Моделирование в компьютерной графике — это процесс построения геометрического представления объектов, с которыми затем можно работать в сцене: освещать, текстурировать, анимировать и визуализировать. Главная цель — создать форму, которая корректно выглядит под разными углами, при любом освещении и на заданной дистанции, соблюдая технические ограничения проекта. В современном производстве 3D-моделирование — центральное звено пайплайна: от игры и кино до архитектурной визуализации и 3D-печати. Важно понимать, что «модель» — это не просто набор полигонов; это совокупность структуры (топологии), масштаба, координатных систем, UV-развертки, нормалей, материалов и метаданных, обеспечивающих ее корректную работу в дальнейшем.

Любая 3D-сцена опирается на базовую математику: координатные системы (мировая, локальная, видовая), преобразования (перемещение, поворот, масштаб), нормали и ориентация осей (правило правой руки, Y-up или Z-up). Модель обычно представлена полигональной сеткой, состоящей из вершин, ребер и многоугольников (чаще треугольники и четырехугольники). Важна ориентация нормалей — направление перпендикуляров к поверхности, определяющее освещение и видимость. Для игры или печати модель должна быть «замкнутой» (manifold), без дыр, самопересечений и перевернутых нормалей. Нельзя забывать о единицах измерения: задайте систему метров/сантиметров, проверьте масштаб и pivot (центр преобразований), чтобы избежать проблем при экспорте в игровой движок или рендер.

Самый распространенный подход — полигональное моделирование. Оно дает полный контроль над формой, поддерживает детальные правки и легко оптимизируется. Основные инструменты: extrude (выдавливание), bevel (фаска), inset (вставка), loop cut (резка лупов), bridge (соединение), shrinkwrap (проекция на форму), mirror и array (модификаторы симметрии и повтора), а также булевы операции (boolean). Для сглаживания формы применяют subdivision surfaces (сабдив, например, алгоритм Катмулла–Кларка) и управляющие ребра (support loops). Здесь важно грамотно планировать топологию: преимущественно четырехугольники, петли вокруг деформирующихся зон (глаза, локти), избегание длинных треугольников и N-gon’ов в критических местах, равномерную плотность сетки и аккуратные полюса (вершины с 5+ ребрами).

Для технически точных форм востребованы NURBS и сплайны: гладкие, параметрические поверхности, задаваемые контрольными кривыми. Это удобно для CAD, автомобильного и промышленного дизайна, где важны непрерывность кривизны и идеальные стыки. Однако большинство рендеров и движков работают с полигонами, поэтому NURBS-поверхности часто конвертируют в сетку с контролем плотности триангуляции. Такой гибридный пайплайн позволяет сначала спроектировать изделие параметрически, а затем оптимизировать под визуализацию или игровые ограничения.

Органические формы удобно создавать методом скульптинга (например, в ZBrush или режиме Sculpt в Blender), где художник «лепит» миллионы полигонов, не думая о рациональной сетке на раннем этапе. Далее выполняется ретопология — построение чистой, анимационно-дружественной сетки с правильными лупами. Детали с высокополигональной скульпт-модели переносятся в карту normal и/или displacement с помощью baking. Такой подход объединяет выразительность скульпта и эффективность низкополигональной геометрии, что критично для игр и интерактивных приложений.

Для больших сцен и повторяющихся структур незаменимо процедурное моделирование. Нодовые системы (например, Houdini, Geometry Nodes в Blender) позволяют описывать форму как рецепт: от генерации каркаса до рассеивания деталей и разрушений. Преимущества — недеструктивность (можно менять параметры в любой момент), вариативность и автоматизация. Процедуры комбинируют размещение модульных блоков, L-системы для растительности, рандомизацию, булевую геометрию и scatter для засыпки ассетов по поверхности. В результате создаются сложные города, скалы, леса без ручного моделирования каждого элемента.

Особый класс — воксельное и имплицитное моделирование. Воксели — объемные пиксели, удобные для медицины, разрушений и 3D-печати. Имплицитные поверхности, заданные полями расстояний (SDF) или метаболами, устойчивы к булевым операциям и легко сглаживаются. Такие представления быстро ремешатся в чистую полигональную сетку с нужной плотностью. Это полезно, когда требуется «слипание» форм, вырезы сложной конфигурации или последующая генерация «водонепроницаемой» оболочки.

Чтобы процесс был контролируемым, придерживайтесь отработанного пайплайна. Сначала собираются референсы (виды, размеры, материалы), формулируются требования к полигонам, текстурам, LOD. Затем блокинг формы крупными примитивами — оценка силуэта и пропорций. После этого уточняем детали, держим симметрию и масштаб, настраиваем pivot для удобства трансформаций. Параллельно продумываем, какие части будут модульными, что можно инстанцировать, что лучше запечь в текстуры. На этом этапе полезно вести версионность файла и чёткую структуру сцены.

Качественная топология — залог хорошего шейдинга и деформации. Правила практики: используйте quads там, где возможна деформация; направляйте edge loops вдоль предполагаемых складок; распределяйте плотность сетки равномерно, увеличивая ее только там, где действительно нужна форма; минимизируйте N-gon’ы в зонах кривизны; следите за полюсами и их расположением вне наиболее видимых участков. Для жестких объектов (hard-surface) применяйте контрольные ребра и фаски вместо чрезмерного сабдива; для органики — плавные переходы и чистые лупы вокруг суставов.

Далее следует UV-развертка. Это перенос поверхности модели на плоскость, чтобы можно было наносить текстуры. Ключевые принципы: грамотно ставьте швы в местах естественных разрезов, поддерживайте texel density — одинаковый масштаб пикселя по всей модели, избегайте растяжений (используйте чекерные текстуры для контроля), упаковывайте острова с минимальными зазорами и правильной ориентацией. При необходимости применяйте UDIM для высокодетализированных ассетов, допускайте зеркальное наложение UV для симметричных частей, если это не конфликтует с уникальными следами износа.

