Самая первая программа для 3д моделирования

Обновлено: 21.01.2025

Мощная среда для 3D‑моделирования, востребованная в игровой и киноиндустрии, промышленном производстве и дизайне интерьеров. Она позволяет создавать реалистичные модели и объёмные анимации любого уровня детализации, строить сложнейшие сцены с тысячами объектов, имитировать различные среды и частицы, применять текстуры и выполнять рендеринг с трассировкой лучей во встроенном компоненте Arnold.

2. Autodesk Maya

Цена: от 205 долларов в месяц, есть бесплатная 30‑дневная пробная версия.
Уровень: для профессионалов.
Платформы: Windows, macOS, Linux (Red Hat Enterprise, CentOS).

Популярная среда для подготовки объёмных моделей, анимаций, симуляций, рендеринга сложных сцен. Maya используют прежде всего 3D‑дизайнеры и художники, которые создают игры, спецэффекты и образы для кино. В программе можно моделировать мощные взрывы, реалистичное движение одежды или волос, поверхность воды с мелкими волнами или полёт пули — для этого есть специальные инструменты и модули.

3. Autodesk AutoCAD

Цена: от 210 долларов в месяц, есть бесплатная 30‑дневная пробная версия.
Уровень: для профессионалов.
Платформы: Windows, macOS.

Система автоматизированного проектирования для создания 3D‑моделей и чертежей. В ней удобно создавать сложные проекты, разбивать их на простые составляющие, добавлять обозначения, связывать с реальными координатами на местности.

Программа широко применяется в строительстве, машиностроении и других отраслях промышленности. Стартаперы и энтузиасты создают здесь и небольшие модели для 3D‑печати или лазерной резки. Кроме того, в AutoCAD можно работать с результатами 3D‑сканирования.

4. DesignSpark Mechanical

Цена: бесплатно.
Уровень: для профессионалов и любителей.
Платформа: Windows.

Среда для автоматизированного проектирования, «вдохновлённая» AutoCAD. Возможностей здесь меньше, но и работать в программе проще. За счёт этого даже те инженеры, у которых нет опыта взаимодействия с подобным ПО или традиционными станками для черчения, смогут создать трёхмерную модель или адаптировать готовый проект для собственных нужд. DesignSpark Mechanical популярна среди энтузиастов 3D‑печати.

5. Blender

Цена: бесплатно.
Уровень: для профессионалов и любителей.
Платформы: Windows, macOS, Linux.

Проект с открытым исходным кодом для создания 3D‑графики и 2D‑анимаций. Поддерживает все необходимые инструменты для разработки с нуля — от моделирования и скульптинга до симуляции, рендеринга, постобработки и монтажа видео.

Программа весит менее 200 МБ, при этом у неё весьма достойные возможности. Так, здесь есть даже система волос на основе частиц, инструменты для динамики твёрдых и мягких тел, рисование текстур на моделях, поддержка Python для создания логики в играх и автоматизации задач.

6. ArchiCAD

Цена: от 20 тысяч рублей в месяц; есть бесплатная пробная версия — 30 дней для коммерческого использования или до 2 лет для студентов, преподавателей, учебных заведений.
Уровень: для профессионалов и любителей.
Платформы: Windows, macOS.

Пакет для проектирования зданий и сооружений. Позволяет создавать трёхмерные модели любой сложности и делить их на части для детальной проработки: например, показать многоэтажный дом на ландшафте, планировку отдельных квартир, интерьеры комнат. Также результаты работы можно выгружать в ПО для анализа — это поможет оперативно найти и устранить ошибки в проектировании. Наконец, в ArchiCAD есть средства автоматического создания документации и визуализации проектов.

7. SketchUP

Цена: от 119 долларов в год, есть бесплатные версии для личного использования и обучения.
Уровень: для любителей и новичков.
Платформы: Windows, macOS.

Простой пакет для 3D‑моделирования и архитектурного проектирования. В ней можно за несколько минут набросать чертёж будущего дома, расставить мебель, определиться с планировками и не только. Вместе с тем возможностей SketchUP достаточно и для промышленных нужд: программу используют в строительстве и архитектуре, ландшафтном дизайне и создании мебели, обработке дерева на станках и 3D‑печати.

8. Autodesk Fusion 360

Цена: от 60 долларов в месяц; есть бесплатная пробная версия — 30 дней коммерческого использования или 1 год в личных целях.
Уровень: для профессионалов и любителей.
Платформы: Windows, macOS.

Комплексный облачный пакет для CAD, CAM, CAE и PCB: автоматизированного проектирования, подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ, расчётов, анализа и симуляции физических процессов в трёхмерном пространстве, создания печатных плат. Позволяет разрабатывать машины и механизмы, собирать 3D‑конструкции из деталей, представлять эргономичные обтекаемые формы с помощью сплайнов. Также поддерживает твердотельное моделирование выдавливанием, вращением, сопряжением и другими привычными инструментами.

9. Cinema 4D

Цена: от 60 евро в месяц, есть бесплатная 14‑дневная пробная версия.
Уровень: для профессионалов и любителей.
Платформы: Windows, macOS.

Эту программу изначально разрабатывали для моушен‑дизайна, создания моделей и анимаций для кино и игр. Но благодаря простому интерфейсу и невысоким системным требованиям Cinema 4D завоевала и мир рекламы.

