какие форматы 3d моделей поддерживает unity

Unity3d. Начало работы, практические советы. Рецензия

Доброго времени суток. Данная статья посвящена мультиплатформенному инструменту Unity3d. В статье рассмотрены оптимальные, по моему мнению, способы работы с движком, даны практические советы по эксплуатации и дополнительные (общие) сведения; рассмотрены перспективы развития Unity3d.

Содержание:

Раздел 1. Введение

Unity3d является современным кросс-платформенным движком для создания игр и приложений, разработанный Unity Technologies. С помощью данного движка можно разрабатывать не только приложения для компьютеров, но и для мобильных устройств (например, на базе Android), игровых приставок и других девайсов.
Поговорим немного о характеристиках движка. Во-первых, стоит отметить то, что в среду разработки Unity интегрирован игровой движок, иными словами, вы можете протестировать свою игру не выходя из редактора. Во-вторых, Unity поддерживает импорт огромного количества различных форматов, что позволяет разработчику игры конструировать сами модели в более удобном приложении, а Unity использовать по прямому назначению — разработки продукта. В-третьих, написание сценариев (скриптов) осуществляется на наиболее популярных языках программирования — C# и JavaScript [1].
Таким образом, Unity3d является актуальной платформой, с помощью которой вы можете создавать свои собственные приложения и экспортировать их на различные устройства, будь то мобильный телефон или приставка Nintendo Wii.
Для того чтобы создать свою игру, вам, как минимум, нужно владеть одним из доступных (на Unity) языков программирования: C#, JavaScript или Boo.

Будет прекрасно, если вы владеете, например, 3Ds max’ом, это вам сильно поможет при создании игры. Что касается меня, то мне пришлось освоить 3Ds max на базовом уровне, ибо нигде не мог найти нужную мне модель дома [3]. В любом случае вам понадобится установленный 3Ds max на ваш компьютер, если вы собираетесь импортировать готовые 3D модели. Ибо, в большинстве своем, необходимые модели имеют формат проекта, т.е. необходимо будет зарендерить их в соответствующий для Unity3d формат, например, в *.3DS, и только после этого делать импорт в Unity, в противном случае последний выдаст ошибку.

Раздел 2. Начало работы

Вспомогательная литература

Обратимся к литературе, которая поможет нам изучить Unity3d, а именно, к Unity 3.x Game Development Essentials [2]. Книгу в свободном доступе можно найти в гугле, если вы предпочитаете бесплатный контент.
О чем книга? Пожалуй, обо всем, что только нужно для создания полноценной игры. Настоятельно рекомендую приобрести данную книгу и изучить самостоятельно.
Пару слов об игре и содержании книги. Ваш игрок оказывается на необитаемом острове, ему необходимо спастись, для этого он выполняет различные задания и, будем надеяться, спасается. Игру можно пройти за пару минут, однако создание игры занимает далеко не пару минут, даже не пару часов, пожалуй.
Книга содержит очень подробное руководство по созданию игры «с нуля». В ней описано многое, что вам, скорее всего, понадобится для создания вашей игры.

Книга написана на английском языке; тем, кто не знает английский, будет не сложно интуитивно догадаться о чем идет речь, ибо написана книга без особых премудростей.

На это стоит обратить внимание

Приведу несколько советов при создании игры в Unity3d.

º Коллайдеры
Что это такое — коллайдер? Коллайдер — это область пространства, при взаимодействии с которой выполняются те или иные скрипты, действия. Чтобы лучше понять что это такое, представьте, что вы подходите к автоматически открывающимся дверям универмага. За пару метров от дверей, срабатывает датчик и двери распахиваются перед вами, но если вы пройдете за три метра, то ничего не произойдет. Как раз та зона, в которой действует датчик движения, отвечающий за открывание дверей, и есть коллайдер. Вы входите в зону — двери открываются, выходите из зоны — и датчик уже никак не будет реагировать на ваше присутствие. Точно так же и в игре.
Так вот, о коллайдерах. Предположим, мы импортировали в наш проект автомобиль и хотим сгенерировать для него коллайдер. Можно сгенерировать автоматически коллайдер для всего автомобиля, но тогда для каждой детали автомобиля — фары, уплотнителя, зеркала, покрышки — будет сгенерирован свой коллайдер.

Это абсолютно не оптимально. Безусловно, нам не нужно генерировать столь большое количество коллайдеров, достаточно ограничиться одним!

