ステップ06 DiffuseとSpecularのテクスチャをつくってみる
前回のステップ05では、Color(色)に情報を与えるための平面画像を作りました。今回のステップ06では、Diffuse(光の拡散)に情報を与えるための平面画像と、Specular Color(ハイライトの色)に情報を与えるための平面画像と、Specular Roll Off(ハイライトの減衰)に情報を与えるための平面画像、の３点をつくります。
ステップ06では、Diffuse、Specular Color、Specular Roll Offについて解説しながら、どのように作業を進めていったのか紹介していきます。
Diffuseというのは、光の拡散についてのチャンネルです。Mayaというソフトの中に作った三次元の物体の表面に、光が当たった時に、どれぐらい当たった光を拡散するかを決めるためのチャンネルです。例えば、白色の物体があったとして、Diffuseの数値がゼロだと、当たった光をまったく拡散しないので、白色の物体が真っ黒に見えてしまいます。逆に、Diffuseの数値が高すぎると、当たった光が必要以上に拡散して、物体の色が飛んで、白っぽく見えてしまいます。
上の左の画像は、ステップ05で紹介した男性の頭部で、Color(色)に情報を与えただけのものです。上の右の画像は、ステップ05で作った平面画像を、Diffuse(光の拡散)の情報にもつないだものです。画像をクリックすると、大きくなるので、ぜひ見比べてほしいと思います。どこまで２つの違いが伝わるのか、ちょっと微妙なのですが、Color(色)に情報を与えただけのものが、ツルツルした印象なのに比べて、Color(色)とDiffuse(光の拡散)の両方に情報を与えたもののほうが、より皮膚の色のムラがはっきりと表現されていないでしょうか?
小さな違いじゃないか、と思われるかもしれませんが、世界中の3DCGアーティストの人たちは、小さな違いを積み重ねて、大きな違いを作りだしています。というわけで、Diffuse(光の拡散)については、これで完成です。実のところ、Diffuse(光の拡散)のための平面画像をいろいろ作って、試してみたのですが、どうもうまくいきませんでした。自暴自棄になって、ステップ05で作った平面画像を、Diffuse(光の拡散)につないでみたところ、これが一番いい感じだったので、納得することにしました。
この方法であれば、１つの平面画像を２つのチャンネルにつなぐだけなので、誰でも簡単に可能です。それに、データをいたずらに増やすこともないので、良い方法なのではないかと思っています。3DCGの世界では、クオリティを求める競争が激化しているために、データの量が加速度的に増えていて、データの量を増やさないで、どのようにクオリティを高めるかが大きな課題になっています。もし、Color(色)に与えた平面画像の情報だけでは、質感がいまいちな場合、同じ平面画像をDiffuse(光の拡散)など、他のチャンネルにつないでみてください。思わぬ効果が得られるかもしれません。
Specular Color(ハイライトの色)というのは、物体にできる光沢部分の色のことです。光沢というのは、例えばプラスチックの製品や、金属のオブジェクトの表面に、周囲の光が集まって白くわずかに光っているような部分のことです。3DCGの世界では、物体の表面にどのように光沢ができているかによって、それが固いものなのか、柔らかいものなのか、表面がどのようになっているのか、などを判断する重要な要素になります。
Specular Roll Off(ハイライトの減衰)というのは、物体にできる光沢部分の減衰のことです。光沢の減衰というのは、つまり光沢の強弱のことで、白黒の平面画像をチャンネルにつなぐことで、１つの物体に表面で、光沢が強い部分と、弱い部分を作ることができます。例えば、表面が凸凹している物体の場合、凸凹に合わせて光沢がでできるはずで、Specular Roll Offはそれを設定する場合に役に立ちます。
naotomoが持っているMayaというソフトで、三次元の物体に色を塗ることができるツールといえば、ステップ05でも活躍してくれた3Dペイント・ツールです。上の左の画像は、灰色の１色で、男性の頭部を塗りつぶしたものです。上の右の画像は、左の画像に、白色と黒色で塗って、ブラーで色と色の間をなめらかにしたものです。場面の中の初期設定の光によって生まれた、光沢のせいで解りにくいとは思いますが、光沢ができやすいところは白色、できにくいところは黒色に塗ってあります。