Программа поддерживает моделирование, скульптинг, рисование, создание композиций, трекинг и анимацию, позволяет выполнять качественный рендеринг, реализовать необычные трёхмерные эффекты. Также в среде можно писать код на Python, C++ и не только, внедрять собственные скрипты, плагины и другие инструменты.

10. Houdini

Цена: Houdini Core — от 1 995 долларов в год; Houdini FX — от 4 495 долларов в год; есть бесплатная версия Houdini Apprentice для обучения и хобби.
Уровень: для профессионалов.
Платформы: Windows, macOS, Linux.

Масштабный программный пакет для создания персонажей и сцен для кино, телевидения и видеоигр, в том числе в виртуальной реальности. Его главное отличие — встроенная среда визуального программирования: чтобы моделировать было проще, можно составить код из блоков.

Houdini поддерживает полигональное, сплайновое и физическое моделирование, частицы, вокселы, а также анимацию. В новой версии появилась процедурная генерация персонажей, интерактивные кисти для рисования тканей, проводов и мягких тел, быстрые алгоритмы рендеринга.

11. ZBrush

Цена: от 40 долларов в месяц, есть бесплатная 30‑дневная пробная версия.
Уровень: для профессионалов и любителей.
Платформы: Windows, macOS.

Программа, в которой можно в буквальном смысле вылепить нужную 3D‑модель. Специальных знаний для старта, в общем‑то, не требуется, но при этом ZBrush позволяет профессионально проектировать фигуры людей, животных и другие объекты, а затем экспортировать их для создания трёхмерных анимаций в других пакетах.

Модели в ZBrush состоят из точек, которые хранят 3D‑координаты, а также цвет, глубину, ориентацию и материал. Они помогут создать реалистичный объект и раскрасить его, используя текстуры и штрихи. Программа автоматически добавит естественные тени и блики.

12. SculptGL

Онлайн‑редактор для лепки объектов из виртуальной глины. Привлекает простотой и доступностью: всё, что вам нужно, — это браузер и немного свободного времени.

Возможностей у SculptGL меньше, чем у ZBrush, но и работать с ним проще. Здесь можно создать объект из прототипа, например шара, разделить модель на части, чтобы редактировать каждую из них отдельно, наложить текстуры, выполнить рендеринг. Программа доступна на 10 языках, включая русский и английский.

13. Wings 3D

Цена: бесплатно.
Уровень: для любителей.
Платформы: Windows, macOS, Linux.

Среда с открытым исходным кодом для моделирования и текстурирования. С ней удобно создавать реалистичные прототипы: например, представить заказчику варианты образов персонажей, чтобы определиться с концептом и дальше работать с ним.

В Wings 3D вы также можете писать код на языке Erlang для более точного моделирования. Среда не поддерживает анимацию, поэтому для создания сцен в динамике фигуры придётся экспортировать в другое ПО.

14. FreeCAD

Цена: бесплатно.
Уровень: для любителей.
Платформы: Windows, macOS, Linux.

Параметрическая среда для технического моделирования и автоматизированного проектирования. В её основе — граничные представления, то есть модели показываются с помощью их границ. Но можно использовать и полигональные сетки, если для вас такие привычнее.

Значительная часть FreeCAD написана на Python. Если вы знаете этот язык программирования, сможете добавить функции, чтобы расширить возможности среды. Также есть менеджер дополнений: в нём можно обогатить выбор модулей и макросов для работы в различных областях — от архитектуры до проецирования объёмных моделей на плоский чертёж.

15. Sweet Home 3D

Цена: бесплатно.
Уровень: для новичков.
Платформы: веб, Windows, macOS, Linux.

Программа с открытым исходным кодом, в которой можно быстро составить новый интерьер и рассмотреть его с разных сторон. Очень актуально перед ремонтом, перепланировкой или даже перестановкой мебели.

В Sweet Home 3D вы сможете создавать плоские и объёмные планы помещений, экспортировать их в различные форматы, генерировать видеоролики для презентации проекта. Также на официальном сайте доступны каталоги готовых объектов (мебели, техники и так далее).

16. LEGO Digital Designer (LDD)

Цена: бесплатно.
Уровень: для профессионалов, любителей и новичков.
Платформы: Windows, macOS.

Программа для создания любых моделей и сцен из кубиков LEGO. Поможет найти идеальную форму и просчитать количество деталей, чтобы затем собрать проект из конструктора.

В базе — готовые блоки разного размера, в том числе части фигурок людей, деревья, лестницы, окна, двери и не только. При создании новой модели можно выбрать стандартный режим, Mindstorms (чтобы были доступны детали только из наборов этой серии) или Extended (без ограничений по цвету и типам блоков).

17. 3D Slash

Цена: от 2 долларов в месяц, есть бесплатная пробная версия с ограниченным набором функций.
Уровень: для новичков.
Платформы: веб, Windows, macOS, Linux, Raspbian.

Очень лёгкая и нетребовательная в освоении программа для создания моделей из блоков. Позволяет быстро разрабатывать простые прототипы с чистого листа или из заготовок, убирая или добавляя отдельные фрагменты. Подойдёт для знакомства с миром 3D‑моделирования, позволит быстро набросать трёхмерную сцену или модель — прототип для печати на 3D‑принтере, обсуждения и дальнейшего улучшения.

