Боротьба з бездоганністю комп’ютерної графіки. Огляд «Повного посібника із фотореалізму» Ерана Дінура

Нещодавно мені трапилася до рук новинка від ArtHuss — «Повний посібник із фотореалізму для візуальних ефектів, візуалізації та ігор», і я хотіла б поділитися враженнями з перспективи концепт-художниці. Одразу зазначу, що оригінал вийшов у 2021 році, тож більшість «революційних» моментів для геймвіжуалів (як-от реліз Unreal Engine 5) не було розглянуто.

Створюючи навіть фентезійні середовища, варто пам’ятати: реалістичність — це питання імерсії глядачів. Тож до світла, властивостей матеріалів та їхньої взаємодії потрібно підходити із комплексними знаннями з фізики, хімії, теорії кольору та фотографії. Цей посібник дійсно формує цю базу, та чи релевантна вона для геймдеву — розбираємося у цьому аналізі.

Хто ж такий Еран Дінур

Хочу на мить зупинитися на постаті Ерана Дінура, адже це дійсно непересічна особистість. Наразі він працює супервайзером візуальних ефектів (VFX Supervisor) над новою стрічкою кіностудії A24 «Deep Cuts», а до того працював над «Марті Супрімом».

Він став лауреатом «Еммі» завдяки роботі над серіалом «Підпільна імперія» (Boardwalk Empire), а серед його найбільш примітних проєктів — «Залізна людина», «Маяк», «Термінатор: Спасіння прийде», «Трансформери: Помста полеглих», «Найвеличніший шоумен» та багато інших.

Варто зазначити, що він цілковито людина кінопродакшену. Це дещо звужує його референси щодо ігрових проєктів, проте аж ніяк не робить його експертизу менш цінною. В Україні у перекладі видавництва ArtHuss вийшли дві його книги: у 2024 році — «Посібник з візуальних ефектів для кінематографістів» та у 2026-му — «Повний посібник із фотореалізму для візуальних ефектів, візуалізації та ігор».

Секунда про книгу в руках

Необхідний освітній контент можна знайти у вільному доступі, курсах чи електронних ресурсах. Та коли ви вирішуєте придбати книгу — ви обираєте комплексний тактильний і когнітивний досвід, тож на мить зупинимось на першому.

Завдяки м’якій глянцевій обкладинці видання більше нагадує масивний фотоальбом, аніж класичний навчальний посібник. Якість друку досить висока, а ілюстрації — чіткі та насичені. Верстка та підхід до оформлення приміток із QR-кодами наприкінці розділів теж потішили. Усе це формує цілісний досвід занурення в контекст фотореалізму.

«Митці мають виходити за межі знань про конкретні програми чи техніки, повинні вивчати, як влаштований світ: як світло взаємодіє з різним матеріалами; як атмосфера змінює колір сонячного світла; як на поверхнях накопичуються пил і бруд; чим людський зір відрізняється від обʼєктивів камер; як влаштовані рослини...», — пише автор.

Як концепт-художниці мені дуже резонує ця думка, адже ключем до відтворення реалістичності у CG є особисте пізнання та дослідження світу у різноманітті його проявів.

Deep dive та огляд посібника

Книга складається з чотирьох частин: «Основні поняття», «Реальний світ», «Світ комп’ютерної графіки» та «2D-світ». Тож пропоную відповідно виділити чотири основні блоки.

Одразу зазначу, що теорія подана максимально доступно й ілюструється схемами, референсами та прикладами з кіно, архітектурної візуалізації, фотографії та, зрештою, трішки з геймдеву.

Частина 1: де ви дізнаєтесь про ефект «моторошної долини», краще зрозумієте психологію сприйняття реальності й навчитесь маніпулювати світлом

Еран Дінур підкреслює відмінність між поняттями «реалістичність» та «фотореалістичність». Першу він вважає поки що недосяжною для відтворення через відсутність технологій запису реальності безпосередньо через наші органи сприйняття (очі та мозок). Із цим важко не погодитися, адже все, що ми бачимо на екрані, спочатку має бути зафіксоване камерою.

Саме посередництво камери трансформує «реалістичність» у «фотореалістичність». Це змушує нас наслідувати не стільки фізичні властивості об’єктів, скільки їхню інтерпретацію об’єктивом з усіма його обмеженнями та недосконалостями. Ми бачимо розумом, і в цьому полягає найбільша розбіжність між технічною та психологічною інтерпретаціями.

