешь убедительные доказательства. 

Из чуть менее удачных — «Берсерк 2016», «Атака титанов» (титаны и здания часто «вываливаются» из остального кадра, хотя фон к последним сериям явно улучшили одни модельки и откровенно пропустили из внимания другие), старые версии «Яблочное зёрнышко» и многие другие, тысячи их.

Берсерк со своей корявой анимацией и выпадающими модельками стал мемом ещё в год выхода:

Кроме того, 3D частично использовалось для отрисовки задников и техники, во многих других аниме — «Ergo Proxy», «Евангелион», «Код Гиас», некоторые моменты в фильме «Паприка», «Любимый во Франксе», «Гандам 00», «Империя трупов», «Паразит» (последние серии), «Акудама Драйв», «Нет игры — нет жизни», «Призрак в доспехах» и многие многие другие.


В «Ergo Proxy» тридешными были оружие, транспорт, кадры с городами под куполом общим планом, а также часть роботов и фонов с технократической составляющей. Другая часть фонов — обработанные целлшейдером фотографии.

Вообще, достаточно часто сейчас аниме использует 3D-графику не целиком, но для создания задников (фонов), фоновых персонажей (crowd characters, которые создают суету на заднем плане), архитектуры и техники (которую физически сложнее отрисовывать вручную), включая БЧР и обыкновенные машины. Более того, сегодня найти аниме вообще без 3D сложнее, чем найти полностью 3Dшную аниме :-)


Проект «Альфа» (Appleseed Alpha), 2014


Яблочное зёрнышко, 2004.


Зачем целлшейдинг в аниме? В отличие от мультиков Дисней, аудитория аниме более широкая — там есть и контент для совсем детей, и для подростков, и для взрослых состоявшихся людей. Другими словами, здесь целлшейдинг не является адаптацией под возраст зрителя. Но тогда зачем, если такие шедевры, как «Гантц О» и «Яблочные зёрнышки: Проект Альфа» и без целлшейдинга смотрятся неплохо?
Вообще, термин Аниме не имеет жанровой, стилистической и возрастной привязки — это любая азиатская мультипликация, преимущественно японского производства. Просто в сознании наших соотечественников это японские мультики про девочек с большими глазами.
Видимо, тут несколько целей. Во-первых — упрощение работы, о чем мы поговорим ниже. Во-вторых — дань уважения традициям, что в контексте японской культуры очень важно.


Короли-призраки в мульт/фильме Властелин Колец, 1978. На отснятые с живыми актёрами кадры накладывали ротоскопирование, а поверх него аниматоры рисовали эльфов, хоббитов и некоторые фоны.


Геракл у Адмета, 1986 год. Мультфильм сделан по технологии «фотографики», когда на целлулоид с фотографией накладывается обрисовка вручную.


Есть и другие фильмы и мультфильмы с целлшейдингом. Из старого — мультфильм «Властелин колец» с ротоскопированием (выкрученной на максимум контрастностью) и наложением рисованных эффектов — не совсем целлшейдинг, но по сути своей близко. 


«Помутнение», 2006. Лайв-экшен фильм с целлшейдингом

Из относительно нового — фильм «Помутнение» и «Ван Гог. С любовью, Винсент». Здесь целлшейдинг превращает лайв-моушен съёмку в сюрреалистический ужас, от которого порой можно словить эффект «Тёмной долины» (или смешинку), что играет только на руку картине. 


Ван Гог. С любовью, Винсент


Не совсем целл, но шейдинг.


Кроме того, многие как минимум слышали про сериал «Аркейн» (3D со стилизацией с элементами целлшейдинга), а также про некоторые проекты из альманаха «Любовь, смерть и роботы». Ну, младшему поколению наверняка ближе какой-нибудь «Человек-паук: через вселенные» или «Бетмен-ниндзя». Ну и, конечно, целлшейдинг часто появляется в играх.


Здесь наоборот, в статике целлшейдер видно хуже, чем в динамике.

▍ Часть 3. Быть ленивым — значит задавать тренд


Изначально, стилизация в играх была придумана не столько для создания атмосферы, сколько для упрощения работы компьютеру или консоли, на которой игра должна запускаться. Вернее, по-другому и сделать-то нельзя было — текстуры были роскошью, а потому все модельки были низкополигональными и более-менее однотонными.

Потом технологии продвинулись, и стилизацию стали использовать для создания атмосферы или для упрощения работы моделлерам (моделистам) в маленьких студиях — тогда ещё инструменты 3D-сканирования были редкостью, и не каждая студия могла себе позволить достаточно мощный комп для запекания 4к текстур.


Одной отличительной особенностью игр серии Borderlands была специфическая стилизация с закосом под комиксы. Это совсем не целлшейдинг — все линии и часть теней были нарисованы на текстурах героев и объектов.

