Большая идея: «Запекание»

«Запекание» представляет собой часто используемый термин в компьютерной графике (CG) когда речь идет о разработке компьютерных игр и традиционном рендеринге, не в режиме реального времени (Cycles или Blender Render). Но «запекание» приносит с собой определенные коннотации в реальный мир, которые вводят в заблуждение. Моя цель в этой статье состоит в том, чтобы согласовать этот термин и уточнить, что на самом деле означает запекание.

Различные типы запекания

Существует несколько различных видов запекания. Но прежде чем я начну перечислять и обсуждать их, хочу предложить общее резюме термина, то как оно относится к CG. Думайте о запекании, как о консолидации системы данных в упрощенной, более постоянной форме. Эта концепция обычно применяется тремя способами:

1. Запекание текстур

Наиболее распространенным способом является запекание текстур (или карта запекания). Преимущество запекания текстуры заключается в способности перенести характеристики 3D-геометрии на 2D-изображение.

Существует много признаков, которые могут быть запеченны, от изолированных атрибутов (Ambient Occlusion, нормали, цвета вершин, и т.д.) до их комбинаций, включая материалы, текстуры и освещение запеченные в одну текстуру. На изображенный ниже приведен пример последнего:


И это очень здорово! Сложные материалы и комплексное освещение могут быть объединены в одной текстуре и это является отличным трюком. Вы, наверное, можете себе представить насколько полезным является этот метод для игр и других приложений реального времени. Но важно понимать, что это ограниченная статичная текстура, не динамическая. Другими словами, если вы переместите голову обезьянки, то тень от нее останется в том же месте, где и была, вместо того, чтобы обновляться в режиме реального времени, как это происходит во время рендеринга в окне 3D-вида с помощью движка рендеринга Cycles. Таким образом, данная методика ограничена, хотя и чрезвычайно полезна при грамотном использовании.

В дополнение к запеканию результатов визуальных характеристик, таких как освещение и материалы, мы можем также аппроксимировать геометрию высокого разрешения на низкополигональную модель благодаря запеканию нормалей. Это экономит огромные ресурсы за счет незначительных различий воспринимаемых между низким и высоким разрешениями. Опять же, вы можете себе представить, сколько выгоды от данной техники получают игры. Вот пример:



Наконец, запекание некоторых атрибутов может помочь в процессе разукрашивания текстуры. Например, вместо того, чтобы вручную рисовать темные области в щелях объекта, вы можете запечь текстуру окружающей окклюзии (AO) и она все сделает за вас. Точно также, если вы хотите создать эффект потертости на краях объекта, можно запечь текстуру цветов вершин (dirty vertex colors). И таких примеров еще можно привести огромное количество.

2. Запекание анимации / симуляции

Та же идея консолидации системы данных в упрощенной форме продолжается в анимации и симуляции. Если подумать о ключевых кадрах анимации персонажа, то существует огромное количество работы, которую должен выполнить компьютер, чтобы мы в итоге могли увидеть результат. Риг персонажа со всей своей иерархией, ограничителями и деформациями мешей вместе с сотнями или даже тысячами ключевых кадров, каждый из которых имеет собственный тип интерполяции. Это очень много работы.

Существует несколько способов упростить все это с помощью запекания. Во-первых, в Blender вы можете выполнить операцию под названием «Bake Action». Это просто добавляет ключевой кадр для всех преобразований каждой кости для каждого кадра анимации. Хотя это может показаться «не особо то и проще», это, на самом деле, упрощает анимацию, так как она больше не зависит от ограничителей костей и других реляционных зависимостей. Bake Action также служит своеобразным «блокировщиком» анимации, что позволяет сохранить ее целостность.

Если пойти еще дальше, то анимация может быть запечена в геометрическую последовательность или «кэш», что окончательно избавляет нас от рига персонажа. Итак, представьте, что вы на 100% довольны своей анимацией и готовы перейти к следующей стадии, а именно стадии рендеринга. Очень удобно избавиться от ненужных расчетов комплексного рига в обмен на чистую последовательность геометрии. Таким образом, ваша сцена не загромождена тоннами ключевых кадров, которые никогда не будут изменены — потому что вы на 100% довольны результатом, не забывайте об этом. Вы можете просто сосредоточитесь на освещении и рендеринге анимированной геометрии, которая еще и будет немного быстрее проигрываться, так как компьютер не должен рассчитать все тонкости рига. В Blender это стало возможным с помощью экспорта кэша в формат .MDD и модификатора Mesh Cache.


Эффекты симуляции, такие как: огонь, дым, частицы и ткань также могут быть запечены. Это по сути тоже самое, что и кэш для анимации мешей. Симуляция требует много расчетов (значительно больше анимации) и, за исключением, некоторых случаев, она никогда не работают в режиме реального времени. Таким образом, чтобы увидеть созданный вами эффект на полной скорости, вы должны сначала запечь его. По умолчанию кэш храниться в оперативной памяти компьютера (RAM), но также он может быть сохранен на жесткий диск. Пример запекания симуляции ткани вы можете видеть на изображении справа.

3. Запекание света

Этот тип запекания более специфичен для игровых движков. Но так как игры тесно связаны с более широкой областью компьютерной графики, я думаю, что будет уместно коснуться еще одного варианта термина «запекание».

Целью в данном случае является сохранение ресурсов, поэтому игра должна работать настолько эффективно, насколько это возможно. Существует два типа освещения, которые могут использоваться для создания игр: статичное и динамическое. Динамическое освещение реагирует на все изменения в сцене, такие как смещение тени и информация о материале, на который они падают. Статичное освещение является стационарным и может быть исключено из расчетов динамического освещения для экономии ресурсов.


Мобильные и веб-игры часто используют запеченные карты света, которые предоставляют информацию об освещении всей сцены или конкретного уровня игры. Это означает, что вы можете создать хорошо освещенные места лишь за незначительную часть стоимости (ресурсов) динамического освещения. При запекании карт света, как статичное, так и динамическое освещения могут быть использованы одновременно, чтобы создать более реалистичную среду.

Unity использует систему светового зонда которая позволяет не статичному (анимированный или динамический) объекту получать информацию из запеченных карт света, что позволяет сэкономить ресурсы с их помощью при симуляции динамического освещения.

Я надеюсь, что смог разъяснить, что же означает термин «запекание». Если вы желаете получить еще больше информации о запекании текстур и их практическом применении, пожалуйста, посмотрите эти курсы:

• Fundamentals of Texturing
• Texturing and Shading a Stylistic Character

источник урока