上の左の画像は、3Dペイント・ツールで色を塗って、自動的に作られた平面画像です。上の中央の画像は、ステップ05で果物の表面から作った人間の皮膚の平面画像を、Photoshopで白黒にしたものです。上の右の画像は、左と中央の画像を、Photoshopで単純に重ねて、全体的にいくらか暗くしたものです。いくらか暗くしたのは、重ねた画像をSpecular Color(ハイライトの色)とSpecular Roll Off(ハイライトの減衰)のチャンネルにつないでみて、光沢が強すぎるように感じたからです。
上の左の画像は、ステップ05で作った画像を、Color(色)とDiffuse(光の拡散)につないだものです。光沢については、初期設定のままです。上の中央の画像は、ステップ06で作った白黒画像を、Specular Color(ハイライトの色)につないだものです。画像をクリックすると大きくなるので、見比べてほしいのですが、光沢の部分がいくらか違っているのが、わかると思います。上の右の画像は、ステップ06で作った白黒画像を、Specular Roll Off(ハイライトの減衰)につないだものです。皮膚の表面には、凸凹は存在しないのに、凸凹が存在するかのような光沢ができているのが、わかると思います。
ステップ05 カラーテクスチャをつくってみる
モデリングした男性の頭をリアルなものにするためには、Color(色の情報)やDiffuse(色の反射の情報)やBump(凸凹の情報)などのチャンネルに、平面画像によって情報を与える必要があります。naotomoが使っているMayaというソフトでは、１つ１つのチャンネルに、別々の平面画像をつないで情報を与えることができるようになっています。チャンネルによっては、白黒の情報しか認識しないものもあったりします。さまざまなチャンネルに、さまざまな平面画像をつないでいくと、全体としてデータが重たくなってしまいますが、アニメーションさせたりするのでなければ大きな問題にはなりません。
ステップ05では、Color(色の情報)につなぐための平面画像を作ることにします。色というのは、ある物体や形を見せる場合に、とっても多くの情報を見る人に与えるものなので、とても重要です。フォトリアルと呼ばれるような写真と見間違うようなものを作るなら、実際の男性の顔の写真を撮影して、それをパソコンで加工するのが一番です。naotomoとしては、その方法も考えたのですが、写真を加工するだけだと、自分が学ぶところが少ないような気がしました。そこで、誰でもできるような方法で、平面画像を作ることにしました。
最初にするのは、モデリングした男性の頭に、色を塗ることです。naotomoが使っているMayaには、3Dペイント・ツールというのがあります。3Dペイント・ツールを使うと、三次元空間にある物体に、色を塗ることができます。前回のステップ04では、モデリングした形と、平面画像の情報がぴたりと合うように、モデリングした形を切って広げて平面にした展開図のようなものを作りました。この展開図のようなものはUVマップと呼ばれていて、モデリングした形の１つの情報として、データとして一緒に保存されます。
左の画像は、モデリングした形の全体に、ベースとなる色を塗ったものです。中央の画像は、ベースとなる色の上から、くすんだ感じの色、日焼けした感じの色、皮膚の生々しい感じの色などを塗っていき、ブラーという機能を使って、色と色の境界をぼやけさせたものです。右の画像は、3Dペイント・ツールで塗った色を、展開図のようなものであるUVマップに置きかえて、平面画像として保存したものです。Mayaの3Dペイント・ツールでは、あらかじめUVマップを作っておけば、色を塗ると、自動的にUVマップにぴたりと合った平面画像にそれが反映されるようになっています。
このままの平面画像では、単純に色を塗っただけという感じがして、皮膚にある色のムラというか質感が表現できていません。そこで、なにか皮膚の質感に近い平面画像を探してきて、それと右の画像を重ねることで、色や質感の深みみたいなものが増すように工夫することにします。