Серед об’єктів, які ми намагаємось зафіксувати чи не найчастіше є люди. Часом наша CG-інтерпретація має достатньо ознак, щоб сприйматися достовірною, проте певні дрібні деталі викликають у нас підсвідоме відчуття страху. Це явище має назву «моторошна долина» (uncanny valley), і чи не найкращим його прикладом у кіно є «Полярний експрес» Земекіса.

На думку автора, хоч ігри дедалі більше нагадують фільми, VFX усе ще випереджає їх у фотореалізмі. Це зумовлено вимогами до рендерингу в реальному часі, лімітами полігонів, роздільною здатністю текстур, надійністю систем LOD та обмеженнями апаратного забезпечення. Коли усі ігрові середовища мають вміщуватися в камеру, що вільно рухається (зауважу, що це залежить від жанру та рішення розробників), для VFX визначеність позиції та руху камери дає хоч і незначну, проте перевагу, на думку експерта.

Операціям із кольором Еран Дінур приділяє особливу увагу й навіть пропонує власний «шестирівневий підхід» для організації та інтерпретації кольорів у чітку ієрархію.

Схеми-приклади роботи з основними інструментами (Gain, Gamma, Lift, Offset та Saturation) є надзвичайно корисними. Математичні діапазони та графіки значень input/output/impact точно потішать технічних спеціалістів.

Частина 2: де ви наздоженете шкільну програму з фізики, дослідите через камери та об’єктиви атмосферу та природу матеріалів

Автор наочно розбирає світло на хвилі й фотони, пояснюючи фізичні відмінності між різними видами освітлення: від прямого й непрямого (Direct/Indirect illumination) до фонового (Ambient light). Теоретичне пояснення взаємодії світла з матеріалами — відбиття, розсіювання, поглинання та контурних відблисків — є надзвичайно вичерпним. Та одним із моїх улюблених розділів став аналіз денного світла й атмосферних явищ.

Саме від волюметриків (volumetrics) та атмосфери залежить фінальне сприйняття сцени як фотореалістичної. Це не про ефемерний «вайб», а про ґрунтовне розуміння середовища: у джунглях вологість повітря та пил відіграють кардинально іншу роль, ніж у мегаполісі, де забруднення повітря продуктами людської діяльності є очевидною ознакою.

Однією з перших речей, що вчать у художніх школах є те, що тінь завжди є більш насиченою, ніж світло, а отже — ніколи чорною. Ми звикли до класифікації на cast shadows, occlusions, ambient shadows, проте автор пропонує інший підхід: він стверджує, що окремих типів тіней не існує, і лише «контактним тіням» надає унікального значення в контексті поєднання CG-елементів із 2D-матеріалами.

На «енциклопедичний» манір у книзі розглянуто властивості матеріалів за групами: діелектрики (ізолятори) та метали. Принципові відмінності в їхній взаємодії зі світлом автор аналізує через ефект Френеля та відповідні коефіцієнти.

Та відійдемо на мить від фізики до інструментів авторського контролю — недосконалостей, викликаних об’єктивами камер, або аберацій. У посібнику концентровано згадано більшість явищ: від боке та дисторсії до хроматичних аберацій, блюму та зернистості. Щоправда, приклад для унаочнення роботи з фокусом та діафрагмою мене все ж трішки «тригернув».

Частина 3: де на принципах рендерингу, шейдингу, текстурування й моделювання, ви побудуєте фундамент для будь-якого софту

Для третьої частини Еран Дінур обирає нетипову, але логічну для real-time структуру: він розглядає процес у зворотному порядку — від фінального рендерингу та освітлення до шейдингу, текстурування і, зрештою, моделювання.

У 70-х та 80-х роках піонери комп’ютерної графіки, проєктуючи перші джерела світла й алгоритми рендерингу, чітко усвідомлювали всі тогочасні обмеження. Тож свої напрацювання вони розцінювали радше як компроміси. Автор описує еволюцію рендерингу від алгоритму скайлайну до сучасного трасування променів (Ray Tracing).

«Рендер-рушій має одне, і тільки одне завдання: визначити, якого кольору піксель. Зрештою, після того, як сцена змодельована, текстурована, затінена й освітлена, все зводиться до одного питання: якого кольору цей піксель?».

