Оптимізація геометрії
Мінімізація кількості полігонів
Зниження кількості полігонів допомагає зменшити навантаження на GPU, підвищити продуктивність і швидкість рендерингу.
Методи:
Retopology (ретопологія): процес переробки складної полігональної сітки на більш оптимізовану з меншою кількістю полігонів. Використовується для моделей, отриманих із 3D-сканування або після деталізованого моделювання, наприклад, у скульптингу. Інструменти: Blender Retopology Tools, ZBrush ZRemesher.
Decimation (редукція): автоматичне зниження кількості полігонів, яке зберігає форму моделі, але спрощує її структуру. Інструменти: Blender Decimate Modifier, ZBrush Decimation Master.
Edge Loops: мінімізація кількості зайвих edge loops, особливо на рівних або мало помітних поверхнях.
Simplified geometry: моделювання об’єктів із простішими формами там, де це можливо (наприклад, заміна складних циліндрів на екземпляри з меншою кількістю сегментів).
Рекомендації:
Використовуйте лише ту кількість полігонів, яка необхідна для створення бажаного вигляду на цільовій відстані від камери.
Особливо важливо оптимізувати другорядні або фонові об’єкти, оскільки вони не потребують такої ж деталізації, як основні об’єкти.
LODs (Level of Detail)
Зменшення кількості полігонів і текстурних даних для об’єктів, що знаходяться на великій відстані від камери, тим самим знижуючи навантаження на систему рендерингу.
Методи:
Створення кількох рівнів деталізації для кожного об’єкта (наприклад, LOD0 - це найдеталізованіша версія, LOD3 - найбільш спрощена).
Автоматичне створення LOD: деякі інструменти, такі як Simplygon або функції в ігрових рушіях (Unreal Engine, Unity), дозволяють автоматично генерувати LOD для моделей.
Ручна робота з LOD: у складних випадках або для головних героїв, краще створювати LOD вручну для максимальної якості і контролю над деталізацією.
Ключові моменти:
Під час руху камери LOD може автоматично перемикатися на відповідний рівень деталізації, що знижує навантаження на систему.
Для великих або важливих моделей створюйте 3-4 рівні LOD для плавного переходу між деталізаціями.
Нормалі
Правильна оптимізація нормалей покращує візуальне сприйняття моделі та освітлення, не збільшуючи кількість полігонів.
Поняття:
Smooth Normals: використовуються для плавних поверхонь (наприклад, тіла персонажів). Застосування плавних нормалей дозволяє створювати ілюзію плавного освітлення між полігонами навіть на низькополігональних моделях.
Hard Normals: використовуються для кутастих об’єктів або деталей, які потребують чіткого розділення між полігонами (наприклад, механічні частини).
Методи:
В Blender можна налаштовувати плавні та жорсткі нормалі через меню Object Data Properties → Normals.
Використання Edge Split Modifier для автоматичного створення жорстких нормалей на кутових ребрах.
UV-розгортки
Максимально ефективне використання текстурного простору та оптимізація UV-мапи для уникнення зайвого використання пам'яті.
Методи:
UV Packing (упаковка UV-островів): розміщення UV-островів таким чином, щоб звести до мінімуму порожні ділянки на текстурі. Це дозволяє максимально використовувати текстуру.
Використовуйте Seams (шви) для створення чітких та оптимальних UV-островів.
Перевірка на текстурні артефакти: переконайтеся, що UV-острови не перекриваються, щоб уникнути проблем із текстуруванням.
Колізійні моделі
Створення оптимальних колізійних моделей для взаємодії з фізичним середовищем, зменшуючи навантаження на систему.
Методи:
Примітивні колізії: використовуйте прості примітиви (куби, сфери, капсули) для колізійних моделей, де можливо. Це значно зменшить кількість обчислень під час фізичної симуляції.
Спрощені колізійні сітки: для складних об'єктів можна використовувати спрощені колізійні моделі з меншою кількістю полігонів, ніж основна модель.
Інструменти:
В Unreal Engine або Unity ви можете налаштовувати прості примітиви для колізій через інструменти рівня фізики.
Практичні поради
Пріоритезація об’єктів за кількістю полігонів:
об’єкти, що ближче до камери або знаходяться в центрі уваги гравця, мають більше полігонів і вищу деталізацію.
Тестування у рушії:
завжди тестуйте оптимізацію геометрії в ігровому рушії або середовищі, де буде використовуватися модель, щоб бачити реальний вплив на продуктивність.
Перевірка LOD в дії:
регулярно переглядайте, як перемикаються рівні деталізації під час руху камери.
