Tổng quan kiến thức về 3D

Tổng hợp kiến thức về 3D cho người mới

3D for newbie

Tạo mẫu 3D

TỔNG HỢP KIẾN THỨC VỀ 3D CHO NGƯỜI MỚI BẮT ĐẦU
làm mô hình
TỔNG HỢP KIẾN THỨC VỀ 3D CHO NGƯỜI MỚI BẮT ĐẦU (PHẦN 1)

THẾ GIỚI 3D BAO LA VÀ RỘNG LỚN

 

Khi mới bắt đầu với 3D, bạn có lẽ sẽ nhận thấy thế giới thiết kế 3D bao la và rộng lớn dường nào, đủ để bạn dành trọn cả đời để tìm tòi, học hỏi và cải tiến không ngừng, nó quả thật là một lĩnh vực với rất nhiều thử thách thú vị. Đây cũng là lý do chính chúng tôi soạn ra bài viết này, để giúp bạn có một cái nhìn tổng quan hơn về 3D, những khái niệm cơ bản, các thuật ngữ chuyên ngành, những mô tả ngắn gọn về các phần mềm 3D chính có trên thị trường, cũng như giúp bạn tránh được những bỡ ngỡ khi mới bắt đầu bước vào thế giới 3D nói riêng cũng như lĩnh vực mỹ thuật nói chung.

Internet là một kho tàng kiến thức vô cùng rộng lớn về 3D và tất cả những kiến thức bạn cần đều có ở đó. Tuy nhiên vấn đề lại là các thông tin được dàn trải và phân tán trên rất nhiều nguồn web khác nhau. Đó cũng là động lực khiến chúng tôi biên soạn bài viết này, nhằm mục đích tổng hợp tất cả các thông tin cần thiết và hữu ích nhất dành cho người mới bắt đầu.

 

Thế giới 3D bao la rộng lớn (Ảnh minh họa)

 

Trước khi đi sâu vào khía cạnh kỹ thuật chuyên ngành của 3D, hãy cùng xem qua một số sản phẩm được làm bởi công nghệ đồ họa máy tính để giúp bạn hình dung rõ hơn về một sản phẩm nghệ thuật sáng tạo là như thế nào. Chúng ta là những nhà thiết kế, và chúng ta trân trọng những công cụ có thể giúp mình chuyên tâm hơn làm sáng tạo mà không phải bận tâm quá chi tiết về mặc kỹ thuật, tuy nhiên đó lại không phải là vấn đề chính. Luôn có một phần lớn công việc chuyên về khía cạnh kỹ thuật đằng sau các sản phẩm 3D, và nếu bạn là một người thích đào sâu hơn để có thể tạo ra những tác phẩm độc nhất, hầu hết các ứng dụng 3D đều có thể giúp bạn thực hiện được điều này một cách dễ dàng. Nhưng trước hết, bạn cần nắm vững một số khái niệm bên dưới để có được một nền tảng vững chắc để phát triển từ đó.

 

Tổng quan về workflow làm việc

 

Cũng có những sản phẩm 3D đòi hỏi trình kỹ thuật phần mềm khá cao, tuy nhiên nếu có thể nắm vững một số khái niệm cơ bản, bạn hoàn toàn có thể bắt đầu tạo ra các sản phẩm nghệ thuật từ óc tưởng tượng và sức sáng tạo của riêng mình mà không bị ràng buộc quá nhiều bởi các giới hạn về kỹ năng phần mềm. Trong mục này, chúng tôi sẽ giải thích tổng quan về trình tự của quá trình sáng tạo ra một sản phẩm 3D, sử dụng các thuật ngữ chuyên ngành để giúp bạn làm quen với chúng. Ở giai đoạn của dự án, có thể bạn sẽ cần di chuyển tới lui nhiều lần giữa các giai đoạn, ví dụ như bạn có thể lên ý tưởng bằng cách xây dựng mô hình và ngược lại. Tuy nhiên một khi đã gắn với ý tưởng đã định, bạn nên tuân thủ theo đúng trình tự này, nó sẽ giúp bạn tiết kiệm được rất nhiều thời gian và công sức đấy.
 
