Создание игровой модели пульта управления вагона 81-710 "Еж-3".

Обновлено 17.04.17

В настоящий момент в игровой индустрии появляются все более инновационные подходы для создания реалистичной графики. Использование автоматизированных процессов, фотограмметрии позволяют делать виртуальный мир все более детализированным и легкодоступным для создания его все более широкому кругу людей. Именно в детализации объектов и нестандартных решениях «игры» с окружением, на мой взгляд, будущее игровой индустрии.

В этой статье я хочу поделиться своим опытом создания реалистичной модели органа управления вагоном метрополитена типа 81-710 «Еж-3» (производство 70-х годов 20 века в СССР) для игрового симулятора вождения метро - Metrostroi, который работает на движке Source Engine. Вопрос, на который я попытался ответить в этой статье, это принципиальная возможность комбинирования двух различных подходов текстурирования: так называемый «классический метод» и новый, подразумевающий использование масок и тайленых материалов, а также процедурного текстурирования, его потенциальное применение вместе с «классическим подходом» и в дальнейшем процедурным способом на современных движках. Для данного типа метропоезда в игре была задача создать высокую степень соответствия игровой и реальной моделей для максимальной передачи опыта вождения.

Отдельно стоит упомянуть, что данные составы остались в эксплуатации лишь в Харькове (Украина), Будапеште (Венгрия, модель «Ев3») и Праге (Чехия, модель «Ечс»), так что достать какую-либо информацию, в том числе и фотоматериалы по ним, практически очень сложно. Для создания самой модели я изучил большое количество референса из различных исторических источников и технические материалы вагоностроения СССР, а также актуальный фотоматериал и размеры реального пульта (снятого с неработающей машины). Для создания внешнего вида модели я определил несколько «ключевых материалов» для их дальнейшего процедурного генерирования и, на их основе, завершил детализацию внешнего вида.

Референс

Перед началом работы был собран фотоматериал из ресурсов которые позволяли найти информацию по кабине данного типа метровагонов. К сожалению, работающих подобных машин практически не осталось, так как практически все из них прошли капитальный ремонт с изменением внутреннего убранства, однако, не хотелось оставлять из-за этого эту веху отечественного вагоностроения в стороне.

Моей задачей было воссоздать максимально оригинальный облик состава и главным образом его органов управления. Собранный материал из нескольких десятков фотографий плохого качества можно было использовать как референс и в дальнейшем экстраполировать полученную информацию для 3D модели, однако, этого было не совсем достаточно.

Я пошел другим путем и в этом мне помогли сотрудники Московского метрополитена, а также энтузиасты, занимающиеся созданием тренажёров машиниста метропоезда для Центра профориентации. Они смогли снять «свежий» пульт с оригинальной модели, имеющей систему автоматического ведения метропоезда (Система САММ — ведение поезда без фактического участия машиниста, ведение осуществлялось при помощи автоматики), которая испытывалась в 70-х годах в Московском метро.

Так удалось получить актуальный фото материал оригинальной модели, сделать замеры и фото для дальнейшего создания текстур. С учетом этого низкополигональная и высокополигональная модель с добавлением деталей были сделаны довольно быстро. После запекания карты нормалей, все было готово для дальнейшей работы. 

Создание основных материалов

Для создания процедурных текстур было выбрано три основных типа поверхности, имеющиеся на пульте, это:

1. Светлое лакированное дерево

2. Молотковая эмаль (сталь, покрытая специальным раствором с пигментами металлов, предотвращающая коррозию)

3. Алюминиевые поверхности

Для создания бесшовных текстур Лакированного дерева и Алюминия я использовал в качестве основы фотоматериал после небольшой обработки. При помощи программы "Substance B2M" в добавок к картам Альбедо (Цвета) были добавлены карты отражения и металличности, а также карты нормалей для всех трех материалов. 

Для создания Молотковой эмали потребовалось сделать дополнительную карту высот и нормалей для правильной передачи «ребристого» металла на поверхности. Для этого из фото материала была создана «питченная» текстура карты высот, которая состоит из точек разных оттенков серого, указывающих «высоту» поверхности.

В результате в качестве базы получилось хорошее соответствие материала с реальностью. Сравнение фото и модели можно увидеть на рисунках ниже соответственно. В качестве особенности этого этапа можно отметить применимость этих трех созданных базовых материалов и в современном подходе текстурирования, то есть без учета плотности UV развертки как перспективным методом в будущем. 