左から１番目の画像は、なにか果物の表面を撮影した画像です。コンピューターグラフィックの専門学校へ通っている時に、学校が生徒のために用意していた画像の１つで、自由に使って構わないものです。左から２番目の画像は、１番目の画像を上下左右に反転させながら、4☓4で並べたものです。上下左右を反転させながら並べたのは、画像と画像の境界をはっきりとさせないためです。
左から３番目の画像は、修復ブラシツールというのを使って、２番目の画像で出てしまった色の濃淡の違いを、まとまりのあるものに変えたものです。ちなみに、naotomoが平面画像を加工するのに使っているのは、Photoshopというソフトで、グラフィックの世界ではプロの人たちをふくめて、広く普及しているものです。左から４番目の画像は、3番目の画像をよりは皮膚に近くするために色を変えたものです。
できあがった２つの画像を重ねることで、皮膚の色のムラや質感を表現していきます。画像を重ねる作業は、Photoshopで行うのですが、入門書に書いてあるような単純な方法で重ねています。２つの画像を単純に重ねただけでは、いまいちだったので、同じ画像をさらにもう一度重ねています。
左の画像は、3Dペイント・ツールで作った画像と、Photoshopで加工した画像を重ねて、少しばかり加工したものです。加工といっても、色を少しだけ変えたのと、ブラーの機能を使って、わずかに色のムラをなめらかにしたぐらいです。中央の画像は、モデリングした男性の頭をMayaのSmoothという機能を使って、面の数を増やして形を少しだけなめらかにしたものです。右の画像は、なめらかにした男性の頭に、左の画像をColor(色の情報)に単純につないだものです。他のパラメーターなどはいじっていませんが、かなり人間の肌というか皮膚に近い色彩や質感が表現できているのではないかと思います。
とりあえず、Color(色の情報)につなぐための画像は、これで完成ということにします。細かいところまでは説明できませんでしたが、全体の流れはわかったのではないかと思います。実のところ、naotomoは平面画像の加工はとっても苦手でしたが、今回のためにがんばって、いくらか使えるようになりました。単純な発想で作ってみたのですが、そこそこのものはできたような気がしてます。
ステップ04 UVマッピングしてみる
男性の頭をつくったのですが、これだけでは面の数をいくら増やしても、形が滑らかになるだけで、リアルなものにはなりません。そこで、コンピューターグラフィックの世界では、カラーや白黒の画像を利用して、モデリングした形に質感や色彩を付けます。ところが、画像というのは平面空間にある情報で、モデリングした形は三次元空間にある情報なので、単純に平面画像をモデリングした形に適用すると、おかしなことになってしまいます。
そこで、コンピューターグラフィックの世界では、三次元空間にあるモデリングした形の一部分を切って、展開して平面にすることで、二次元空間にある平面画像とモデリングした形がぴったりと合うようにします。naotomoは、子供のころに厚紙に立方体の展開図を書いて、それにサイコロの目を書いて、サイコロを作る作業というのをやった記憶があるのですが、その作業を逆の手順で行うようなものだと考えてもらって間違いありません。モデリングした形を、展開して平面情報にする作業のことを、コンピューターグラフィックの世界では、テクスチャリングとかUVマッピングとか呼んでいるようです。
ところが、この平面に展開する作業、簡単なようでけっこう手間がかかります。特に、人間の頭のように形が複雑で、リアルさが求められるものの場合、うまく展開してやらないと、貼りつけた平面画像が伸びてしまったり、歪んでしまったりします。ですから、平面画像がうまく合うように、最終的には手作業で展開したものを調整する必要があります。ちなみに、モデリングした形を展開した平面情報のことを、UVマップと呼びます。
今回の「 Man Head プロジェクト 」では、人間の頭を１つの円柱だと考えて、後頭部のところで平面を垂直に切って、モデリングした形を平面に展開しています。これは、naotomoが使っているMayaというソフトの「 Cylindrical Mapping 」という機能を使えば、ボタン１つで行ってくれます。ですが、先にも書いたように、これだけでは平面画像を貼りつけた時に、画像が伸びたり歪んだりしてしまいます。そこで、実際に簡単な画像を貼りつけてみたりして、画像が伸びたり歪んだりしないように、手作業でUVマップを調整していきます。