 

 

1. Lên ý tưởng

Đây thường là bước đầu tiên trong bất kỳ dự án nào. Ở đây bạn sẽ dần bắt đầu tìm ra ý tưởng mà mình muốn thể hiện là gì bạn. Có nhiều cách để thực hiện công việc này, tuy nhiên dòng suy nghĩ và óc tưởng tượng của bạn là yếu tố cốt lõi, hình thức thể hiện không quan trọng, nó có thể là một bức ảnh hoặc một bản vẽ đều được. Vấn đề là cần nêu bật được hình ảnh về sản phẩm cuối cùng mà bạn định thể hiện.

Dưới đây là một số ví dụ về phác thảo ý tưởng từ một số dự án khác nhau. Như bạn thấy, chúng rất đa dạng về phong cách và cách thể hiện. Trong lĩnh vực sáng tạo, một nghệ sĩ lên ý tưởng thôi cũng cần đòi hỏi cả một quá trình sáng tạo và làm việc cực kỳ nghiêm túc và khắc khe.

 

2. Mô hình hóa

Chúng ta có thể so sánh việc mô hình hóa 3D tương tự như việc điêu khắc một bức tượng vậy, nhưng là dưới dạng kỹ thuật số và trên máy tính. Trong 3D, các khối dựng hình cơ bản là các đa giác, thay vì đá, gỗ hoặc đất sét. Các mô hình và nhân vật 3D mà bạn thường thấy trong game hay phim ảnh thực ra chỉ được tạo thành từ vô vàn những đa giác nhỏ mà thôi.

Tất cả các ứng dụng 3D đều có thể làm mô hình hóa đa giác ở một mức độ nào đó, trong đó một số ứng dụng thì làm mô hình hóa tốt hơn các ứng dụng còn lại. Mô hình hóa đa giác cũng đòi hỏi độ chính xác cao, giống như việc đục đẻo khối ‘đất sét’ vậy. Chúng ta đều biết một khối lập phương được tạo thành từ 6 mặt, và do đó nó cũng được tạo ra từ 6 khối đa giác. Đa giác chỉ là một thuật ngữ hoa mỹ mô tả cho thứ bạn đã được học ở trường gọi là các mặt. Khi một đa giác kết nối với các đa giác khác, bạn có thể tạo nên hình dạng của một khối 3D. Tưởng tượng như việc bạn cắt các tờ giấy rồi ráp chúng lại theo các cách khác nhau để tạo một khối hình nhất định vậy.

 


 

Tên của các góc hoặc nút giao giữa các đa giác được gọi là đỉnh (vertices hoặc số ít là vertex), và các góc được nối với nhau bởi các cạnh để tạo thành các đường ràng buộc đa giác. Chúng cùng với nhau tạo thành các khối dựng đơn giản nhất mà bạn cần nắm trước khi bắt đầu thiết kế 3D.

Dưới đây là ba ví dụ mô tả cho những điều được trình bày ở trên, một hình khối lập phương trong đó bạn có thể thấy chúng tôi đã đánh dấu một mặt của nó dưới dạng đa giác, hình thứ 2 thể hiển bốn đỉnh vertices được chọn và hình cuối cùng hiển thị một cạnh edge là giao tuyến giữa 2 mặt.

Bạn có thể bắt đầu bằng việc mô hình hóa đa giác, điều này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về tất cả các khối 3D thường gặp, hoặc bạn cũng có thể tìm tòi thử nghiệm với việc ‘điêu khắc’ một khối hình chẳng hạn, nó sẽ trở nên cụ thể và dễ hình dung hơn đối với một số loại phần mềm nhất định và cũng gần giống như công việc điêu khắc thực sự ngoài đời vậy. Trong điêu khắc, bạn sẽ bắt đầu với chỉ một khối đất sét làm cơ sở và nền tảng để tải lên nó một lượng lớn các khối đa giác lộn xộn, từ đó bạn có thể di chuyển và sắp xếp lại để tạo nên mô hình các nhân vật hoặc môi trường theo mong muốn. Đây là một quá trình đòi hỏi tính sáng tạo và linh hoạt và phù hợp với những thứ như người và cây cối, nhưng với các đối tượng như ô tô cần độ chính xác cao hơn rất nhiều.