Зменшення полігональності моделі зі збереженням візуальної якості
Полігональність (polycount) моделі - це кількість полігонів, з яких складається 3D-об'єкт. Зменшення полігональності є важливим аспектом 3D-моделювання, особливо в контексті ігор та візуалізації, де продуктивність є критично важливою. Однак важливо зберігати візуальну якість, щоб модель залишалася естетично привабливою.
Методи зменшення полігональності
Оптимізація геометрії:
Видалення непотрібних полігонів: Аналізуйте модель на предмет полігонів, які не впливають на загальну форму. Це можуть бути внутрішні полігони, які не видимі у фінальному рендері.
Спрощення форм: Замість використання великої кількості полігонів для складних форм, використовуйте простіші геометричні фігури.
Використання нормалей:
Нормальні карти (Normal maps): Дозволяють створити ілюзію деталей без додавання додаткових полігонів. Вони зберігають інформацію про освітлення та рельєф, що дозволяє зберегти візуальну якість.
Bump maps: Інший спосіб додати деталі поверхні, який також зменшує потребу у високій полігональності.
Використання текстур:
Текстурні карти: Використовуйте текстури, щоб імітувати деталі, які не потрібно моделювати фізично. Наприклад, шорсткість або візерунки можуть бути створені за допомогою текстур.
Atlas Texturing: Зведіть кілька текстур в одну атласну текстуру, щоб зменшити кількість матеріалів і зменшити полігональність.
Практичні рекомендації
Планування: На початку процесу моделювання визначте, які деталі важливі для візуальної якості, а які можна спростити або прибрати.
Тестування: Регулярно тестуйте модель в контексті її використання (в грі, на рендері тощо), щоб впевнитись, що зменшення полігональності не впливає на візуальну якість.
Зворотний зв'язок: Отримуйте зворотний зв'язок від колег чи тестерів, щоб виявити, чи збереглися необхідні естетичні якості.
Оптимізація текстур
1. Зниження роздільної здатності текстур
Оптимізація продуктивності шляхом використання текстур з меншою роздільною здатністю, особливо для об'єктів, що знаходяться на великій відстані або менш важливі в кадрі.
Методи:
Ручне зниження роздільної здатності: створення текстур у кількох розмірах (1024x1024, 512x512, 256x256 тощо) для різних LOD-моделей або варіантів використання.
Автоматична оптимізація: використання інструментів для автоматичного зниження якості текстур залежно від відстані до камери або платформи (наприклад, мобільний пристрій або ПК). Unity та Unreal Engine підтримують автоматичне стиснення та зменшення текстур.
Mipmapping: метод автоматичного створення версій текстур із різними рівнями деталізації для використання в LOD або під час віддалення камери. Це дозволяє економити ресурси, використовуючи менш деталізовані текстури при віддаленні об'єкта від камери.
Практичні поради:
Для великих сцен або ігор на мобільних пристроях текстури зазвичай використовують у роздільній здатності не більше 512x512 або навіть 256x256.
Завжди тестуйте текстури в грі або 3D-сцені, щоб знайти баланс між продуктивністю і візуальною якістю.
2. Стиснення текстур
Зменшення розміру текстур без втрати якості або з мінімальними втратами, що дозволяє зменшити час завантаження і споживання пам'яті.
Формати:
Lossless Compression (без втрат): формати, як-от PNG, дозволяють зберігати текстури без втрати якості, але знижують розмір файлів.
Lossy Compression (з втратами): формати, як-от JPEG, DDS, або спеціалізовані формати для рушіїв (ETC, ASTC), зменшують розмір файлу, але можуть втратити частину візуальної інформації.
Реалізація:
В ігрових рушіях (Unity, Unreal Engine) є вбудовані інструменти для автоматичного стиснення текстур під різні платформи (мобільні, ПК, консолі).
Використання external compression tools на етапі створення текстур: Krita, Photoshop, GIMP для стиснення або збереження в потрібних форматах.
Рекомендації:
Використовуйте стиснення без втрат для текстур, де якість критично важлива, наприклад, для головних персонажів або крупних планів.
Для фонових текстур або об'єктів, що знаходяться далеко від камери, можна використовувати стиснення з втратами.
3. Tileable і модульні текстури
Використання текстур, які можуть повторюватися без швів (tileable), що дозволяє зменшити кількість унікальних текстур у сцені.
Методи:
Створення tileable-текстур: створення текстур, які можуть повторюватися горизонтально або вертикально без помітних швів. Це корисно для поверхонь, таких як стіни, підлоги, стелі.
Trim Sheets: використання модульних текстур (trim sheets), які дозволяють застосовувати різні частини однієї текстури до різних деталей моделі, таким чином зменшуючи кількість використовуваних текстур.