У контексті трасування шляхів (Path Tracing) було цікаво дізнатися про підхід Монте-Карло. Це метод, що дозволяє пришвидшити ресурсомісткі обчислення за допомогою випадкової вибірки (семплінгу). Якщо узагальнити:

• Кожна сцена має свій поріг («золоту точку»), де збільшення кількості семплів уже не покращує картинку, але критично «їсть» ресурси.
• Надає розуміння того, що непряме дифузне освітлення (Indirect Diffuse) завжди «шумить» більше, дозволяє грамотно розподіляти частоту вибірки, зберігаючи продуктивність без втрати фотореалізму.

Дінур стверджує, що текстури впливають на фотореалізм сильніше за моделювання, і я з ним погоджуюся. Завдання художника — стимулювати максимальну кількість органів чуття через візуал. Ми не можемо торкнутися меша, проте маємо «обманути» мозок через правильну модуляцію властивостей шейдера: Roughness, Metalness, Displacement та Ambient Occlusion.

У книзі детально розібрано фізично коректний рендеринг (PBR) не як набір карт, а як систему взаємодії світла з матеріалом (BRDF). Теоретичний фундамент для процедурних текстур та текстур на основі зображень подано як універсальну базу, релевантну для будь-якого софту.

Під час моделювання боротьба з «ідеальністю» CG-об’єктів має балансувати між відтворенням реальних форм і розв’язанням проблем з артефактами чи лімітом полігонів. У геймдеві більшість компромісів втілюється не на етапі моделювання, а на менш «болісному» для оптимізації текстуруванні (наприклад, через запікання деталей у карти нормалей).

Частина 4: де ви повертаєтесь у 2D, та тепер гармонійно інтегровані у світ, що зрозуміли і реалістично відтворили

У фінальних розділах посібника автор застерігає від сприйняття композитингу та matte painting як простого процесу накладання шарів.

«По суті ключ до фотореалістичних результатів у 2D-просторі полягає в тому, щоб ніколи не думати про робочий простір як про 2D-простір: третій вимір, який, здавалося б, недосяжний, завжди слід враховувати за допомогою продуманого використання масштабу, перспективи, атмосфери й глибини різкості».

У кожного художника свій стиль. Якщо є ґрунтовне розуміння фізики світла, властивостей матеріалів та оптики, то немає особливої різниці, з чого ви почнете: з широких мазків чи із семплінгу значень. Зрештою, мета — швидко й легко поєднувати кольори для безшовної інтеграції. У цьому CG-художникам суттєво допомагають рендер-паси, які автор детально описує наприкінці.

Для фінального зображення Еран Дінур радить рендерити на 75–80% від повної роздільної здатності з подальшим апскейлом (кубічним або квадратичним фільтром). Це збереже чіткість, але позбавить картинку «цифрової» різкості, яку часто продукує софт. До того ж це економить час, а файл важитиме менше.

Тож для кого ця книга

В епілозі автор із нетерпінням очікував на реліз Unreal Engine 5 і висловлював упевненість щодо майбутньої ролі технологій реального часу. Як бачимо, він не помилився.

Уся теорія та приклади в посібнику є однаково корисним фундаментом як для фахівців із візуальних ефектів, так і для archviz-дизайнерів чи рендер-програмістів. Тут немає глибокого ігрового контексту чи навіть наочних прикладів з ігор, і я погоджуюсь, що для деяких це може стати мінусом.

На мою думку, такі книги важко сприймати без відкритих Blender чи Photoshop на екрані. Усі проаналізовані маніпуляції з кольором і світлом варто бачити та випробувати в реальному часі аби органічно засвоїти матеріал.

Еран Дінур дійсно запропонував спільноті ґрунтовний Посібник. Чи дає він інсайти щодо останніх інновацій у пайплайнах досягнення фотореалізму в іграх? Ні. Та чи зможете ви після прочитання вже не інтуїтивно, а впевнено працювати з Principled BSDF, пріоритезувати недосконалості та розуміти, як перенести фізику «за вікном» у свою 2D чи 3D сцену? Безумовно.

На сайті видавництва ArtHuss, яке видало цю книгу українською, діє промокод gamedevdou. Він дає знижку 15% на будь-які купівлі через кошик.

Підписуйтеся на Telegram-канал @gamedev_dou, щоб не пропустити найважливіші статті і новини