Để tổng hợp, bạn có thể chia việc mô hình hóa thành hai loại: mô hình hóa đa giác và ‘điêu khắc’. Cả hai đều yêu cầu các kỹ năng cũng như phần mềm chuyên biệt khác nhau.
 

Quá trình điêu khắc thì ‘hữu cơ’ và thân thiện hơn, và vì vậy chúng tôi khuyên bạn nên đọc về công cụ ZBrush hoặc Sculptris (bạn có thể đọc thêm về chúng tại các bảng mục dành riêng trong phần mềm). Nó là một quá trình rất tự nhiên và gần giống như việc nhào nặn với đất sét thật vậy. Bức ảnh về ZBrush bên dưới là một ví dụ điển hình về việc điêu khắc. Bạn có thể dùng nó để mô hình hóa cho các vật sống động như con người, cây cối hay động vật.
 

Dựng hình bằng phần mềm vẽ 3D chuyên dụng ZBrush

 

Mô hình hóa đa giác khác với cách điêu khắc ở tính yêu cầu kỹ thuật cao hơn và đòi hỏi độ chính xác cao hơn rất nhiều. Loại mô hình này thường được sử dụng cho các chi tiết cơ khí hoặc nhân tạo, chẳng hạn như ô tô, phi thuyền, sách… Nếu bạn muốn xây dựng mô hình ví dụ như cho căn hộ của riêng mình chẳng hạn, thì hầu hết các đối tượng trong đó có lẽ sẽ được xây dựng bằng cách sử dụng phương pháp mô hình hóa đa giác.

 

 

Tiếp theo chúng ta sẽ nói về Texturing & Shading

Texturing và shading là giai đoạn mà bạn cần định nghĩa và thiết lập các thông số về màu sắc và vật liệu cho mô hình. Tuy texturing và shading thường đi liền với nhau, chúng ta sẽ tách chúng thành 2 phần riêng biệt để giải thích từng phần một cách dễ hiểu nhất.

 

3. Texturing

 

 

Texturing có thể so sánh với việc sơn một bức tranh vậy. Bạn có một hộp màu và cây cọ trong tay để tạo màu cho bức hình. Tất nhiên, thực tế của quá trình painting textures thì phức tạp hơn rất nhiều, nhưng có thể xem đây là một so sánh khá tương đồng với việc texturing mô hình. Trái với việc mô hình hóa, việc texturing là một tác vụ khá đặc thù và chỉ một số ít phần mềm có thể thực sự thực thi được công việc này, số cho ra kết quả như mong muốn thậm chí còn ít hơn nhiều.

Texturing là một phần rất quan trọng trong một dự án. Nếu mô hình chưa được xây dựng hoàn hảo, theo một cách nào đó bạn vẫn có thể che dấu các khuyết điểm bằng việc texturing tốt, tuy nhiên ngược lại thì không.

 

4. Shading

 

 

Shading là nơi bạn cho ứng dụng 3D biết chi tiết đó được làm từ vật liệu nào. Ví dụ: nếu bạn đang muốn tạo một chai soda bằng 3D, bạn cần phải làm toàn bộ chai bằng nhựa trong suốt và nắp đậy bằng nhựa mờ. Bạn sẽ không cần nhiều texturing, nếu có gì cả, cho phần này. Sau đó, bạn cần phải làm nhãn chai cho nó.

Bạn sử dụng shaders để cho ứng dụng biết rằng nhãn đó được làm bằng tấm nhựa mỏng mờ, và vẽ một texture để đặt lên trên nhãn, nó thể hiện logo và bất cứ thứ gì khác, chẳng hạn như một dòng văn bản mà bạn muốn đưa vào chẳng hạn. Lúc này, nhãn chai sẽ được sơn một cách phù hợp, với độ phản chiếu, lấp lánh dưới ánh sáng giống như một nhãn nhựa thực sự. Shading về mặt kỹ thuật có thể phức tạp hơn texturing khá nhiều, tuy nhiên tất cả những gì bạn cần làm chỉ là điều chỉnh các thông số trong shader sao cho phù hợp nhất.