18. Paint 3D

Графический редактор, который с 2017 года входит в состав Windows 10. Но если вы по каким‑то причинам удалили его из ОС или не обновляли систему, можно загрузить его с официального сайта.

Интерфейс программы предельно прост, а набор инструментов поможет быстро создать несложную фигуру, надпись и так далее. Также можно выбрать готовый объект, чтобы использовать в рамках сцены или доработать. Наконец, Paint 3D позволяет наложить цифровые объекты на картину реального мира и получить смешанную реальность.

19. Autodesk Tinkercad

Максимально простой и яркий 3D‑редактор, разработанный для обучения трёхмерному моделированию. Он доступен онлайн, так что производительность вашего ПК не имеет значения, устанавливать плагины или расширения не придётся.

В веб‑приложении можно создавать сложные объекты из простых примитивов, генерировать фигурки для Minecraft. Кроме того, в Tinkercad поддерживается блочное программирование вроде Scratch. Вы можете составить последовательность из готовых блоков кода, и этот алгоритм будет применяться для создания модели. Также программа позволяет экспортировать работы для 3D‑печати или лазерной резки. Наконец, есть готовые уроки и планы обучения — будут полезны для преподавателей.

20. Autodesk Meshmixer

Цена: бесплатно.
Уровень: для любителей и новичков.
Платформы: Windows, macOS.

Популярный пакет, в котором удобно готовить mesh‑файлы, например с расширениями вроде .stl и .obj, для печати на 3D‑принтере. В программу можно загружать готовые модели и оптимизировать их, чтобы достичь максимального качества итоговой фигуры.

Meshmixer позволяет улучшить поверхность, создать в модели пустоты, чтобы ускорить печать, измерить формы отдельных частей, выполнить трансформацию и не только. Кроме того, можно проанализировать объект, узнать его ключевые параметры (толщину, стабильность и другие) и доработать фигуру перед отправкой на 3D‑принтер.

21. Autodesk ReCap Pro

Цена: от 20 долларов в месяц, есть бесплатная 30‑дневная пробная версия.
Уровень: для любителей.
Платформа: Windows.

Программа для 3D‑сканирования объектов и лазерного исследования пространств. Позволяет установить камеру или прибор для определения расстояний с помощью лазера: они просканируют пространство, и вы получите точную 3D‑модель для дальнейшей работы.

Autodesk ReCap Pro используют, если хотят напечатать на 3D‑принтере объект реального мира, получить схему помещения для планирования интерьера, улучшить механизм. Программа также умеет создавать трёхмерные ландшафты по фото с дронов.

В рамках проекта «Университет, открытый городу: Лекции молодых ученых Вышки в Культурном центре ЗИЛ» старший преподаватель департамента компьютерной инженерии Алексей Соболевский рассказал о том, как человечество научилось воспринимать и воспроизводить мир объемным.

Геометрия на компьютере

Первую кафедру компьютерной графики, в Университете Юты, открыли в 1960-х годах Айван Сазерленд и Дэвид Эванс. Сазерленд создал программу, которая являлась прообразом всех современных 3D-редакторов и CAD-систем — Sketchpad. На кафедре Сазерленда и Эванса работали такие люди, как Джим Блинн (создатель многих алгоритмов текстурирования), Би Тюн Фонг и Анри Гуро, которые также приложили руку к развитию алгоритмов затенения и текстурирования (Phong shading и Gouraud shading). Студентом Сазерленда также был Эд Катмулл — впоследствии технический директор и президент Pixar Animation Studios, кинокомпании, которая подарила нам «Историю игрушек», первый полнометражный анимационный фильм, созданный в трехмерных редакторах и программах трехмерной анимации. Его сборы по миру превысили 380 миллионов долларов, его триквел стал первым анимационным фильмом, собравшим в мировом прокате более миллиарда долларов, а про славу, которую этот мультфильм принес компании Pixar, даже говорить не нужно.

Но «История игрушек» вышла на экраны в 1995 году, а премьера первого фильма с использованием отдельных элементов трехмерной графики (Futureworld) состоялась еще в 1976-м. В то же время создавались первые программы 3D-моделирования, первые алгоритмы трассировки лучей для рендеринга трехмерной сцены и активно развивался полигональный метод моделирования трехмерных объектов, который сейчас является основным.

В середине 1980-х появились первые стандарты и адаптеры для обработки двумерной графики — MGA, CGA, EGA. Сейчас это кажется странным, но в начале 1980-х палитра в 16 цветов была пределом мечтаний для любителей компьютерной графики, да и из этой палитры можно было одновременно использовать только 4 цвета для вывода изображения. А разрешения экранов вообще измерялись не пикселями, как сейчас, а строками, так как в то время еще не стояла остро задача выводить изображения на дисплей.