左の画像は、モデリングした形を「 Cylindrical Mapping 」という機能で展開したものです。耳のところのUVマップの平面が重なっていたり、実際に平面画像を貼りつけてみると、伸びたり歪んだりした箇所がいくつも生じました。右の画像は、それを手作業で調整したものです。まず、最初に展開したものは、顔の正面の部分の面積が少なかったので、そこにたくさんの画像情報が入るように顔の正面の部分を広くしました。次に、耳など展開した平面が重なっている部分を調整して、重なっている部分をなくしました。実際に平面画像を貼りつけてみると、伸びたり歪んだりした個所は少なく、それが目立たないところに生じました。
最後に、白黒のマダラ模様の平面画像を貼りつけてみて、伸びたり歪んだりしていないか確認しました。頭のてっぺんあたりに大きな歪みが生じていますが、後で髪をつくるつもりなので、問題を隠すことができます。というわけで、テクスチャリングを行ってみました。実際に、皮膚の質感や色彩などの平面画像を作って、貼りつけてみて、問題が発覚することもあるかもしれませんが、とりあえずこれで完了ということにします。
ステップ03 とにもかくにもモデリング
とにもかくにも、実際にモデリングをしてみたわけなのですが、モデリングにはさまざまな方法があって、これが一番すぐれているという方法があるわけではありません。１つの平面から、それを四方八方に増やしていって、形をつくる方法もあれば、円柱とか長方体などの大まかな形を、少しずつ細かくして形をつくる方法もあります。
今回、naotomoがやってみたモデリングは、海外のチュートリアルサイトを参考にして、１つの平面を四方八方へ増やしていって、上の画像を作りました。英語がまったく読めないので、見たまま真似してみたのですが、そこそこの形ができたと思います。上の画像を見て、平面の数が少なくて、カクカクしているじゃないかと思う人もいるかもしれませんが、コンピューターグラフィックの世界では、平面の数を増やして形を滑らかにすることは、簡単にできてしまいます。逆に、平面の数を少なくするほうが難しい作業になるので、あえて平面の数を少なくしています。
このモデリングという作業は、とにかく数をつくっていけば、それなりに技術が上がってきます。みんなから感心されるレベルになるためには、デッサン力や、観察眼や、センスや、デザイン力なども必要になってくるようですが、上の画像ぐらいであれば誰でもできるようになります。
上の画像では、すでに耳ができていますが、最初は耳は付いていませんでした。耳は構造がとても複雑で、なおかつ有効と思われる海外のチュートリアルを見つけることができなかったので、作るべきか、作らざるべきか、迷っていました。しかし、せっかく人間の頭部をつくるのに、耳が付いていなかったら、自分で自分の弱点を強調しているように思われても仕方がないので、自分のアイディアでがんばって作ってみました。
まず、インターネットで、耳の形がよくわかる画像を探しだしました。それから耳の形を簡単に鉛筆で書いてみて、どのように平面を増やしていけば良いか、いくつかシミュレーションを書いてみました。その中から、たぶんうまくできるだろうというシミュレーションを採用して、実際に作ってみました。
形については、とってもリアルというわけではありませんが、少ない平面でうまくできたと思います。ですが、平面を分割する方法などで、いくつか問題が起こる可能性が生まれてしまいました。コンピューターグラフィックでは、平面を分割する方法が悪いと、実際にコンピューターで計算させて画像を作ってみると、思わぬ結果が出てしまうということがあります。今のところ、コンピューターに計算させてみて、思わぬ結果が出ていることはないのですが、のちのち問題になる可能性はあります。
最初に作った頭部と耳をくっつけて、とりあえず男性の頭部の基礎部分は完成です。画像の中で、頭部が半分しかないのは、後々の作業の負担を軽くするためです。コンピューターグラフィックの世界では、コピーというのが簡単にできるので、頭部の残りの半分は、最終段階でコピーして１つにまとめるつもりです。
髪とか眉毛とか目とか口の中については、後で作って、頭部にくっつけるつもりです。次では、テクスチャーを作成するという作業について紹介していきます。
ステップ02 モデリングってなに?