Обратите внимание, что это не тонкость. Стараться сэкономить память нужно везде. У вас есть какое-то место в игре, куда игрок не сможет попасть? Не генерируйте никакие коллайдеры для этого места вообще. У вас есть дверь, которую вы импортировали в проект из 3Ds max’а? Небось, она очень хорошо прорисована (сам сталкивался с тем, что у двери даже шурупы были прорисованы отдельным объектом), значит, создайте один box-коллайдер для всей двери — вы сэкономите много памяти! Поверьте, что вам эта сэкономленная память еще очень и очень пригодится.

º Оптимальная работа со сценами
Поговорим об оптимизации сцен, о самих же сценах будет речь вестись далее.
Представьте следующую ситуацию: у нас есть сцена «home» — когда игрок находится в здании и сцена «street» — когда игрок выходит из здания на улицу. Естественно, из второй сцены мы можем видеть дом, т.е. часть первой сцены, и наоборот (если, конечно, у здания есть окна). В таком случае оптимально следующее построение сцен. В первой сцене все, что касается улицы (т.е. того места, куда мы не можем попасть без перехода на другую сцену) надо максимально упростить. Иными словами, нам нужно оставить только внешний вид вида из окна, а всю начинку — распотрошить. Т.е. все коллайдеры удалить, разрешение и т.п. свести к минимуму. Действительно, зачем процессору напрягаться с обработкой той местности, которую мы не можем посетить? Аналогичным образом поступаем со второй сценой («street»). В данном случае мы можем вообще все удалить из дома и оставить только его «коробку».
Вы хотите создать minimap? Пожалуйста, только избавьтесь от всех коллайдеров и снизьте разрешение, в таком случае ваша игра будет оптимальна.
Именно таким образом работа со сценами становится оптимальной. Еще раз отмечу, что это не тонкости, это серьезные вещи, которые требуют внимания создателя.

Сцены

Готовая игра — это набор сцен, соединенных между собой (точно так же, как и жизнь — это набор дней). Об оптимальном проектировании игры мы сейчас и поговорим.
Прежде чем создать свой проект — подумайте, что он должен в себя включать (какие сцены). Составьте список сцен (на листочке), обдумайте, что каждая сцена будет в себе содержать. Теперь постарайтесь каждую сцену разбить на подсцены, чем больше их будет, тем легче будет вашему ЦП. Конечно, не стоит перебарщивать с количеством сцен. Предположим, что ваш игрок находится в здании и из него никогда не выходит, в здании есть, например, пару этажей, крыша, а на каждом этаже имеется три комнаты. В данном случае, по моему мнению, было бы оптимально «разбить» здание на две сцены — два этажа и крыша. Дробление же каждого этажа на сцены с комнатами — не оптимально. Это просто не нужно, если каждая из комнат слабо загружена. Иными словами, надо грамотно расходовать память процессора, но и забывать о получении удовольствия от игры тоже не стоит.

Отладка

Помните, что хороший создатель должен учитывать то, что его игра, либо приложение, будет использоваться на различных ЭВМ, а это означает, что свой контент необходимо отладить так, чтобы он мог использоваться на различных устройствах. Самый очевидный и важный момент отладки — оптимизация приложения под различные разрешения экранов. Это важный момент и создатель игры обязательно должен обратить на него свое внимание, в противном случае, результатом своей работы сможет быть доволен только он один.

Структурирование

Раздел 3. Практические советы

Помните золотое правило: хорошая программа не та, которая написана тяп-ляп и отлажена до предела, хорошая программа та, которая пишется сразу правильно и требует минимальных «затрат» на отладку. Если вы будете пользоваться этим правилом, то у вас все будет намного лучше чем у тех, кто этим правилом не пользуется.

Написание скриптов

Увы, этот подраздел будет совсем короткий. Просто старайтесь сначала представить то, что вы хотите реализовать, затем попробуйте описать словами алгоритм, а далее — преобразовать слова в работающий код. Используя книгу, о которой речь шла выше, вам навряд ли придется сильно потеть над разработкой кодов и других вещей, повторюсь, что в книге описано практически все, что только может понадобиться, а все, что не описано — легко додумать самому.

Видеоуроки

К счастью, программный продукт Unity обновляется постоянно, но, увы, видеоуроки сами это делать не могут. Получается так, что огромное количество видеороликов, актуальных год назад, теряют свою актуальность и становятся, попросту, бесполезными.
1 — здесь вы всегда найдете актуальные видеоуроки, понятное объяснение, детальный разбор скриптов и всех действий. Лучше этого канала пока что ничего не нашел. Если вы не имеете вообще никакого представления о создании игры, то вам однозначно нужно заглянуть на данный канал. 2 — серьезная команда, видеоуроков только, жаль, меньше, чем у 1. 3 — есть полезные вещи, жаль только, что видеоуроки стали почти неактуальными.