Все открытия, которые были сделаны в математике до XX века, так или иначе являются базисом современной трехмерной графики

Но время шло, на смену видеоадаптерам пришли комбинации в виде адаптера и 3D-ускорителя, отвечающего исключительно за обработку трехмерных объектов, потом эти разные по классу устройства объединились в одно — видеокарту, обрабатывающую сразу и 2D-, и 3D-графику. К классическим обработчикам графической информации добавились специальные обработчики шейдеров — микропрограмм, которые сейчас отвечают за обработку большинства довольно сложных визуальных эффектов (бликов, дыма, отражений).

В 1998 году частоты, на которых работала память видеокарты, были в сто раз меньше, чем сейчас; объем памяти за это время вырос практически в тысячу раз. Про производительность даже говорить не приходится — видеокарты конца 90-х не могут решить и малой доли задач, которые современные видеокарты выполняют сотни раз в секунду.

Но в основе этого прогресса, да и самой идеи передачи трехмерного изображения, лежат научные открытия, сделанные даже не десятки, а сотни и тысячи лет назад. Без геометрии и функций невозможно задать поверхность в пространстве, без описания поверхности невозможно создать ее представление в компьютерной графике с помощью кривых, полигонов или вокселей. Все открытия, которые были сделаны в математике до XX века, так или иначе являются базисом современной трехмерной графики.

Создатели пространства

Евклид нам известен больше как основоположник «евклидовой геометрии», но мало кто понимает, что аксиомы, которые он ввел в своем 13-томном собрании «Начала», были многократно доработаны и формализованы, прежде чем дошли до наших дней. Однако его трактат является одним из первых действительно систематизированных собраний аксиом и теорем в области математики и геометрии.

Все (ну или почти все) знают про формулы Виета для нахождения корней квадратичного уравнения, однако многим ли известно, что именно он положил начало символьному анализу в алгебре, в результате чего все мы сейчас обозначаем неизвестные как x, y или z, а коэффициенты — как a, b, c? Без его трудов ни одна формула, отражающая функцию в трехмерном пространстве, не выглядела бы так, как она выглядит сейчас.

А что же Декарт? Из школьных учебников мы помним про декартово произведение и декартову систему координат, однако нам забывают объяснить, что свои открытия этот человек делал во времена инквизиции. Решиться на то, чтобы опубликовать труды по аналитической геометрии, когда «наградой» за научное открытие могло стать аутодафе, требовало немалого мужества. Именно исследования Декарта стали решающим шагом в переходе к понятию «функция», а без «функции» не существовало бы современной математики, программирования и многих других областей.

Интересно, могли ли Евклид, Декарт и Эйлер представить, какой технологический прорыв готовят их открытия? Могли ли вообразить, что люди создадут экран, с которого мы читаем этот текст

Спустя десятилетия после Декарта в математике наступила эпоха Эйлера. Он положил начало топологии, написал первый учебник по аналитической геометрии и основам дифференциальной геометрии. Кстати, Густав Эйлер почти полжизни прожил в России, был здесь избран академиком и даже похоронен в Санкт-Петербурге.

В истории 3D-графики не обошлось и без других российских ученых. Так, в начале XX века в России жили Борис Делоне и Георгий Вороной. Первый предложил метод триангуляции, который стал основой для создания современных методов разбиения поверхности трехмерных объектов на так называемые полигоны. Второй создал «диаграмму Вороного», которая тесно связана с триангуляцией Делоне. Прошло сто лет, а математическая составляющая этой диаграммы и сейчас применяется в анализе данных при кластеризации объектов.

Помимо алгоритмов развивались техника и технологии для обработки подобного рода информации. Нельзя не упомянуть имя Алана Тьюринга, который участвовал в разработке первого транзисторного компьютера в мире — «дедушки» современных iMac’ов и PC. В 1956 году Уильяму Шокли, Джону Бардину и Уолтеру Браттейну была присвоена Нобелевская премия по физике за открытие биполярных транзисторов. На транзисторах сейчас базируется практически вся электроника включая видеокарты современных компьютеров. Конечно, на развитие современной полупроводниковой схемотехники повлияли и исследования Жореса Алферова, также лауреата Нобелевской премии.

Что дальше?

Прогресс техники и технологий привел к тому, что в современной видеокарте более 4 миллиардов транзисторов. Техпроцесс, по которому сейчас создаются видеокарты, — 20 нанометров. Это в сотни раз меньше, чем толщина волоса. Мы дошли до следующего этапа развития вычислительных систем — начали придумывать задачи, не связанные с обработкой трехмерной графики, чтобы загружать вычислительные мощности видеокарт в свободное время. Были созданы особые спецификации и языки для работы с многопоточными многоядерными системами, которыми являются современные видеокарты.

Кластеры, в которые объединяют графические адаптеры, используются в совершенно разных областях — химии, прикладной физике, наноэлектронике, медицине. Благодаря технологическим возможностям видеокарт ученые, моделируя процесс свертывания белков, могут быстрее найти, к примеру, лекарство от рака или болезни Альцгеймера. По результатам таких проектов пишутся сотни научных работ на темы, уже не связанные непосредственно с трехмерной графикой.

Современные вычислительные мощности, используемые в этих проектах, являются прямым результатом эволюции человеческой мысли, трудов сотен философов, математиков и инженеров. Интересно, могли ли Евклид, Декарт и Эйлер представить, какой технологический прорыв готовят их открытия? Могли ли вообразить, что люди создадут экран, с которого мы читаем этот текст, и технику, которая обрабатывает и выводит символы и изображения?

