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: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.
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!
▍ 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:
- 3D для каждого: способы создать модель. Часть 1
- 3D для каждого: области применения
- 3D для каждого: хочу делать мультики
- Cell Shading. Имитация плоского в объёме или как сделать аниме без аниме < — Вы тут
Комментарии (16)
VoronaDragon
14.04.2022 17:18+2Уже, к сожалению, после публикации нашлось такое. Анонс ещё одной игры, целиком залито целлшейдерами (myth force)
Выглядит классно, но мне не нравится)
azhinu
15.04.2022 11:33+3>Если бы вам не сказали, опознали бы Вы в этом 3D? На стоп-кадрах этого совершенно незаметно))
Может рядовому человеку и не заметно, но тем, кто смотрит аниме или связан с иллюстрацией / CGI очень даже заметно. Я соглашусь, что Cell-shading стал значительно лучше за последнее время и в ряде произведений увлёкшись происходящим не сразу замечаешь, как рисовка сменилась 3D рендером. Сейчас уже можно смешивать, однако я первым делом замечаю изменения в движениях (это вопрос больше к аниматорам, чем к технологиям), что в свою очередь заставляет обратить внимание на рисовку, тогда и становится заметно, что это ловушка.
Ранее использование 3D графики в аниме смотрелось ну очень инородно, посему и встречались в основном эксперименты именно с произведениями полностью в 3D с аниме стилистикой.
phanerostroi_evidence Автор
15.04.2022 20:40+3Полностью согласны. Сами за собой замечаем, что уже сразу глаз отмечает, где какие уловки применялись художниками или разработчиками игр. Хотя действительно, технологии очень сильно продвинулись, и теперь смотреть те же допы к Еве стало намного приятнее)
Tutanhomon
Гениального 13-го (XIII) и не вспомнили. Вообще, чот много истории и мало практики )
Вообще, селл шейдинг как-то больше про модель освещения, даж не уверен что обводка имеет к этому отношение (могу ошибаться). Те же бордерлендс я бы не назвал селл шейдингом, там просто стилизованные текстуры + аутлайн.
phanerostroi_evidence Автор
Мы их тоже не назвали=)
Chaos_Optima
Ды как это можно не называть селл шейдингом, если в самом определении селл шединга это техника для создания ощущения что картинка нарисованная. И основное направление сел шейдинга это именно создать впечатление комиксов. Технической части ожидать даже не стоило. Опять опять ужасная статья.
phanerostroi_evidence Автор
Целл шейдинг– это не про "лепку" текстур ручками. Даже когда вы попытаетесь выключить "целлшейдинг" в борде, увы до конца не уберете четкие прорисованные линии, которые являются частью текстуры грубо говоря. Люди как раз и жалуются, что вроде комиксность, а производительность убивает сильно, только уменьшение значений текстур в доке, способно помочь ситуации. Вверху кстати, человек правильно сказал.. Потому, я не могу назвать борд– целл.щейдингом. Закос под него– но не он, ибо текстуры прорисовывались вручную
Chaos_Optima
Ну вообще-то лепка ручками в текстуру также может являться цел шейдингом (нет никакой конкретики которая говорила бы что это не допустимо, вы ведь говорите о стилистике а не о конкретном шейдере в статье, если бы речь шла о шейдере, тогда да я бы с вами во многом согласился бы, но и статья тогда бы была совершенно другой ) к тому же эти чёрточки ещё и анимированные, ну и добавим к этому обрисовку силуэта, и специфичное освещение. И что мы получим? Можно даже на вики прочитать (понятно дело что не показатель но всёже)
И да если брать того же человека паука сквозь вселенные, то почти все чёрточки которые появляются то там то сям (как в BL) представьте себе тоже делались ручками. Человек паук теперь не цел шейдинг?
phanerostroi_evidence Автор
В человеке пауке накладывали цел-шейдер. Там не-просто прорисовка черточек.
Статья обзорная и многие термины были специально упрощены, о чем и сказано в начале. Искать там технический уровень 3D моделлера 100-го левела не стоит. Иначе статью просто бы не читали. В статье рассматривается, как цел-шейдинг во всем, так и элементно, или закос под него, где бордер, по-нашему мнению именно закос.
Даже несмотря на упрощения, мы дали явно понять, что цел- шейдинг, этосе же программные уловки, а не работа ручками:
Конкретика о цел шейдинге есть и в википедии даже :
О шейдерах вообще-то говорилось в технической части. Поэтому прошу прощения не поняла о чем спорите.
