Сглаживание (Smoothing) в 3D-моделировании

Сглаживание (англ. Smoothing) — один из ключевых инструментов в арсенале 3D-художника. Оно отвечает за то, насколько органично и реалистично объект выглядит на финальном рендере или в игровом движке. Без корректного сглаживания даже самая сложная модель может казаться низкополигональной, угловатой или искусственной.

Разберём, что такое сглаживание, его виды, алгоритмы, ошибки и лучшие практики использования.

Что такое сглаживание?

Сглаживание — это процесс, направленный на смягчение визуальных переходов между соседними полигонами (чаще всего между гранями или фэйсами) с целью создания эффекта плавной поверхности.

Визуально это выражается в устранении резких теней, связанных с углами между гранями, и достижении более мягкого освещения модели. Технически сглаживание может быть:

• Визуальным (нормалевое сглаживание)

• Геометрическим (модификаторы и сабдивы)

1. Визуальное сглаживание (Normal Smoothing)

Это неизменяющее геометрию сглаживание. Оно манипулирует нормалями поверхности, чтобы освещение воспринималось как плавное, даже если между полигонами остаются чёткие грани.

Сглаженные нормали (Smoothed Normals)

Нормали — векторы, указывающие, куда «смотрит» поверхность. При визуальном сглаживании нормали между соседними гранями интерполируются, как будто поверхность между ними непрерывна.

Например:

• Плоскость из шестиугольных граней с визуальным сглаживанием будет выглядеть как идеально круглая.

• Но сетка объекта остаётся угловатой — ни один полигон не добавляется.

Угловой порог (Smoothing Angle / Hard Edge Threshold)

Это параметр, который определяет, при каком угле между гранями сглаживание применяется:

• Меньше порога → нормали интерполируются → мягкий шов.

• Больше порога → нормали остаются независимыми → жёсткий шов.

Обычно применяется на:

• Переходах между корпусом и острыми деталями.

• Механических моделях, где важно сохранить острые углы.

Smoothing Groups (в 3ds Max)

Метод группировки полигонов по "сглаживающим зонам", где каждый набор работает как отдельная плавная поверхность.

2. Геометрическое сглаживание (Subdivision Smoothing)

Если визуального сглаживания недостаточно — применяется реальное изменение геометрии модели для достижения плавности. Это особенно важно в high-poly моделировании или при создании субдив-моделей.

Subdivision Surface (Subdivision Modeling)

Наиболее распространённая техника. Основана на алгоритмах, которые добавляют полигоны и усредняют координаты вершин для создания гладкой формы.

Популярные алгоритмы:

• Catmull-Clark (по умолчанию в большинстве DCC)
  Поддерживает квад-сетки, создаёт плавные формы без артефактов.

• Loop Subdivision
  Эффективен для треугольных сеток.

• OpenSubdiv (от Pixar)
  Оптимизирован для GPU и используется в production-средах (Maya, Blender, Houdini).

Контроль формы

Геометрическое сглаживание часто требует контроля формы с помощью Edge Creasing (затягивание кромок) или добавления дополнительных supporting loops.

Гибридный подход: Smoothing + Subdivision

Часто в процессе моделирования используется комбинация визуального и геометрического сглаживания:

• На этапе лоуполи используется нормалевое сглаживание для оптимизации.

• На этапе хайполи — subdivision для получения реалистичной поверхности.

• При создании игровых моделей нормали хайполи "запекаются" в лоуполи — Normal Baking.

Ошибки и артефакты при сглаживании

1. Плохая топология

• Треугольники, n-gon'ы, разрывы, неуместные poles → вызывают неправильное сглаживание.

• Решение: использовать чистую квад-топологию.

2. Неправильные нормали

• Зачастую экспорт в другой софт или некорректное присвоение сглаживания приводит к ломаным нормалям.

• Решение: Recalculate Normals, Auto Smooth, Weighted Normals Modifier (в Blender).

3. Over-smoothing

• Слишком высокое значение порога сглаживания или чрезмерное subdivision’ирование приводит к "пластиковой", размытой форме.

• Решение: баланс между плавностью и читаемостью формы.

Примеры использования

Инструменты сглаживания в популярных DCC-пакетах

Сглаживание — это больше, чем просто способ «сделать красиво». Это стратегический инструмент, который влияет на:

• Производительность

• Визуальное качество

• Топологию

• Подготовку к анимации

• Запекание текстур

Понимание различий между визуальным и геометрическим сглаживанием, грамотное использование нормалей и субдивов — залог успеха любого 3D-проекта.