Chìa khóa để làm chủ công việc shading là biết được cách ánh sáng hoạt động như thế nào trong cuộc sống thực và cách kiểm soát các thuộc tính như độ phản chiếu, độ trong suốt… 4 khái niệm quan trọng cần nắm về shading là: Sự khúc xạ (Refraction), phản xạ (reflection), sự khuyếch tán (diffusion) và sự tán xạ (scattering).

Refraction là cách mà ánh sáng phản ứng khi nó đi xuyên qua một vật thể trong suốt hoặc nửa trong suốt như nước hoặc thủy tinh.

 

 

Reflection là lượng tia sáng phản chiếu ngược lại sau khi chúng chạm vào một vật thể. Một vật thể có thể phản chiếu ánh sáng toàn phần như gương, hoặc chỉ phản chiếu một phần nhỏ như bức màn đen dùng trong rạp hát chẳng hạn. Nhiều người thường nghĩ đến cụm từ phản xạ bóng (‘glossy’ reflections) khi nhắc đến việc phản xạ ánh sáng.

Phản xạ bóng là các phản xạ phản chiếu trên các bề mặt như mặt nước, gạch ceramic, kim loại… Chúng ta được dạy rằng các bề mặt phản xạ ánh sáng mạnh sẽ phản chiếu ảnh của mình lên nó. Tuy nhiên có rất nhiều vật liệu vẫn phản xạ rất nhiều ánh sáng nhưng không tạo độ bóng – bạn có thể để ý thấy điều này khi nhận thấy mắt mình bị đau khi đọc sách hoặc nhìn vào tuyết vào những ngày nhiều nắng.

Trên thực tế, hầu như tất cả các loại vật liệu mà bạn bắt gặp trong cuộc sống hàng ngày đều phản chiếu ánh sáng, dù là một lượng nhỏ, do vậy hãy ghi nhớ điều này khi tạo shaders cho khung cảnh.
 

 

Diffusion chỉ ra cách ánh sáng tán xạ trên một bề mặt và phản ánh độ thô của vật liệu như thế nào. Một vật thể được khuếch tán hoàn toàn sẽ phân tán các phân tử ánh sáng ở mọi góc khi chúng va vào bề mặt. Ví dụ về các vật thể khuếch tán có thể là tấm trải giường, bức tường hoặc tờ giấy. Một vật thể có độ khuếch tán rất nhỏ là vật thể phản chiếu các phần tử ánh sáng chủ yếu ở một góc nhất định khi chúng chạm vào vật thể. Giống như tấm gương, rất mượt, và hầu như không có sự khuếch tán nào.

Sự tán xạ lớp dưới bề mặt – Sub surface scattering

Sub surface scattering thường được viết tắc là SSS, là một khái niệm trong đó ánh sáng sẽ đi vào bên trong vật thể và tán xạ ánh sáng ra xung quanh từ bên trong thay vì ngay trên bề mặt của vật thể như của diffusion. Cách tốt nhất để quan sát hiện tượng này là nhìn vào bàn tay của bạn khi đặt dưới ngọn đèn tròn. Sự tán xạ lớp dưới bề mặt là các ánh sáng đỏ dường như phát ra từ bên trong các ngón tay – là các tia sáng nảy qua lại giữa mạch máu và các bắp thịt.
 

 

Rigging & Animation

5. Rigging

Để tạo chuyển động cho nhân vật, bạn phải xây dựng một bộ khung xương bên trong mô hình. Quá trình này được gọi là rigging. Đây là bước trung gian cần thiết phải có giữa quá trình mô hình hóa và tạo animation. Rigging cũng là một trong những phần yêu cầu kỹ thuật cao trong một dự án CG.

 

Một trong những lý do khiến yếu tố kỹ thuật cao không phải là vì quá trình xây dựng bộ khung xương, mà là xác định cách chúng di chuyển bằng các thuật toán và logic như thế nào. Ví dụ – làm thế nào để tạo nên một khớp vai, hay khớp gối chẳng hạn? Một khi bộ khung xương được tạo ra, bạn cần phải gắn nó vào lớp da của nhân vật, như có thể quan sát thấy bằng ‘liên kết trơn’ dưới đây.

