Топология в 3D: правила, без которых не обойтись начинающему

Когда начинающий 3D-художник создает свою первую «чистую» модель, все кажется вполне приличным: форма стабильна, силуэт ровный, рендер выглядит неплохо. Но стоит включить сглаживание или попробовать простую анимацию и поверхность ведет себя иначе: появляются заломы, странные переходы света. Проблема почти всегда в том, что нарушена топология. В этой статье мы разберем главные правила хорошей топологии вместе с экспертом Суртаевым Владимиром Геннадьевичем.

Топология — это внутренняя логика сетки. Она формирует то, как работает сглаживание, насколько ровно ложится затенение, как ведет себя геометрия под ригом и примет ли ее игровой движок без сюрпризов. Топологию часто воспринимают как скучную теорию, но в реальной работе это практический инструмент, который позволяет управлять формой.

Представьте каркас здания: именно он задает прочность конструкции. В 3D-моделировании похожая роль у петель и направлений ребер. Они формируют «несущую» структуру, которая удерживает форму под нагрузкой — например, при Subdivision Surface или риге.

Прежде чем добавлять детали, ставить бевелы и включать Subdivision, нужно навести порядок в сетке. Начинать стоит с трех типов геометрии, которые почти всегда становятся виновниками артефактов.

Subdivision Surface делит полигоны по определенным правилам. Эти алгоритмы рассчитаны на сетки из четырехугольников. Когда попадается n-gon, программа пытается «догадаться», как его разделить.

В итоге могут появиться:

• вмятины;

• непредсказуемые складки;

• «заваленные» грани на ровной поверхности.

Игровые движки и многие рендеры автоматически преобразуют геометрию в треугольники. Квад разбивается понятным способом, а вот n-gon можно разрезать десятком разных вариантов.

Отсюда проблемы:

• рваные силуеты;

• ломаное затенение;

• несовпадение сетки после экспорта в Unreal Engine или другой движок.

Вы видите одну форму в своей программе, а движок собирает ее иначе.

Наверное, у вас уже возник логичный вопрос о том, допустимы ли вообще n-gons. Честный ответ: лучше избегать их. Вместе с тем есть узкие случаи, где они не вызывают проблем. Например, на полностью плоских деталях без сглаживания; в местах, которые не участвуют в анимации или там, где нет необходимости в чистых edge loops.

В игровых движках вся геометрия в итоге превращается в треугольники, но в моделинге важен не сам факт существования треугольников, а место, где они находятся, и как они встроены в сетку. И вот здесь начинаются проблемы.

Если треугольник попадает туда, где поверхность должна сгибаться или растягиваться, возникают заломы, неестественные тени, разрывы плавной линии по контуру. Примеры критических зон: лицо персонажа (губы, веки, носогубные складки), плечи, локти, колени, пальцы.

Под субдивом треугольник часто превращается в «полюс» — точку с пятью и более расходящимися ребрами. Это приводит к неровному сглаживанию, бугристой поверхности вокруг триса. Треугольники нарушают направление петель. Когда в сетке появляется трис, петля либо обрывается, либо вынуждена менять траекторию и идти в обход. Из-за этого редактирование формы усложняется, дальнейшая детализация требует больше времени и перестает быть предсказуемой.

Треугольник допустим там, где он не влияет на форму, не ломает edge flow и не участвует в анимации. Все остальное — зона, где лучше использовать квады.

Четырехугольники считаются основой хорошей топологии. Они ведут себя предсказуемо во всех ключевых процессах: от моделирования до анимации. Квад делится равномерно, поэтому под Subdivision форма сохраняет плавность и не уходит в неожиданную сторону. Вы можете добавлять петли, убирать их, изменять плотность сетки — и при этом не ломать логику поверхности.

Квады дают чистый, ровный поток петель, а значит контролируемые сгибы. На аккуратной квад-сетке легче строить UV — острова ложатся ровно, без рваных линий, а текстура распределяется без растяжений. Запекание нормалей тоже становится проще: программа не пытается компенсировать хаотичную структуру сетки, и вы получаете чистую, корректную карту без артефактов.