В 80-ые интернет и цифровые миры были чем-то загадочным и мистическим, а техно-энтузиасты уже задумывались о трехмерности видеоигровых миров.

Я большой фанат видеоигр, работаю в 3D уже 15 лет, но ни разу не встречал последовательно написанной истории развития 3D-графики в гейм-индустрии и решил написать ее сам. Копнув в историю, я нашел много забавных вещей: например, что первую 3D-игру создали, пользуясь служебным положением, ученые NASA на лучших компьютерах своего времени; как пришли и ушли аркадные автоматы, как эллипсоидный движок Ecstatica позволял делать идеально круглые ягодицы персонажей 94 году и многое другое.

За 40 лет индустрия прошла все этапы взросления — начиная в юности с голого 3D-каркаса (когда рисуются только ребра модели, а грани остаются прозрачными), сегодня в своей зрелости она дала нам микрополигоны, рейтрейсинг и графику уровня кино.

Если вам интересно, как развивались технологии, а с ними и 3D-графика мира фантазий наяву, добро пожаловать под кат. Осторожно, если вы экономите трафик — чтобы наглядно показать развитие графики, я срендерил гифку для каждой новой технологии и они довольно тяжелые.

Пролог. Лаборатории NASA

Забавный факт, что первыми создателями и геймерами в 3D-видеоигры были программисты и ученые NASA.

Maze War — шутер, где игроки перемещаются по лабиринту, другие участники игры представлены на экране в виде глазных яблок

Первой трехмерной игрой был Maze War (1973) — многопользовательский шутер, где игроки в виде глазных яблок перемещаются по лабиринту и убивают друг-друга. Ее создали на лучших компьютерах того времени — Imlac PDS-1 — ценой в 8 тысяч долларов (4 недорогих автомобиля) в свободное время два программиста, работавших в Исследовательском центре Эймса NASA. Движения игроков были дискретными а камера могла поворачиваться ровно на 90 градусов по горизонтальной оси.

Imlac PDS-1. 16 bit. 8 — 16 Kb RAM с магнитным сердечником

А в 1975 году появилась Spasim — трехмерный многопользовательский космический симулятор на 32 игрока.

Spasim — в нее также играли с помощью оборудования ценой в несколько миллионов долларов

Игра также запускалась с помощью устройств недоступным обычному человеку — на компьютерной системе PLATO. Изначально PLATO была разработана для удаленного обучения, но со временем переросла в сетевое сообщество с почтой, чатами, форумами, поисковиками и т.д.

Система состояла из сотни терминалов расположенных в учебных заведениях и была построена вокруг суперкомпьютера CDC Cyber 73, ценой в несколько миллионов долларов. При этом игра работала со скоростью 1 кадр в секунду (1 fps). Создать игру удалось благодаря использованию системы передового программного языка TUTOR.

Компьютерный зал CDC Cyber 170, 1986. 25 Mhz и 8 Mb RAM

Затем 3D игры перестали быть «эксклюзивом секретных лабораторий NASA» и началась эпоха коммерческих и доступных широкой аудитории трехмерных видеоигр.

Предтечи

1980 — Wireframe-каркасы / векторные контуры

Пока понятие «домашний компьютер» лишь зарождалось, а видеоускорители не существовали, передовые игровые технологии разрабатывались для аркадных автоматов. Выход трехмерной игры стал возможным благодаря процессору MOS Technology M6502 (1.512 Mhz), и использованию сопроцессора Math Box. Их производительность позволила рендерить простейший вид трехмерной графики — wireframe.

Wireframe. Отображение только ребер, грани же остаются прозрачными

В 1980 году на аркадном автомате выходит игра Battlezone от Atari. От первого лица игрок управляет танком и перемещаясь по трехмерному полю боя стреляет в другие танки.

Благодаря новизне игрового процесса и трехмерной графике игра долго была популярна и позже в 1983 году была портирована на Atari 2600, а позже и на другие домашние игровые консоли, а также получила ремейк в 1998 году. Игра выглядела как цифровой интернет мир будущего в фантастике XX века (сейчас такой визуальный стиль называют ретро-вейв).

Так было положено начало зарождению видео игровой трехмерной графики.

1983 — Закрашенные полигоны

Следующим шагом естественного развития стало отойти от абстрактной полигональной сетки, и сделать полигоны похожими на поверхность.

Закрашенные полигоны. Полигоны залиты цветом и применяется плоская модель теней

Первой такой игрой стала игра в жанре shoot’em up I, Robot от Atari. Цель игры — пройти 126 уровней, перекрасив красные квадраты в синий цвет, уничтожив щит и глаз Старшего брата. После выпуска игры I, Robot получила негативные отзывы критиков и не окупила затрат на разработку. Было произведено примерно 750—1500 автоматов, некоторые из которых сохранились до сих пор. В настоящее время игровые автоматы для этой игры являются редким предметом коллекционирования, а игра получила запоздалое признание за инновационную трехмерную графику.

1985 — Масштабируемые спрайты

Масштабируемые спрайты. 2D спрайт увеличивается или уменьшался в зависимости от удаления объекта от камеры

Масштабируемые спрайты использовались на аркадном автомате в игре Space Harrier (1985) от SEGA — динамичноом 3D шутере Shoot 'em up от третьего лица в сюрреалистичном мире, наполненном яркими цветами.