Устранение ошибок

Unity3d — такой движок, что если у вас имеются ошибки в написании скриптов, то игра ваша не запустится. Если же нет явных ошибок, то игра запускается, если что-то идет не так, то консоль вам об этом обязательно сообщит.
Это предупреждения, они просто говорят вам о возможных недочетах, недоработках:

Это ошибки, если такие имеются, то игра не запустится:

Раздел 4. Завершение работы

Выводы

Unity3d — очень гибкий движок, предоставляющий большую свободу действий пользователю. Чтобы упростить жизнь разработчику и потребителю, можно предпринять некоторые шаги для оптимизации своего проекта.
Теперь мы, с заложенной базой знаний, можем спокойно приступать к созданию своего ультра-популярного приложения!

Публикация игры

Свою готовую игру можно опубликовать на одном из игровых сервисов, например, на www.kongregate.com

*Оптимизация

Если вы читаете данный подраздел, то либо вам просто интересно, что здесь написано, либо вы не прочитали NB! из раздела 2. Будем надеяться, что вы относитесь к первой категории. В данном подразделе еще раз хочется отметить то, что нужно сразу писать игру оптимальной, а не писать ее хоть как-то, и только затем отлаживать — это гиблый путь и поступать так не стоит. По поводу оптимизации — еще раз обратитесь ко второму разделу.

Раздел 5. Дополнительная информация

Теория графики

Практика без теории бывает не очень уж и интересной, поэтому советую ознакомиться с теорией компьютерной графики. www.intuit.ru/department/graphics/graphalg/lit.html
Протестировать свои теоретические знания можно тут www.intuit.ru/department/graphics/graphalg

Полезные ссылки

Мнение

Unity3d действительно мощный движок [4], с помощью которого можно создавать настоящие, работающие игры. Однако, как и у любого программного продукта, у него есть, по моему мнению, свои недостатки.

º 2D графика
Считаю, что это самый главный провал Unity. Полное отсутствие нормальной, адекватной работы с 2D графикой. Имеется ввиду создание 2D-игр. Создать такую игру можно, но придется сильно напрягаться и извращаться. Если разработчики Unity смогут доработать этот недостаток, то, это будет очень и очень хорошо.

º Префабы
Хотелось бы видеть больше префабов, каких-то готовых вещей, объектов, например, домов, предметов элементарного интерьера — столов, стульев. Да, это все есть в магазине Unity[5], но, увы, многие вещи там платны, а бесплатные продукты лишь изредка достойны внимания. Отдельный разговор про 3rd person controller — извините, но это просто неприемлемо:

º Оптимизация изображения
Хотелось бы, чтобы работа с оптимизацией изображения под различные разрешения экрана была проще. Ведь достаточно чуть-чуть поработать с преобразованием координат и тогда не надо будет задумываться о том, что надо вычислять размеры, координаты через размер (разрешение) экрана.

Источник

Импорт 3D-моделей в Unity и подводные камни

Представляем третью статью нашего цикла о работе с 3D-моделями в Unity. Предшествующие статьи: «Особенности работы с Mesh в Unity» и «Unity: процедурное редактирование Mesh».

В мире компьютерной графики существует множество форматов представления 3D-моделей. Некоторые из них позиционируются как универсальные, другие — как оптимизированные под конкретные задачи или платформы. В любой сфере мечтают работать с универсальным форматом, но реальность говорит нам «нет». Более того, из-за такого зоопарка получается порочный круг: разработчики «универсальных» инструментов придумывают свои внутренние форматы для обобщения предыдущих, увеличивая популяцию и плодя средства преобразования форматов. Так появляется проблема потери или искажения данных при конвертации. Проблема стара как мир (мир IT, конечно), и она не обошла стороной импорт моделей в Unity.

В этой статье мы расскажем о некоторых трудностях, с которыми приходится сталкиваться при работе с моделями в Unity (особенности функционирования ModelImporter, разница представлений 3D-объектов и др.), а также о том, какие инструменты мы создали, чтобы эти трудности преодолеть.