Переваги:
Значне зменшення кількості текстурних файлів у проекті, що призводить до зменшення використання пам’яті.
Легкість у редагуванні: зміна однієї текстури автоматично відображається на багатьох об'єктах у сцені.
4. Атласи текстур
Оптимізація використання пам'яті і покращення продуктивності шляхом комбінування кількох текстур в один файл.
Методи:
Texture Atlasing: процес поєднання кількох менших текстур в один великий файл, що дозволяє зменшити кількість звернень до графічного процесора (GPU) під час рендерингу.
UV Mapping: розміщення UV-розгортки таким чином, щоб об'єкти могли використовувати різні частини атласу. Важливо уникати перекриття UV-островів, щоб забезпечити коректне нанесення текстури.
Реалізація:
У Unity або Unreal Engine є спеціальні інструменти для автоматичної генерації атласів текстур.
Можна вручну поєднувати текстури за допомогою графічних редакторів (Photoshop, GIMP), а потім налаштовувати UV-розгортки відповідно до нового атласу.
Поради:
Створюйте атласи текстур для однотипних або часто повторюваних об'єктів (наприклад, дерев, будинків), щоб зменшити кількість унікальних текстур у сцені.
Важливо тестувати атласи в сценах з великою кількістю об'єктів, щоб переконатися, що оптимізація працює належним чином.
6. Інструменти для оптимізації текстур
Substance Painter/Designer: дозволяють створювати оптимізовані матеріали та текстури з можливістю експортування в різні формати і роздільні здатності для різних платформ.
Photoshop/GIMP: використовуються для зменшення роздільної здатності текстур, створення tileable карт і стиснення з різними форматами.
Unity/Unreal Engine: мають вбудовані інструменти для генерації атласів, mipmaps, стиснення текстур і динамічного перемикання між ними залежно від продуктивності.
7. Практичні поради
Тестуйте текстури у кінцевому середовищі: завжди перевіряйте, як текстури виглядають у реальному рушії або сцені з урахуванням освітлення, масштабу та камери.
Оптимізуйте текстури для цільової платформи: різні платформи (мобільні пристрої, ПК, консолі) мають різні обмеження щодо використання пам’яті, тому важливо використовувати відповідні формати та розміри текстур.
Уникайте надмірного стиснення: занадто сильне стиснення може призвести до видимих артефактів і втрати деталей, тому важливо тестувати кожен варіант стиснення.
Текстурне атласування та його роль в оптимізації процесів.
Текстурне атласування полягає в збереженні декількох текстур в одному файлі. Це досягається шляхом створення одного великого зображення, що містить усі потрібні текстури (атлас). Кожна текстура розташована в певному регіоні атласу, що дозволяє зберігати координати UV, щоб отримати доступ до окремих текстур під час рендерингу.
Координати UV
Кожен об'єкт 3D-графіки має свою систему координат UV, яка вказує, як текстура накладається на геометрію. Після створення текстурного атласу координати UV для кожної текстури в атласі змінюються, щоб відображати її нове положення.
Переваги текстурного атласування
Зменшення кількості текстурних запитів
Використання одного текстурного атласу замість кількох текстур значно знижує навантаження на GPU, оскільки зменшує кількість запитів на завантаження текстур. Це особливо важливо в реальному часі, де швидкість рендерингу є критично важливою.
Поліпшення продуктивності
Зменшивши кількість текстурних запитів, можна зменшити затримки під час рендерингу, що призводить до плавнішої анімації та швидшої роботи гри чи додатка. Це особливо корисно для мобільних ігор або додатків, де ресурси обмежені.
Менший обсяг пам'яті
Об'єднання текстур в один файл може зменшити загальний обсяг пам'яті, необхідний для зберігання текстур, особливо якщо врахувати накладні витрати на зберігання метаданих для кожної текстури.
Краща організація
Текстурні атласи дозволяють краще організувати текстури в проектах, спрощуючи їх управління та зменшуючи ймовірність помилок при налаштуванні матеріалів.
Методики реалізації текстурного атласування
Автоматичне створення атласів
Існують різні інструменти та плагіни для 3D-редакторів, які автоматично генерують текстурні атласи, оптимізуючи розміщення текстур для мінімізації пробілів і накладок.
Ручне створення атласів
Досвідчені художники можуть створювати текстурні атласи вручну, за допомогою графічних редакторів, таких як Photoshop або GIMP. Це дозволяє більше контролювати дизайн атласу, але вимагає більше часу та зусиль.
Використання спеціалізованих бібліотек
Існують бібліотеки та фреймворки (наприклад, TexturePacker), які дозволяють автоматизувати процес текстурного атласування і легко інтегрувати атласи в графічні двигуни.