Хорошо видно насколько недоставало детализации трехмерным играм тех лет, потому часть разработчиков пользовались «поддельным 3D», используя масштабируемые спрайты.

Чтобы создать ощущение 3D-глубины масштаб спрайта увеличивался или уменьшался в зависимости от удаления объекта от камеры. Хотя это было и не в полной мере 3D, это была уже 16-битная картинка требующая хорошей производительности. В сердце автомата было установлено два 32-битных процессора Motorola 680x0 мощностью в 10 Mhz, а за звук отвечал Yamaha YM2203 (4 Mhz).

Как и предыдущие игры со временем Space Harrier была портирована на домашние игровые системы Sega 32X, Sega Saturn, Sharp X68000, а позже и поставлялась в составе Shenmue для Dreamcast и Xbox.

Space Harrier (1985) сияет своей детализацией на фоне 3D игр того времени

1994 — Великий год в становлении видеоигровой 3D графики

1994 был годом, когда домашние игровые системы стали достаточно мощными, чтобы двигать прогресс игрового 3D. Видеоигровая графика начинает свое шествие навстречу фотореализму.

Так как полигоны — по своей сути это плоскости с прямыми гранями, то чтобы создать сферу из полигонов, требовалось разложить по сферической поверхности огромное количество плоскостей.

Появляется метод затенения по Гуро, который сглаживает цветовые переходы между гранями полигонов. Цвет каждого полигона интерполируется между вершинами, благодаря чему объект выглядит гладким даже при малом количестве граней.

Затенение по Гуро. Сглаживание цветовых переходов между гранями полигонов

Это позволило объектам без жестких граней реалистично реагировать на свет. Star Wars: Tie Fighter (1994) была первой игрой где использовался данный метод. Она вышла на домашнем компьютере под управлением MS-DOS 4.0 и требовала процессор intel i386 и частотой 12-40 Mhz и 2 Mb RAM.

Star Wars: Tie Fighter (1994)

В этом же году выходит первое поколение консолей, способных рендерить 3D: Nintendo 64 и Playstation.

Playstation — центральный процессор — MIPS R3000A-совместимый (R3051) 32-разрядный RISC-микропроцессор, работающий на частоте 33,8688 Mhz, ОЗУ 2 Мб + видео ОЗУ — 1 Мб + аудио ОЗУ — 512 Кб. Что позволяло получить реальную производительность: 360 000 полигонов в секунду/ 180 000 текстурированных и освещенных полигонов в секунду.

В громких промо-материалах того времени маркетологи обещали графику уровня «Истории игрушек» в реальном времени. На деле же из за ограничений мощности консолей пятого поколения 3D имело постоянный эффект подергивания. Консоли не хватало ресурсов чтобы свободно перемещать полигоны в пространстве, и существовала виртуальная 3D сетка-таблица, к ячейкам которой привязывались полигоны. При движении объекта или камеры вершины перескакивали и примагничивались к ближайшей от предпологаемой геометрией ячейке виртуальной таблицы.

Существовала виртуальная 3D сетка-таблица, к ячейкам которой привязывались полигоны. Поэтому создавалось ощущение подергивания поверхностей.

Тем не менее консоли пятого поколения подняли планку графики в домашних видеоиграх и запустил тренд на использование 3D — вышли Need For Speed, Tekken, Super Mario 64.

Все еще 1994. Ecstatica — эллипсоидный движок

В то время, как все практиковали ставшей сегодня традиционным метод полигонального 3D, Эндрю Спенсер пишет движок в котором все состоит из эллипсоидов. Так появляется survival horror игра Ecstatica.

Эллипсоидный подход позволил избавиться от и угловатости низкого полигонажа. Но породило обратную проблему — жесткие грани теперь создавались огромным количеством плотно расположенных друг к другу эллипсоидов. Но тем не менее такая «округлая картинка» удивляла своей детализацией и воспринималась как самостоятельный визуальный стиль.

Эллипсоидный движок. Экзотический подход к созданию 3D из сфер, а не полигонов.

Ecstatica работала на MS-DOS и требовала процессора intel pentium (60 Mhz).

Зрелость. Эпоха шейдеров и видеоускорителей

Производительность устройств росла и развитие технологий рендера продолжилось в нескольких направлениях:

Увеличение количества полигонов и разрешения текстур: в 1998 году в Tomb Raider III использовались текстуры 64x64 px, а в 2016 в Uncharted 4 4096x4096 px.
Если в 2001 году у Мастера Чифа в Halo модель имели 2000 полигонов, то в 2017 в Mass Effect Andromeda около 60000 полигонов. Но не только количество полигонов и разрешение текстур влияет на финальную картинку.

Разница в разрешении текстур в 1998 и 2016 годах. Справа видно что для одного шейдера стали использоваться несколько разных карт.

Шейдер 2000 г. (простая текстура цвета), и шейдер 2006 г. (детали на камне реагирующие на угол падения света, поддельные отражения на сферах, мягкие тени)

Далее несколько лет совершенствований уже существующих технологий: Появляются альтернативы Normal Map в виде Parallax map, которые делают объемные элементы текстур еще более реалистичными, совершенствуется screen space reflection, появляется AO, Physically Based Rendering, и т.д. А затем случается следующий эволюционный шаг — рейтрейсинг.