人間の男性の頭部をつくるためには、まず最初にモデリングというのをしなければなりません。ところがnaotomo、最初はモデリングという言葉を聞いても、なんのことなのかさっぱりわかりませんでした。学校でコンピューターグラフィックについて学んでいるうちに、なんとなくわかってきました。
モデリングというのは、CGのソフトの中で形をつくることのようです。鼻の形をつくる、机の形をつくる、歯車の形をつくる、コップの形をつくる。三次元のコンピューターグラフィックでは、まず形をつくらないと作業を進めることができません。三次元の世界でモデリングをする場合、さまざまな方向から見て、形がちゃんとしている必要があります。技術が低いと、ひとつの方向から見ると、ちゃんとした形になっていても、違う方向から見ると形が悪かったり、印象が大きく違っていたりということがあります。モデリングは、やりがいのある難しい作業ですが、できた時には大きな満足感が得られます。
CGの世界で形をつくる場合、まず理解しておかなければならない基本があります。CGで形をつくるには、点、線、面が必要だということです。点を２個つなぐと、線をつくることができます。線を３本以上つなぐと、面をつくることができます。そして、面を無数につなぐと、形をつくることができます。CGの世界では、無数の面をつないでつくった形のことを、ポリゴンと呼んでいるようです。
Mayaというソフトでは、他にNURBS( ナーブス)という 曲線を使って、形をつくるという方法もありますが、「Man Head プロジェクト」ではNURBS曲線を使わずに形をつくることにします。
ステップ01 なにをつくるのか?
naotomoは、2007年の7月に、生まれて初めてパソコンというのを買いました。それから３ヶ月後に、パソコンの使い方がたいして理解できていないまま、コンピューターグラフィックの専門学校へ入学しました。学校では、教室のパソコンの電源の入れ方がわからなかったり、コピー&ペーストの方法がわからなかったり、最初のほうは先生がなにを言っているのか、さっぱりわかりませんでした。それでも、懸命に勉強して、授業もなんとか理解できるようになり、2008年の6月の無事に学校を卒業しました。
専門学校へ通っている時に、学習のためにMaya2008という高価なソフトを買ったのですが、これがなかなか難しいソフトなんです。簡単にすごいものがつくれると思ったら、大まちがい。学校を卒業したぐらいでは、基礎的な使い方が理解できたぐらいで、技術やノウハウではプロフェッショナルとして通用いたしません。
そこで、naotomoは技術やノウハウを高めるために、なにかをつくろうと考えたわけです。ひと言でコンピューターグラフィックといっても、さまざまな技術やノウハウを組み合わせることで完成しています。例えば、自動車をつくるには、さまざまな部品を組み合わせる必要がありますし、ひとつひとつの部品には独自の技術やノウハウがつまっています。コンピューターグラフィックにも同じようなことが言えます。さまざまな技術やノウハウを総合的に学ぶためには、なにをつくればいいのか?
いろいろ検討してみて、人間の男性の頭部をつくることにしました。人間の頭部は、耳など形が複雑なところもありますし、肌の色彩や質感などは表現するのが簡単ではありません。他にも、眼球をつくり、口の内部をつくり、歯をつくり、髪をつくり、ヒゲや眉をつくり、と考えていくと、さまざまな技術やノウハウを学ぶのに、ちょうど良いテーマのような気がします。
naotomoが持っている技術やノウハウはまだまだ未熟なので、簡単につくることはできないと思いますが、とにかくいろいろ試してみて、つくってみたいと思います。失敗もあるでしょうが、あえて難しいものに挑戦することで、経験を積んで、自分の可能性を広げることができるはずです。というわけで、今回の作業を「Man Head プロジェクト」と名付けて、制作を進めていくことにします。
