Reaaliaikaisesti renderöidyn 3D-hahmon ihon teksturointi

Abstract

Tässä opinnäytetyössä käsitellään 3D-hahmon ihon teksturointia, kun tarkoituksena on renderöidä hahmo reaaliaikaisesti pelimoottorissa. Opinnäytetyön tavoitteena oli saavuttaa kattava ymmärrys ihon ominaisuuksista, kuten sen värityksestä ja pinnan muodoista, ja soveltaa tietoa näistä ominaisuuksista käytännössä opinnäytetyön teososassa. Opinnäytetyössä perehdytään erilaisiin asiantuntijalähteisiin, kuten kirjallisuuteen, artikkeleihin, tutkimuksiin, blogikirjoituksiin ja videomateriaaleihin.

Opinnäytetyö on rakenteellisesti jaoteltu neljään sisältölukuun. Ensimmäisessä sisältöluvussa käydään läpi valikoitua alan sanastoa liittyen tässä opinnäytetyössä käsiteltäviin aiheisiin. Toisessa sisältöluvussa käydään läpi perusteita tietokonegrafiikasta teksturoinnin käsittelyn pohjustamiseksi. Kolmannessa sisältöluvussa käsitellään ihon fysiologiaa sekä lääketieteeseen että tietokonegrafiikkaan liittyvien lähteiden kautta, jotta saavutetaan kattavampi ymmärrys ihon eri ominaisuuksista.

Viimeinen sisältöluku käsittelee teososan tuotantoa, jossa käydään läpi tekstuurien tuottamista 3D-hahmon päälle Zbrush- ja Substance 3D Painter -ohjelmilla. Esiin nostetaan erilaisia tapoja tuottaa korkeusdataa kappaleen pintaan sekä niiden hyödyntämistä käytännössä. Teksturoinnin jälkeen pää viedään renderöitäväksi Unreal Engine 4 -pelimoottoriin. Hahmon ihon sävyttimeen rakennetaan myös Unreal Engine 4:ssä toiminto, jolla ihonsävyä voidaan vaihtaa dynaamisesti säätämällä kromoforien määrää.

Teososan lopputuloksena saatiin aikaiseksi realistinen, reaaliaikaisesti renderöitävä, dynaaminen ihosävytin Unreal Engine 4:ssä. Teoriaan perehtymisen jälkeen saavutettiin myös artistin näkökulmasta kattava ymmärrys ihon fysiologiasta ja valon käyttäytymisestä sen kerroksissa. Työstä käy ilmi, kuinka teknologian ja ohjelmistojen kehitys muuttavat teksturoinnin ja sävyttimien rakentamisen työnkulkua sitä mukaa kun erilaisia työvaiheita saadaan automatisoitua.

This thesis covers the texturing of skin for a 3D character, when the intended use is creating a real-time render of the character in a game engine. The objective of the thesis was to achieve a comprehensive understanding of the properties of skin, such as its colouring and surface shapes, and to apply knowledge of these properties in the practical part of the thesis. Various expert sources on the covered topics are examined, such as literature, articles, studies, blog posts and video material.

The thesis is structurally divided into four primary content chapters. In the first content chapter a selected vocabulary of the field, related to the topics discussed in this thesis, is covered. In the second chapter the basics of computer graphics are briefly discussed, to gain a basis for the texturing process. In the third chapter, the physiology of the skin is discussed through sources related to both medicine and computer graphics, to achieve a more comprehensive understanding of the different properties of the skin.

The last content chapter covers the production part of the work, where the production of textures for the head of a 3D character in Zbrush and Substance 3D Painter is covered. Different ways of producing height data on the surface of an object are highlighted, as well as their practical use. After texturing, the head is imported to the Unreal Engine 4 game engine for rendering. A function is also built into the character's skin shader in Unreal Engine 4, with which the skin tone can be changed dynamically, by adjusting the chromophore fraction.

The result of the practical part was a realistic, real-time rendered, dynamic skin shader in Unreal Engine 4. A comprehensive understanding of the physiology of the skin and the behavior of light in its layers was also achieved, from an artist's point of view. The project shows how the development of technology and software changes the workflow of texturing and building shaders, as different parts of the workflow can be automated.