Особенности работы ModelImporter

Напомним, что для API видеокарт минимальный и единственный трехмерный примитив — это треугольник, в то время как геометрия в FBX, например, может быть представлена в виде четырехугольников. Современные 3D-пакеты для создания моделей, как правило, допускают различные уровни абстракции, но и там рендер результата происходит посредством треугольников.

При этом многие инструменты заточены на работу именно с четырехугольниками, что подталкивает 3D-художников использовать этот примитив как основной. В таких случаях в ТЗ часто требуется триангулировать модель перед внедрением. Если триангуляцию не сделали, соответствующий модуль Unity в стандартном режиме выполняет ее автоматически при добавлении файла. Из-за этого появляются ошибки, поскольку алгоритмы триангуляции в разных пакетах реализованы по-разному. При выборе диагонали для разбиения четырехугольника возникает неоднозначность, отсюда большинство проблем, которые можно разделить на две группы.

Первая связана с корректностью отображения формы модели. Так, форма непланарного четырехугольника напрямую зависит от выбора диагонали.

Сюзанна, триангулированная в Blender (Quad Method: Beauty) и в Unity (автоматически при импорте)

Кроме того, алгоритм запекания карты нормалей использует данные о разбиении, из-за чего разница в триангуляции может порождать артефакты в виде креста на блике.

Самокат здорового человека и самокат курильщика

Проблемы второй группы встречаются в текстурной развертке. Например, у нас есть четырехугольник с достаточно тупым для возникновения ошибки углом. При предварительном просмотре в 3D-пакете он разбивается одной из диагоналей на два вполне себе складных треугольника.

Исходный полигон

Полигон, триангулированный в Blender

Однако после импорта в проект обнаруживается, что этот четырехугольник разбит другой диагональю и что один из треугольников либо вообще вырожден, либо близок к тому.

Полигон в Unity с треугольником, близким к вырожденному (правый треугольник практически неотличим от отрезка)

Причиной проблем, связанных с вырожденностью полигонов, являются погрешности в вычислениях с плавающей запятой, а также особенности пиксельной интерполяции при рендеринге. С такими треугольниками происходит черт-те что: они дергаются, каждый кадр меняют цвет. Крайне малая величина поперечного сечения создает сложности при обработке света, из-за чего части динамических объектов могут мерцать. Да и в недетерминированности запекания карты освещения тоже нет ничего хорошего.

Я 3D-пакет, я так вижу

В 3D-моделировании часто возникает разница между фактическим количеством вершин и их количеством в 3D-пакете. Суть проблемы заключается в информации, которая требуется для обработки видеокартой. Структура данных для вершины предопределена и включает в себя позицию, нормаль, касательную, координаты текстурной развертки на каждый канал и цвет. То есть в одну вершину две нормали не запихнуть.

Для некоторых художников же не всегда очевидно, что вершина определяется не только своей позицией. Моделлеры прекрасно знают понятия Hard/Soft Edges и UV Seams, но не все осознают, каким образом они реализованы программно. Дополнительно сбивают с толку 3D-пакеты, которые в стандартном режиме показывают количество вершин как количество уникальных позиций.

Так, обычный примитив Cube геометрически представим 8 вершинами. Однако чтобы корректно передать отражение света от каждой грани и правильно наложить текстуру, в каждом углу куба необходимо по 3 вершины с одинаковой позицией, но разными нормалями и текстурными координатами, поскольку в каждом из углов сходится по 3 ребра. Этому моменту посвятили небольшой блок документации. Там же можно посмотреть примеры.

Метрики куба в Blender

Метрики куба в Unity

Хватит это терпеть!

Столкнувшись с этими и подобными проблемами, мы решили создать инструмент анализа и валидации моделей при импорте в проект Unity. Иначе говоря, кастомный валидатор, который на запрос «Ешь!» ответит: «Не буду! Переделывай», — или выплюнет наборы предупреждений и значений различных параметров, оповещая о том, что ему что-то невкусно.

Для анализа и проверки мы разработали следующий функционал:

Подсчеты количества уникальных позиций вершин, Hard Edges, UV Seams и раскрашенных вершин — необходимы для проверки соответствия задуманной художником модели той, что была импортирована в Unity. Этот функционал также позволяет следить за соблюдением требований к оптимизации модели (например, чтобы количество вершин не превышало определенное значение). Из-за все той же особенности 3D-пакетов, которые показывают по факту количество уникальных позиций, бывают случаи, когда метрика числа вершин в редакторе моделей удовлетворяет этому ограничению, однако после внесения файла в проект может оказаться, что это не так.