Сейчас мало какая игра заботится о том, на каком железе её запустят. Однако многие студии по-прежнему стремятся свести затраты денег и человекочасов к минимуму, а посему всеми правдами и неправдами уменьшают сложность процесса создания игр. Кто-то использует захват движений и выражений лица вместо того, чтобы отрисовывать часы анимаций для главного героя, кто-то использует слабо оптимизированные мегасканы вместо собирания игровых сцен по кускам, а кто-то натягивает целлшейдинг, чтобы не рисовать приличные текстуры.


Линк до…

Вот примерно так же подумали и создатели очередной итерации приключений эльфа по имени Линк в серии «Legends of Zelda». Конечно, игра и раньше не пыталась в реализм, но до этого разработчики ограничивались только сглаженными текстурами и относительно низкой детализацией моделек. Теперь же большинство предметов и героев почти лишены детализации текстур (за редким исключением в виде камней, деревянных ящиков и талисманов), вместо этого все целиком обработано целлшейдером.


…Линк после.

Не исключено, что такому распространению целлшейдинга поспособствовал небывалый успех игры «Genshine impact» и её сёстры «Honkai impact». Аниме-стилистика в сочетании с хорошей анимацией и высококачественным целлшейдингом компенсировали откровенно вторичный (вернее, уже третичный) сюжет и казуальный гемплей (который ещё и на авто-выполнение квестов и боя можно поставить, так что игрок особо и не нужен — игра сама в себя играет, выполняя роль интерактивного мультика).


«Не играл, но асуждаю!»

Качество картинки в «импактах» настолько хорошее, что в интернете даже продают шейдеры для разных 3D программ, имитирующие картинку в этих играх.


Шейдер с закосом под импакты по непомерно высокой цене)))

▍ Часть 4. Техническая сторона вопроса


Об этом было бы лучше поговорить в самом начале поста. Но тогда больше половины читателей бы не дожили до этого места. Впрочем, те кто не собираются изучать этот вопрос глубже, могут смело переходить в конец.



Шейдер (shader — затенение, цветовой переход, поблескивание) — фрагмент программы (кода), самостоятельная программа или скрипт (исполняемый процедурный алгоритм внутри программы), предназначенный для исполнения графическими процессорами с целью обработать изображение. Те, кто много работают с фотошопом или любой другой 2D и 3D программой как минимум слышали, как максимум — часто использовали шейдеры. 


Тысячи их

В каждой 3D-программе есть свой набор шейдеров для настройки отображения модели. Где-то базовый набор надстроек встроенный (Keyshot, Zbrush), где-то его нужно качать отдельно, а где-то и вовсе покупать за кругленькую сумму (как, например, для DAZ 3D и Arnold render для 3Ds max).


Базовый набор toon шейдеров в Keyshot

Из более лёгких (в плане требований к железу и освоению) программ целлшейдинг можно опробовать в MikuMikuDance (на его базе кстати создаётся множество фанатских короткометражек и клипов к песням программ-певцов Vocaloids), XNAlara (изначально софт для тестирования моделей ранних версий игр серии Tomb Raider и создания фанатского контента), Blender 3D (хотя он имеет некоторый порог вхождения) и Sculptris, хотя в нём не настоящий целлшейдинг, а его имитация.


Cellshader в Blender

Чтобы создать шейдер, необходимо хорошо разбираться как в программировании (хотя бы на базовом уровне), так и в  визуализации 3D-моделей и настройке рендера. Впрочем, в современных 3D-программах и некоторых игровых движках есть система блюпринтов и нодов (blueprints and nodes), которые сильно упрощают как элементы программирования (вместо написания строчек кодов Вам предоставляют набор блоков и маркеров), так и настройки визуализации.


Дерево нодов импактовского шейдера в Blender. Скрин из артстейшн автора шейдера.

В этом и заключается усложнение работы 3Dшников и программистов — сделать универсальный качественный целлшейдер невозможно, как и невозможно перетаскивать шейдеры из одной программы в другую. Так что для каждой программы, для каждой игры или мультфильма надо заново создавать и настраивать свой целлшейдер, больше подходящий именно Вашей программе/игре/мультику и создающий наименьшее количество «артефактов» при рендеринге. 

▍ Заключение


Итак, сегодня мы немножко познакомили Вас с тем, что такое целлшейдинг, где он встречается и зачем он вообще нужен. Надеемся, что Вам было интересно и полезно узнать что-то новое для себя.Не забывайте писать в комментариях, хотите ли небольшой разбор других механик или секретов визуализации, а может быть вас интересует история чего-нибудь?

▍ Все статьи серии:


  1. 3D для каждого: способы создать модель. Часть 1
  2. 3D для каждого: области применения
  3. 3D для каждого: хочу делать мультики
  4. Cell Shading. Имитация плоского в объёме или как сделать аниме без аниме < — Вы тут

Теги:
Хабы:
Всего голосов 67: ↑66 и ↓1 +65
Просмотры 13K
Комментарии Комментарии 17

Информация

Дата основания
Местоположение
Россия
Сайт
ruvds.com
Численность
11–30 человек
Дата регистрации
Представитель
ruvds