Đây là phần đòi hỏi tính mỹ thuật cao, và chỉ việc xác định cách da di chuyển xung quanh khối xương thôi cũng đã thú vị rồi, thêm vào đó còn có các cơ bắp di chuyển đẹp mắt khi một con vật hoặc một vận động viên điền kinh đang chạy. Rất nhiều người với kỹ thuật cao thường bị quá trình làm cho cuốn hút vì nó là kết hợp giữa cả công nghệ lẫn yếu tố mỹ thuật một cách hài hòa. Nó có thể khá phức tạp và rối rắm khi mới bắt đầu, nhưng một khi đã thành thạo, nó trở nên rất đáng bỏ công tìm tòi. Và cảm giác chứng kiến đứa con tinh thần của mình có thể di chuyển và hoạt động được thật sự rất khó tả, giống như thời khắc lúc giáng sinh vậy.

 

6. Animation
 

 

Đây là giai đoạn mà bạn có thể di chuyển mô hình và tạo các chuyển động. Đó là một phần rất chuyên biệt của một dự án. Một khi đã đi sâu vào nó, có rất nhiều điều bạn cần phải nắm vững và hiểu rõ chẳng hạn như: về diễn xuất, dàn dựng, thời gian vv Bạn đang đưa các mô hình vào thực tế cuộc sống một cách sinh động và chân thật hơn. Trước đó, nó chỉ dơn thuần là một bức tượng đẹp.

 

8. Rigging

Rigging về cơ bản được chia thành hai phần:

Đầu tiên bạn cần thiết đặt một bộ khung xương bên trong mô hình. Điều này giúp xác định cách nhân vật có thể di chuyển như thế nào. Bộ xương sẽ khác nhau tùy theo mục đích của bạn, con người sẽ khác so với con vật bốn chân. Những thứ khác cũng đòi hỏi cần phải thiết lập rigging. Ví dụ như một công tắc đèn chẳng hạn, chỉ có 2 trạng thái là bật và tắt, nhưng vì thực tế nó vẫn chuyển động nên vẫn cần phải thiết lập rigging cho nó.

Thứ hai, bạn định nghĩa vùng da (skinning). Đây là nơi bạn đảm bảo rằng tất cả các bộ phận đang được thay đổi một cách phù hợp khi bắt đầu hoạt hình và di chuyển nhân vật xung quanh. Công việc này đơn thuần là việc tạo lớp da xung quanh bộ khung xương ở bước trên, do đó có tên là skinning.
 

9. Scripting

Scripting về cơ bản là việc lập trình trong các ứng dụng 3D. Mỗi ứng dụng sử dụng một ngôn ngữ lập trình khác nhau. Thông thường, bạn sẽ viết script để tự động hóa các tác vụ mà bạn thường xuyên phải đụng tới, hoặc để tạo ra những thứ như rig vốn rất dễ bị lỗi khi làm thủ công, hoặc để tạo ra các thiết lập tùy chỉnh cho những thứ như shaders.

Nếu bạn có kiến thức về lập trình, script sẽ trở nên rất mạnh mẽ và có thể giúp bạn tiết kiệm được rất nhiều thời gian và công sức. Và cũng cần khá nhiều thời gian để tìm hiểu về nó. Nếu muốn, chúng tôi khuyên bạn nên tìm hiểu về nó sau khi bạn đã thành thạo về 3D.
 
 

 

Mô phỏng và các hiệu ứng

Vì đây là một bài giới thiệu về 3D, chúng ta cũng cần phải nói về mô phỏng và các hiệu ứng nữa. Lý do là chúng giúp bạn mô phỏng thực tế càng sát càng tốt. Trong một số trường hợp, bạn có thể tiết kiệm thời gian bằng cách không cần phải animate mọi thứ, hoặc cũng có khi mô phỏng là cần thiết để có được kết quả mong muốn, như việc tạo ra lửa chẳng hạn.
 

TO BE CONTINUE...           

Các bạn đọc thêm tiếp ở phần 2 nhé!

Chia sẻ:
Bài viết khác:
Icon Facebook
Go Top