Рейтрейсинг. Метод рендера при котором просчитывается настоящее поведение света и отражений.

Трассировка лучей (Ray tracing; рейтрейсинг) в компьютерных играх — это решение для создания реалистичного освещения, отражений и теней, обеспечивающее более высокий уровень реализма по сравнению с традиционными способами рендеринга. Nvidia Turing, и AMD Radeon 6000 стали первыми GPU, позволяющими проводить трассировку лучей в реальном времени. В этом им помогают нейросети и искусственный интеллект, т.к. чистой производительности, к сожалению, все еще не хватает чтобы рендер происходил в достаточном разрешении.

Вскоре выходит демо Unreal Engine 5 запущенное на Playstation 5 и демонстрирует что в реальном времени можно просчитывать не только свет, тени, но и proxy-геометрию, это такой уровень детализации который используется в кино (полигоны настолько маленькие и их настолько много что они выглядят как шум). Раньше же как правило сначала создавалась высокополигональная модель, затем часть деталей сохранялась только в текстурах а количество полигонов максимально сокращалось на благо оптимизации.

Чуть больше чем за 40 лет от голой полигональной сетки видеоигровая индустрия пришла к настоящему видеореализму.

Демо Unreal Engine 5.

Особенно впечатляет когда включается полигональная сетка. Сравните её с сеткой в Battlezone 1980

Эпилог

Что нового ожидать в видеоигровой графике? Индустрия созрела и, к сожалению, технологии потеряли в своей загадочности. Игровая графика в течение последних 20 лет гналась за кинографикой. Постепенно в рендер в реальном времени приходили технологии из кино. Рендер кадра занимал часы — теперь занимает 1/60 секунды. Видеоигровые технологии догнали кинотехнологии и в чем-то можно сказать перегнали. Хорошо известен пример сериала Мандалорец, где использовался видеоигровой движок Unreal 4. Круг замкнулся.

Технологии стали доступны дома — теперь каждый может делать видеоигры и спецэффекты Голливудского уровня. И не это ли фантастика.

Облачные серверы от Маклауд быстрые и безопасные.

Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!

Программ для 3D-моделирования много и подробно разобраться с каждой в рамках отдельной статьи не получится. Но можно кратко охарактеризовать каждую, чтобы вы смогли выбрать нужную исходя из целей и задач.

Здесь мы расскажем про профессиональные инструменты для 3D-моделирования, так и про бесплатные. Пригодится всем, кто только начал интересоваться темой и хочет узнать про редакторы сразу из одного материала.

Лучшие платные профессиональные программы для 3D-моделирования

Autodesk Maya

Maya – еще один профессиональный редактор трехмерной графикой от Autodesk, который в отличии от 3ds Max ориентирован в сторону анимации и спецэффектов. Его часто используют в работе над фильмами и мультипликацией – в программе множество специальных функций, например, есть динамика твердых и мягких тел при визуализации. Плюс, есть возможность лепить органических героев как в ZBrush с помощью кистей на «цифровой глине»

В интерьерах или архитектуре Maya практически не используется: она не способна заменить 3Ds Max. Главный козырь этого редактора – самая удобная система для анимации персонажей, поэтому многие российские и западные студии анимируют персонажей именно в Maya.

Пример обработки сцены для «Затерянных в космосе» в Maya

Что умеет Maya:

Создавать и редактировать полигональную графику.
Скульптить как в ZBrush.
Накладывает текстуры и делать маппинг, работать с кривыми.
Анимировать объекты, делать динамику твердых и мягких тел, работать с шерстью, волосами и мехом.
Создавать жидкости и другие спецэффекты
Визуализировать с помощью встроенных инструментов

Зачем нужен Maya:

Плюсы Maya:

Минусы Maya:

Не подходит для архитектуры и дизайна интерьеров из за отсутствия библиотек.

Autodesk 3Ds Max

Третий продукт от Autodesk используют архитекторы, инженеры и дизайнеры интерьеров называется AutoCAD. Он заточен для работы с математическими моделями и пригодятся для проектирования различных деталей (двигателей, тарелок, телефонов), так и зданий, квартир и других элементов инфраструктуры. AutoCAD долгое время использовался как стандарт в индустрии, но с приходом более удобных ArchiCAD и Revit его можно списывать со счетов: 3D-моделирование и визуализация здесь не очень хорошая, а сам интерфейс больше адаптирован для «грубого» черчения, а не математического.

Что умеет AutoCAD:

Создавать и редактировать полигональную графику.
Работать с системой координат чертежей.
Анализировать детали проекта (например, интерьера квартиры) загружая схемы из PDF-файлов.
Визуализировать модели с помощью настройки освещения и материалов.

Зачем нужен AutoCAD:

Для работы с чертежами, схемами и планами в строительстве и разработке.

Плюсы AutoCAD:

Минусы AutoCAD:

Исправление в одном чертеже тянет за собой необходимость вручную исправлять все остальное в отличие от BIM программ типа Archicad.
Формальное наличие 3D.

