Бейк в 3D-моделировании

Современное 3D-моделирование — это искусство баланса между визуальной детализацией и производительностью. Особенно остро этот баланс ощущается в геймдеве, VR и интерактивных приложениях, где каждая лишняя вершина может стать причиной просадки FPS. Одним из ключевых инструментов в достижении этой гармонии является бейк (baking) — процесс переноса визуальной информации (нормали, тени, AO, свет, и пр.) с высокополигональной (high poly) модели на её низкополигональную (low poly) версию в виде текстур.

Бейк позволяет создать визуально богатую и детализированную модель, оставаясь при этом в пределах разумных ограничений по полигонам. Это один из краеугольных камней оптимизированного 3D-пайплайна, без которого невозможно представить создание игровых ассетов, персонажей и окружения.

Что такое бейк: суть и назначение

Бейк — это процесс преобразования динамической или геометрически сложной информации в статическую форму, чаще всего — в текстуру. Когда мы говорим о переносе информации с high poly на low poly, мы имеем в виду именно это: сохраняем богатые визуальные характеристики дорогой модели и "проецируем" их на упрощённую.

Типичные типы бейка:

High Poly vs. Low Poly: В чём разница?

High Poly модель может содержать миллионы полигонов, позволяя создать мельчайшие детали: трещины, царапины, поры на коже и т.п. Такая геометрия слишком тяжела для рендеринга в реальном времени.

Low Poly — упрощённая версия, зачастую содержащая в десятки и сотни раз меньше полигонов. За счёт бейка, эта модель может визуально выглядеть почти так же, как и её high poly "оригинал", но при этом загружать систему минимально.

Процесс бейкинга: шаг за шагом

1. Подготовка моделей

• High Poly: максимум деталей, никаких ограничений по плотности сетки.

• Low Poly: оптимизированная геометрия, чистая топология, UV-развёртка без оверлапов (для нормалей).

• Совет: размер и форма моделей должны совпадать. Low poly должен "обволакивать" high poly, но не иметь пересечений.

2. Создание UV-развёртки

UV-карты — основа качественного бейка. Плохая развёртка = артефакты, швы, потеря деталей.

• Нормали требуют уникальных UV (без зеркалок и оверлапов).

• AO, Lightmap, и др. можно бейкать на "неуникальных" UV, если это оправдано.

3. Cage (клетка)

Опционально используется "клетка" — модифицированная версия low poly, немного расширенная наружу. Cage указывает, как лучи бейка будут пробиваться от low poly к high poly.

• Без cage могут возникать ошибки, особенно в сложных местах (острые углы, пересечения).

4. Конфигурация бейка

Задаются параметры:

• Диапазон трассировки (ray distance)

• Формат выходных текстур

• Разрешение (обычно 2K или 4K)

• Антиалиасинг

Примеры программ:

• Marmoset Toolbag — для артистов, даёт качественный визуальный результат.

• Substance 3D Painter/Designer — полный PBR-пайплайн с автоматическим бейком.

• xNormal — классика, отлично работает с большими high poly.

• Blender — универсален, бесплатен, растёт с каждым релизом.

Normal Map: звезда бейка

Наиболее часто используемый тип бейка — normal map. Эта карта преобразует визуальные отклонения нормалей high poly-сетки в RGB-цвета, которые используются при освещении low poly модели.

Tangent Space vs Object Space

• Tangent Space: универсальны, работают при деформации (анимации, повороты).

• Object Space: более точные, но не универсальны.

Ambient Occlusion и Lightmap: статическое освещение

Ambient Occlusion (AO)

Показывает, где свету "трудно добраться". AO-бейк добавляет реалистичное ощущение глубины, особенно при наложении на diffuse в режиме multiply.

Lightmap

Если сцена статична, можно запечь всё освещение — от прямого света до глобального освещения и теней — в карту освещения. Это значительно снижает нагрузку на движок.

Проблемы и артефакты

Заключение: почему бейк — это must-have

Бейк — это не просто технический процесс, это мост между художественной выразительностью и технической эффективностью. Он позволяет переносить богатство high poly-моделирования в мир real-time графики, делая игры, интерактив и VR визуально впечатляющими при оптимальной производительности.

Для любого 3D-художника, работающего в игровой индустрии, знание и умение правильно выполнять бейк — это не опция, а необходимый навык. От качества бейка зависит не только визуал, но и общая производительность проекта.