Завершает этап подготовки внешний вид через текстурирование и материалы. В современном пайплайне используется PBR (physically based rendering) с картами albedo/base color, roughness, metalness, normal, дополнительно ambient occlusion, curvature, height и маски. Следите за цветовыми пространствами: карты цвета в sRGB, технические — в линейном. Формат нормалей различается: OpenGL (зелёный канал вверх) и DirectX (зелёный канал вниз). Для игр часто запекают мелкие болты, швы и вмятины в нормали и AO, чтобы не раздувать геометрию. Удобно работать в Substance 3D Painter или аналогах, где есть умные маски и процедурные эффекты износа.

С оптимизацией связаны LOD (уровни детализации) и чистка сетки. В реальном времени модель должна иметь разумный бюджет полигонов, корректно настроенные smoothing groups или hard edges, разнесенную UV для lightmap при необходимости, минимальное число материалов и правильную группировку в инстансы. Для далеких расстояний подготавливают пониженные LOD, иногда с impostor-текстурами или биллбордами. Не забывайте про triangulate на экспорт, чтобы избежать непредсказуемой триангуляции движком и артефактов шейдинга.

Экспорт — ответственный момент. Проверяйте единицы измерения и оси (например, Y-up в Unity, Z-up в некоторых DCC), применяйте трансформации (freeze/apply), удаляйте историю модификаторов, именуйте объекты понятно. Типичные форматы: FBX (универсальный, поддерживает скелеты), OBJ (простая геометрия и UV), GLTF/GLB (современный обмен с материалами PBR), STL (для 3D-печати). При переносе в игровой движок убедитесь, что скейл равен 1, повороты сброшены, а pivot расположен логично (например, у дверей — на петлях).

Не пропускайте финальную проверку качества. Список контроля полезно держать под рукой:

• Нет ли non-manifold геометрии, дублированных вершин, скрытых внутренних полигонов?
• Правильная ли ориентация нормалей, нет ли «черных» полигонов и разрывов сглаживания?
• Стабильна ли топология при сабдиве, не появляется ли заломов?
• Ровная ли UV-развертка, соблюден ли texel density, не проседает ли разрешение на мелких деталях?
• Корректно ли запечены карты (normal, AO, curvature), нет ли артефактов от пересечений?
• Материалы PBR соответствуют физике: металлы — металлические, диэлектрики — с корректным альбедо и шероховатостью.
• Выполнены требования проекта: лимиты по полигонам, числу draw calls, LOD, размеру текстур.

Под разные задачи требования меняются. Для 3D-печати нужна водонепроницаемая оболочка, достаточная толщина стенок, отсутствие тонких «висюлек», формально корректная STL-геометрия, проверка поддержки и усадки материала. Для архитектурной визуализации допускается более высокий поликаунт, акцент на реалистичные PBR-материалы и точные размеры. Для AR/VR — минимизация веса, агрессивные LOD и оптима текстур (например, атласы и сжатие). В мобильных проектах критично число материалов и использование инстансинга вместо дублирования геометрии.

Современные тренды дополняют классические методы. Фотограмметрия и 3D-сканирование позволяют быстро получить реалистичные модели окружения, после чего делают ретопологию, чистку и запекание карт. Появились нейросетевые представления сцены — NeRF и Gaussian Splatting, которые используют плотные поля для захвата внешнего вида. Они уже применяются в превизуализации и контенте, но для игровой интеграции всё равно востребованы оптимизированные полигональные модели. Сочетание процедурного моделирования, сканов и ручной доводки становится гибким и производительным стандартом.

Если собрать «пошаговый» рабочий план, он может выглядеть так:

1. Сбор референсов, постановка требований (полигоны, текстуры, LOD, платформы).
2. Блочное моделирование: крупные формы, симметрия, проверка силуэта.
3. Детализация: логические фаски, сабдив/контрольные ребра, булевы вырезы с последующей чисткой.
4. Ретопология при необходимости, выравнивание плотности сетки.
5. UV-развертка, упаковка островов, проверка растяжений.
6. Bake карт с хай-поли на лоу-поли, настройка PBR-материалов.
7. Оптимизация: LOD, инстансинг, атласы, чистка истории и трансформаций.
8. Экспорт (FBX/GLTF), проверка в целевом рендере или движке, финальный QA.

В качестве практического совета напомню о распространенных ошибках: чрезмерно плотная сетка без необходимости; отсутствие фасок (на рендере все грани идеально острые — нереалистично); неаккуратные boolean с «грязной» топологией; несогласованный масштаб и pivot; недостаточная проработка UV или смешение цветовых пространств при экспорте карт; отсутствие LOD для сложных ассетов в реальном времени. Чтобы их избежать, работайте итеративно: проверяйте модель на ранних этапах в тестовой сцене с базовым светом, используйте контрольные материалы и чекерные карты, не бойтесь применять процедурные инструменты для рутинных задач.

Итог: качественное моделирование в компьютерной графике — это сочетание художественного видения и технической дисциплины. Освоив полигональные операции, скульптинг, процедурное моделирование, принципы топологии, UV-развертку и PBR, вы сможете создавать ассеты, которые одинаково хорошо выглядят в рендере и работают в реальном времени. Начинайте с простых задач —, например, смоделируйте предмет быта с корректной разверткой и материалом, затем постепенно переходите к модульной архитектуре и персонажам. Регулярная практика, продуманный пайплайн и внимание к деталям делают из ремесла систему, а из набора инструментов — надежный творческий процесс.