С квадами сетка превращается в инструмент контроля: вы заранее задаете, где будет изгиб, где останется жесткость, а где понадобится дополнительная петля. Чем раньше сформируется привычка строить модель вокруг квадов, тем быстрее исчезнут типичные проблемы со сглаживанием, затенением и ригом.

Если взять любую сложную форму — сферу, цилиндр, поверхность лица — она всегда описывается линиями, которые повторяют ее объем. На глобусе это хорошо видно: линии широты и долготы не случайны. Они идут по поверхности так, чтобы равномерно делить ее и подчеркивать кривизну. В 3D-моделировании петли выполняют ту же задачу. Они должны ложиться вдоль поверхности, повторяя ее объем и направление изгиба. Если вы моделируете лицо, сетка вокруг глаз и рта строится не просто по кругу — она следует тем природным траекториям, по которым движется кожа. Такой edge flow поддерживает мимику и распределяет деформацию мягко.

Правильный поток петель легко читается: линии идут последовательно, повторяют объем, огибают ключевые области. Поверхность выглядит цельной, и любое сглаживание работает аккуратно.

Subdivision Surface сглаживает модель, усредняя форму между вершинами. Из-за этого любые острые грани становятся мягкими. Алгоритм не «понимает», что край должен остаться жестким — он просто стремится сделать поверхность плавной.

Контрольные петли позволяют управлять этим процессом. Если рядом с жестким ребром добавить одну или две дополнительные петли, сглаживание уже не сможет размыть форму. Петли ограничивают алгоритм и удерживают геометрию ближе к исходному контуру.

Чем ближе петля расположена к краю, тем острее этот край будет после Subdivision. Увели петли чуть дальше — получили мягкий переход; подвинули ближе — вернули жесткость.

Когда одни участки чрезмерно плотные, а другие разреженные, Subdivision усиливает контраст и поверхность начинает искажаться: появляются неровности, заломы или участки, где модель выглядит «рваной». Неравномерность особенно заметна на плоских и больших поверхностях. Слишком вытянутые полигоны дают полосы на затенении и портят общий вид даже простой формы. Поддержание равномерной сетки дает минимум два преимущества. Во-первых, модель становится устойчивее к любым изменениям — добавили петлю, изменили форму, перетянули вершины — и поверхность остается аккуратной. Во-вторых, текстуры и нормали ложатся предсказуемо.

Если при взгляде на сетку вы видите, что одни полигоны вытянуты в несколько раз больше других или плотность резко меняется от участка к участку, лучше перераспределить ребра. 

Прежде чем считать модель готовой, проверьте:

• Везде ли формы изменены на квады? Уберите n-gons, чтобы избежать артефактов.

• Ложатся ли петли по форме объекта? Поток должен поддерживать объем и будущие движения.

• Достаточно ли контрольных петель на жестких краях? Без них Subdivision смягчит форму.

• Равномерная ли сетка? Сильно вытянутые или слишком плотные полигоны создают проблемы при сглаживании и текстурировании.

Топология — не дополнительный навык, а основа. Как только вы начинаете понимать логику сетки, моделирование перестает быть набором случайных действий. Именно это понимание отличает любителя, который борется с ошибками постфактум, от профессионала, чьи модели уверенно проходят все этапы продакшена.

Если вам хочется структурировать знания и сформировать базовое портфолио, вам подойдет обучение в Академии ТОП, где топология разбирается на практике и с реальными задачами.

И, конечно, стоит посмотреть работы Владимира Суртаева. Его проекты показывают, как аккуратная топология влияет на итоговое качество и почему чистая сетка — это не формальность, а профессиональный стандарт.

Суртаев Владимир Геннадьевич — 3D-дизайнер и моушн-дизайнер с многолетним опытом работы в Cinema 4D, Adobe After Effects, Unreal Engine, Twinmotion, Photoshop и Illustrator, авто курса «Божественное моделирование». Его профессиональная практика включает создание персонажей и технических моделей, подготовку ассетов для анимации и рендера, а также обучение студентов основам 3D-графики.