Маски

Для работы с надписями и другими определенными элементами на пульте, такими как сколы и потертости были использованы маски материалов или маски для слоев каналов Шероховатости, Металличности, Высоты. Отдельную задачу представляли из себя надписи в местах для установки тумблеров и кнопок, а также подписи к приборам. Для их создания использовались специально созданные маски из фотоматериала, предварительно обработанные графическим редактором. 

В результате наложенные на модель надписи были немного «вдавлены» внутрь металла, для имитации грубой штамповки при помощи параметра высоты на текстуре.

Для потертостей я практически не использовал распространенные механизмы создания процедурных «потертых краев». Так как некоторые потертости образуются определенным путем в процессе эксплуатации машины и их невозможно создать программно.

Каждая потертость, грязь, как правило, индивидуальна. На этой основе я также подготовил маски для каналов шероховатости, металличности и цвета для создания круговых потертостей в местах посадки кнопок и тумблеров, а также грязь возле деревянных молдингов. 

Тумблеры, кнопки, измерительные шкалы...

Для создания кнопок и тумблеров была изучена литература 70-80х годов, посвященная ГОСТам, использовавшимся в то время при конструкционном производстве. Из литературы были получены чертежи и марки определенных переключателей использовавшихся в электротранспорте, что упростило процесс их создания. В создании текстур я пользовался тем же принципом, что и для создания пульта, не сильно играя с потертостью, так как переключатели и кнопки, это расходные элементы, которые часто заменяются. 

Во время создания текстуры измерительных приборов я столкнулся с проблемой — различие ГОСТов шкал измерительных приборов в различные годы производства. Я выяснил, что, в основном, измерительные приборы СССР имели классы, (к примеру, М4200 или М363) каждый из которых соответствует определенным приборам определенного временного промежутка производства. Пользуясь источниками в интернете я обнаружил каталог продукции и сканы приборов, того класса, которые использовались в процессе производства данного пульта — приборы серии М4200. По данному классу быстро нашлось огромное количество шкал амперметров, вольтметров и другой измерительной аппаратуры.

Однако, найденные мной шкалы не совпадали по числовым значениям с моим пультом, поэтому нужно было создать эти шкалы самостоятельно. Как уже упоминалось, сложность в том, что классический приборный шрифт ГОСТов сильно отличался в разных сериях. При помощи литературы я нашел номера советских ГОСТ шрифтов, которые были необходимы. Я был удивлен, что достать его в свободном доступе сейчас довольно сложно, ибо все уже давно в основном используют классический чертежный ГОСТ шрифт современного образца.

Таким образом, при помощи сканов и шрифта мне удалось воссоздать текстуры данных приборов хорошего качества и их соответствия реальным аналогам.

Пластиковые лампочки сигнализации на панели я легко получил из фото. Их материал — это полупрозрачный матовый пластик, который имеет сильное подповерхностное рассеивание. В своей работе я был ограничен стандартным «PBR-Roughness» шейдером (отсутствие текстуры для подповерхностного рассеивания), поэтому я использовал параметр Металличности. Несмотря на то, что это полностью диэлектрический материал, я использовал для него небольшое значение Металличности на текстуре с высокой степенью рассеивания света (Шероховатости), чтобы немного имитировать подповерхностное рассеивание. Результат получился довольно неплохим.

Сколы на Молотковой эмали, и ржавчина металла под ней тоже имеют свои особенности. Эта эмаль содержит металлопигменты алюминия, меди и цинка. ­­В результате их окисления и окисления стали под эмалью проделан момент «скола» с цветами окисленных воздухом металлов в этой эмали и стали. В основном это игра между оттенками синего и коричневого. Этот момент был полностью прорисован вручную.

Результаты

В целом использование двух подходов, описанных в статье дает хороший результат. Недостатком является зависимость от плотности UV и разрешения текстуры, так что даже в разрешении 2048x2048px текстуры все равно различимы «пиксели» при близком рассмотрении в некоторых местах. Однако, учитывая то, что были подготовлены заранее бесшовные текстуры вместе с масками под «надписи» их можно использовать для более современного алгоритма процедурного текстурирования — независимого от UV-развертки метода, который вместе с использованием SSS-алгоритма для матовых поверхностей (подповерхностного рассеивания) лампочек может дать очень хороший и более реалистичный вид в современных графических движках.

Ну и в результате можно посмотреть, как это выглядит в игре.

Ссылки

Artstation: https://www.artstation.com/artist/oldy702

vk.com: https://vk.com/old_ya

Metrostroi Subway Simulator сообщество в VK https://vk.com/metrostroi_official