Вычисление AABB и его центра — позволяет определить смещение модели относительно начала ее собственной системы координат. Это необходимо для предсказуемого позиционирования ассетов, которые инициализируются в сцене уже во время работы приложения. Так, AABB здания по-хорошему должен иметь minY = 0, а какой-нибудь люстры, которая крепится к потолку — maxY = 0.

Выход координат вершин UV-развертки за диапазон 0.0–1.0 — в большинстве случаев (например, если текстура должна тайлиться на модели) предусмотрен. Часто такой подход используется для представления в сцене множества низкодетализированных мелких объектов (растительности) и/или находящихся вдалеке, а также замощения больших однородных объектов (зданий). В случае тайлинга значениям координат конкретного UV-канала просто обрезают целую часть на уровне шейдера, если Wrap Mode текстуры установлен в Repeat.

Представьте теперь, что вы уложили текстуру в атлас (и накрыли одеялком :3). В шейдер будут приходить уже преобразованные координаты, соответствующие атласу (x * масштаб + смещение). Никакой целой части на этот раз вероятнее всего уже не будет и обрезать будет нечего, а модель залезет на чужую текстуру (одеялко оказалось маленьким). Эта проблема решается двумя способами.

Первый предполагает, что вы заранее обрежете целую часть у координат развертки. В этом случае появляется вероятность взаимоналожения полигонов, о чем мы поговорим ниже.

Второй основывается на том, что тайлинг текстур по своей сути — это метод оптимизации. Вам же никто не запрещает увеличить размер и просэмплировать нужный кусок на всю модель. Однако таким образом полезное пространство атласа будет использовано неэффективно.

Наложения в текстурной развертке — тоже чаще всего не случайны: они нужны, чтобы эффективно использовать площади текстуры. Бывает, что ошибку совершает новичок, старший товарищ это видит, произносит крепкое словцо и новичок больше так не делает. Но бывает, что наложение настолько мелкое и находится в настолько неожиданном месте, что и старший товарищ может его не заметить.

В опытном коллективе незамеченные на базовой развертке ошибки попадают в проект чуть чаще, чем никогда. Другое дело, когда меняются условия использования уже готового контента.

Пример. Мы работали с набором моделей для динамических объектов в игре. Поскольку не было задачи запечь для них свет, в UV-развертке допускались наложения.

Пример базовой UV-развертки с наложениями (показаны красным)

Однако затем мы решили не использовать эти модели как динамические, а расставлять их в качестве статичного декора на уровне. Для оптимизации, как известно, освещение статических объектов в сцене запекают в специальный атлас. Отдельного UV2-канала для карты освещения у этих моделей не было, а качество работы автоматического генератора в Unity нас не устраивало, поэтому мы решили как можно чаще использовать базовую текстурную развертку для запекания.

Здесь и возникли явные проблемы с корректностью освещения. Очевидно, что лучи, попадающие какой-нибудь статуе в глаз, не должны создавать блики на пятой точке на затылке.

Некорректно запеченное освещение модели (слева) и исправленное (справа)

Unity при формировании карты освещения в первую очередь пытается использовать UV2-канал. Если он пустой, то используется основной UV, если и этот пуст, то извините, нате вам исключение. Запечь модели в карту освещения без предварительно подготовленного UV2 в Unity можно двумя способами.

В качестве первого Unity предлагает автоматическую генерацию UV2 на основе геометрии модели. Это быстрее, чем делать вручную, к тому же данный инструмент можно настраивать с помощью нескольких параметров. Но даже несмотря на это, итоговое наложение светотени часто неудовлетворительно для высокодетализированных объектов из-за швов и затеканий в неположенных местах, к тому же упаковка частей такой развертки не самая эффективная.

Второй способ — использовать базовую UV-развертку для запекания. Очень даже привлекательный вариант, поскольку при работе с одной текстурной разверткой меньше вероятность совершить ошибку, чем при работе с двумя. По этой причине мы стараемся минимизировать количество моделей, в базовой UV которых присутствуют наложения. Созданный инструментарий помогает нам это осуществлять.

Проверка текстурной развертки на достаточность заданного пиксельного отступа при заданном разрешении текстуры — более точная валидация UV, основанная на растеризации. Подробнее об этом методе будет рассказано в следующей статье серии.

Подведем итог. Конечно, практически невозможно отследить все нюансы: иногда приходится мириться с несовершенством результата, чтобы выполнить задачу в срок. Однако выявление даже части таких недочетов позволяет ускорить разработку проекта и повысить его качество.

Источник