Если говорить о стилизации просто, то да народно бордер– цел. шейдинг, но технически увы– реально я не могу так сказать. Вот ты создаешь шейдер, который автоматически создает эффект— это одно, но когда ты создаешь модельку и абсолютно вручную– это другое. Т.е., если в человеке помимо прорисовки, еще рендерели цел-шейдингом, то в бордере, увы не так, там абсолютный закос, хотя на википедии пишут, что - это стилизация целом. Но, мы не согласны, что это можно назвать целлом. Для нас цел– технически это аппаратно, когда ты в ручную лепишь, это стилизация под цел.
Chaos_Optima
Это касается только освещения, а чёрточки они рисовали ручками. Я был на DigiPro и siggraph 2019 года, где про это было несколько лекций, и поверьте большинство чёрточек было сделано не программным путём.
Вся ваша статья о стиле а не о программных уловках. Причины появления стиля, и причины его использования. О программных уловках я тут вообще ничего не нашёл.
Ах да техническая часть которую можно заменить на фразу "Ну в разных редакторах есть cel шейдера", отличная техническая часть. Кстати для арнольда не обязательно покупать шейдер, его можно собрать на существующих нодах за часок если не меньше.
Так ваша статья на техническую то и не тянет, она тянет только как обзор стиля, в ней попросту нет технических моментов.
P.S.
Шейдера кстати не предназначены использоваться только на графических процессорах, для фильмов и мультиков большинство шейдеров запускаются на CPU и написаны они на С++.
phanerostroi_evidence Автор
Нигде обратного и не отрицалось.
Вы только что перефразировали то, что было сказано выше. Повторим.
В тексте было специально сказано, что цел– программные уловки. Странно почему, вы ничего не видели. Из текста:
Расскрытие уловок было в технической части, которую у вас не получилось заменить к сожалению, просто потому что из вашей фразы новичок ничего не увидит кроме профдевормации:
Если вы можете собрать шейдер за часок другой, вы молодец, но не уверены, что начинающие это смогут сделать также, как вы.
Если кроме когнитивных искажений и цитирования того, что было сказано самим автором еще в памятке и в комментариях, вы ничего не можете, то может и не стоит. Вас услышали:
— этот комментарий краткий пересказ пункта 2 выше.
Не нашли, где мы сказали, только.
phanerostroi_evidence Автор
Нет, так как во-первых - селшейдинг не единственный способ сделать стилизацию под мультяшность, во-вторых - селлшейдинг не специализируется конкретно на стилизации под комиксовый стиль. Это группа визуальных эффектов в принципе направленная на создание эффекта мультяшности.
В бордах (по крайней мере, первых 2х) стилизация идет не за счет селшейдинга (шейдеры там есть, но не cell shader), а за счет текстур.
Вот пример текстур борды (жаль, картинки теперь не прикрепить).
Все линии и переходы света нарисованы, а не сгенерированы в реалтайм во время игры.
https://sta.sh/0qco5b4knxv
Вот другой пример. Это НЕ шейдинг, но со стилизацией текстур под celluloid style
https://sun9-43.userapi.com/impf/96KqHCYWC_yMvKt6f3DdvEo7M9vM3ofLaM7d8Q/8B6vNnz6DwI.jpg?size=1300x1000&quality=95&sign=5408c29963bf056915c89742d4f436b5&type=album
VoronaDragon
Увы, автор 13го и не смотрел)
Ну, если закапываться в практику, то эт надо сильно углубляться в технику работы именно в конкретном софте, тк общие моменты есть, но исполняются они по-разному
Да и не только и не столько освещение. В том же блендере шейдинг накладывается на каждую часть модели отдельно, меняя её реакцию на свет и количество переходов между тёмной и светлой частью, при этом все модели со всеми шейдерами в одной сцене реагируют на движение света (двигаешь лампу - тень смещается как на целлшейдерной, та и на пластиковой части).
А про аутлайн.. Ну, и в статье написано, что он не обязателен, просто как часть стилизации обычно присутствует)
Hlad
Его не надо было смотреть, в него надо было играть. Это шутер такой, в своё время выглядел очень необычно.
phanerostroi_evidence Автор
Не знали о таком, спасибо
Darth_Biomech
Сам целл шейдинг это скорее часть куда более обширной и интересной темы стилизации изображения (и частный случай стилизации освещения), и может быть не моделью освещения, а постпроцессом над ним (что позволит получить ништяки вроде корректных динамических теней в играх, к примеру). Вообще я считаю что стилизация это наиболее интересная с технической точки зрения тема для обсуждения - смотришь на то как технические художники разрабатывают, скажем, шейдер стилизованного прибоя на море - и наслаждаешься проявлением смекалки и находчивости.