ZBrush

ZBrush – профессиональный инструмент для скульптинга высококачественных трехмерных моделей от Pixologic. Идеально подходит для разработки персонажей, животных, людей и всего органического. Подойдет и для твердых объектов. Работа идет через богатый инструментарий кистей, поэтому ZBrush часто используют художники для разработки героев фильмов, игр и мультфильмов. Фишка в ресурсоемкости – ZBrush работает не только с 3D, но и с псевдо трехмерностью, не привлекая видеокарту, что дает хорошую производительности (главное – запастись оперативной памятью).

Кстати, 2D-иллюстраторы часто сначала лепят сцену или персонажа в ZBrush, ставят его в нужную позу, а потом обрисовывают – рисуют концепты сразу в 3D, хотя раньше это было привилегией Photoshop и других 2D-пакетов.

Что умеет ZBrush:

Скульптить персонажей (работа с цифровой глиной) как высокополигональной, так и в низкополигональной графике с помощью графического планшета (без него – никак).
Накладывать текстуры, делать шерсть и волосы.
Раскрашивать объекты без текстур.

Зачем нужен ZBrush:

Для создания моделей органических объектов при помощи кистей.

Плюсы ZBrush:

Скульптинг персонажей и окружения.
Эскизирование в 3D.

Минусы ZBrush:

Нужен планшет для создания сложных моделей.
Не подходит для комплексной работы с 3D.

Cinema 4D Studio

Cinema 4D считают простым в освоении трехмерным редактором, но на рынке труда
знание этой программы не считается ценным. Сам редактор гибкий – интерфейс можно настроить для работы с моделями, графикой или анимацией. Объекты, созданные в Cinema 4D совместимы с Adobe After Effect, сторонними рендерами и поддерживает широкий выбор импортируемых файлов. Есть русский интерфейс.

Что умеет Cinema 4D:

Создавать и редактировать полигональную графику, графику на основе сплайнов и модификаторов.
Визуализировать модели через подключаемые модули.
Работать со сложными шейдерами.
Имитирует реальные физические эффекты (столкновение, трение, скольжение)
Работает со светом.
Подключаемые модули для узкой работы (среда для текстурирования, визуализации, эффектов и так далее).

Зачем нужен Cinema 4D:

Для работы с моделями в кино, рекламе и мультипликации.
Для моушн-дизайна.

Плюсы Cinema 4D:

Понятный и простой интерфейс, легко освоить новичку.
Работает с Adobe After Effects, Houdini и другими редакторами.

Минусы Cinema 4D:

Версии редактора часто конфликтуют между собой.
Мало уроков и курсов для обучения.
Не является стандартом в индустрии.
Не подходит для архитектуры и дизайна интерьеров из-за отсутствия библиотек.

Демонстрационная анимация: посмотрите, как круто сделана ткань!

Side Effects Houdini

Софт для создания спецэффектов, в России его используют, например, в компании Main Road Post, где делали фильм «Сталинград». Houdini хорош для хардкорных спецэффектов, сопряженных с программированием (в основе лежит процедурная система). Он сложен в освоении, но востребован в узких кругах.

Что умеет Houdini:

VFX и симуляцию частиц, жидкости, молний, волн и т. д.

Зачем нужен Houdini:

Для создания реалистичных эффектов в кино, играх, приложениях и VR.

Плюсы Houdini:

Минусы Houdini:

Узкая направленность.
Очень сложен в освоении.
Желателен опыт программирования.

Цена: бесплатно за ограниченную версию для обучения, от 100 долларов в год за версию для инди-студий

Попробуй себя в 3D-визуализации на 10 дневном бесплатном марафоне от 3DCLUB

Autodesk 3Ds Max

3Ds Max – один из старейших редакторов трехмерной графики от Autodesk, который появился еще в начале нулевых. Поэтому большинство моделеров начинали (или работают) с ним. 3Ds Max является стандартом в индустрии для интерьеров и архитектуры и вообще фотореалистичной подачи. Используют потому, что в редакторе удобные системы визуализации, море дополнений для интерьеров и архитектуры и бесконечное количество фотореалистичных библиотек моделей мебели и благоустройства для интерьеров и экстерьеров.

А еще 3Ds Max – универсальное решение для работы с трехмерной графикой, которое подойдет разработчикам игр и художникам. Редактор закрывает весь функционал по моделированию: здесь удобно делать любые материалы, а визуализация гибко подключается через внешние рендеры (V-RAY или Corona), которые позволяют сделать фотореалистичную картинку проекта.

Использовать редактор можно достаточно широко: создавать персонажей для видеоигр, делать модели предметов для 3D-печати или прорисовывать эффекты для рекламы. Редактор использовали в Человеке-Пауке, Властелине Колец, Людях Икс, Игре Престолов, Матрице – т. е. практически во всех крупных блокбастерах.
Ранее 3Ds Max считался дорогим редактором, но недавно цена стала менее 1000 рублей в месяц за годовую подписку (ранее она составляла более 70 тысяч рублей в год), что делает продукт доступным для новичков и небольших студий. Поэтому, если вас интересует тема трехмерной визуализации, то на нашем курсе мы за неделю научим с нуля собирать интерьеры по заданию дизайнера.

Читайте также: