Trong thế giới đồ họa 3D và hoạt hình, việc tạo ra các nhân vật trông như thật là một trong những mục tiêu quan trọng nhất. Để đạt được điều này, không chỉ hình dáng (model) mà kết cấu bề mặt (texture) của nhân vật cũng đóng vai trò then chốt. "Kết cấu bề mặt nhân vật thực" không chỉ đơn thuần là màu sắc; nó bao gồm tất cả các chi tiết nhỏ nhất giúp bộ não chúng ta tin rằng nhân vật đó đang tồn tại trong thế giới thực.
Tại sao kết cấu bề mặt lại quan trọng?
Kết cấu bề mặt quyết định cách ánh sáng tương tác với nhân vật. Một bề mặt da người sẽ phản chiếu và hấp thụ ánh sáng khác với kim loại hay vải vóc. Do đó, việc tái tạo chính xác các đặc tính này là vô cùng cần thiết để tạo ra hình ảnh chân thực. Đối với Texture Artists, đây là nơi họ thể hiện tài năng, biến những mô hình 3D vô tri thành các nhân vật có hồn.
Một kết cấu bề mặt tốt sẽ truyền tải thông tin về tuổi tác, sức khỏe, thậm chí cả câu chuyện của nhân vật. Ví dụ, làn da có nếp nhăn, sẹo, hay tàn nhang sẽ kể một câu chuyện khác hẳn so với làn da láng mịn.
Hiểu về ánh sáng và tương tác bề mặt
Trước khi đi sâu vào kỹ thuật, chúng ta cần hiểu cách ánh sáng tương tác với các bề mặt khác nhau. Khi ánh sáng chiếu vào một vật thể, nó có thể bị phản xạ, hấp thụ, hoặc truyền qua. Đối với các vật liệu mờ đục như da người, một phần ánh sáng sẽ đi vào bên dưới bề mặt, tán xạ bên trong rồi mới thoát ra. Hiện tượng này gọi là Tán xạ dưới bề mặt (Subsurface Scattering - SSS)[2], và nó là yếu tố quan trọng tạo nên vẻ mềm mại, sống động của da.
Các bề mặt khác nhau có độ nhám (roughness) và độ kim loại (metallic) khác nhau, ảnh hưởng đến cách ánh sáng phản xạ. Quy trình làm việc dựa trên vật lý (Physically Based Rendering - PBR)[1] giúp chuẩn hóa cách chúng ta mô tả các đặc tính này.
Các yếu tố chính của kết cấu da người thực tế
Da người là một trong những vật liệu phức tạp nhất để tái tạo. Nó không đồng nhất và có nhiều lớp.
1. Màu sắc cơ bản (Albedo/Diffuse)
Đây là màu sắc của da khi không có ảnh hưởng của bóng đổ hay phản xạ mạnh. Tuy nhiên, màu da người không phải là một màu đồng nhất. Nó có sự biến đổi về tông màu ở các vùng khác nhau (đỏ hơn ở má, mũi; xanh hơn ở vùng cằm, dưới mắt). Bản đồ Albedo[4] cần thể hiện được sự đa dạng này.
2. Tán xạ dưới bề mặt (Subsurface Scattering - SSS)
Như đã đề cập, SSS[2] rất quan trọng để da trông mềm và "thịt". Ánh sáng đi vào da, tán xạ và thoát ra, đặc biệt rõ ở những vùng da mỏng hoặc khi có nguồn sáng mạnh phía sau.
3. Độ nhám và phản xạ (Roughness/Specular)
Da người không hoàn toàn nhám cũng không hoàn toàn bóng. Có những vùng da dầu hơn (trán, mũi) sẽ bóng hơn, trong khi những vùng khác thì khô hơn. Bản đồ Roughness hoặc Specular[5] sẽ kiểm soát điều này, tạo ra sự phản chiếu ánh sáng khác nhau trên bề mặt da.
4. Chi tiết bề mặt (Normal/Bump/Displacement)
Lỗ chân lông, nếp nhăn, sẹo, mụn... là những chi tiết nhỏ nhưng cực kỳ quan trọng. Chúng được thể hiện qua Normal Map[3], Bump Map hoặc Displacement Map, giúp bề mặt da có độ lồi lõm và chi tiết khi ánh sáng chiếu vào.
Tái tạo đôi mắt chân thực
Đôi mắt được ví là "cửa sổ tâm hồn", và việc tái tạo đôi mắt chân thực là cực kỳ quan trọng đối với nhân vật. Cấu tạo mắt khá phức tạp, bao gồm nhiều phần như giác mạc, mống mắt, đồng tử, và củng mạc.
Giác mạc (Cornea)
Giác mạc là lớp màng trong suốt phía trước mắt. Nó rất bóng và phản chiếu môi trường xung quanh. Điều quan trọng là phải có một lớp vật liệu trong suốt, khúc xạ và phản chiếu mạnh cho giác mạc. Một chi tiết nhỏ nhưng quan trọng là hiệu ứng "meniscus" - phần tiếp xúc giữa giác mạc và mí mắt, nơi có một chút chất lỏng tạo thành một đường cong nhỏ, bắt sáng.
Mống mắt (Iris) và Đồng tử (Pupil)
Mống mắt quyết định màu mắt và có cấu trúc sợi rất phức tạp. Texture của mống mắt cần có chiều sâu và chi tiết. Đồng tử là lỗ đen ở giữa, kích thước của nó thay đổi theo ánh sáng. Mống mắt thường hơi lõm vào một chút so với bề mặt giác mạc. Cấu tạo bên trong của mắt bao gồm cả thủy tinh thể nằm sau đồng tử, giúp hội tụ ánh sáng.
Củng mạc (Sclera)
Đây là phần tròng trắng của mắt. Nó không hoàn toàn trắng mà có các mạch máu nhỏ, và màu sắc có thể hơi ngả vàng hoặc xanh tùy thuộc vào nhân vật. Bề mặt củng mạc cũng bóng và ẩm ướt.
Nước mắt và độ ẩm
Mắt luôn có một lớp màng ẩm. Việc thêm các chi tiết như đường nước mắt ở khóe mắt, hoặc một lớp màng mỏng ẩm ướt trên bề mặt giác mạc và củng mạc sẽ tăng độ chân thực đáng kể. Đôi khi, dị vật trong mắt cũng có thể gây chảy nước mắt, làm tăng độ ẩm.
Kết cấu tóc và lông
Tóc và lông cũng là một phần quan trọng. Việc tạo texture cho tóc thường sử dụng các bản đồ Anisotropic để mô phỏng cách ánh sáng phản xạ dọc theo sợi tóc. Màu sắc, độ bóng, và độ rối của tóc đều góp phần vào sự chân thực.
Quần áo và phụ kiện
Mỗi loại vải (cotton, lụa, len, da) có đặc tính bề mặt riêng. Texture của quần áo cần thể hiện được loại vải, độ cũ mới, các nếp gấp, đường may. Tương tự, các phụ kiện kim loại, nhựa, gỗ cũng cần được tái tạo bề mặt một cách chính xác.
Quy trình làm việc PBR
PBR (Physically Based Rendering)[1] là một phương pháp tiếp cận để tạo vật liệu sao cho chúng tương tác với ánh sáng một cách chân thực nhất, dựa trên các thuộc tính vật lý. Có hai quy trình PBR chính:
1. Metal/Roughness
Sử dụng các bản đồ: Base Color (màu cơ bản), Metallic (kim loại), Roughness (độ nhám), Normal, và Ambient Occlusion. Đây là workflow phổ biến trong các game engine như Unreal Engine và Unity. Bạn có thể tìm hiểu thêm về Tạo bối cảnh ấn tượng với Unreal Engine: Hướng dẫn toàn diện để biết cách áp dụng.
2. Specular/Glossiness
Sử dụng các bản đồ: Diffuse (màu khuếch tán), Specular (màu phản xạ), Glossiness (độ bóng), Normal, và Ambient Occlusion. Workflow này ít phổ biến hơn trong game thời gian thực nhưng vẫn được dùng trong một số render engine.
Dù theo workflow nào, việc hiểu rõ ý nghĩa của từng bản đồ và cách chúng ảnh hưởng đến kết quả cuối cùng là rất quan trọng.
Công cụ và phần mềm
Có nhiều công cụ hỗ trợ Texture Artists:
- Adobe Substance 3D Painter & Designer: Tiêu chuẩn ngành cho việc tạo và áp texture lên mô hình 3D.
- Mari: Mạnh mẽ cho việc vẽ texture độ phân giải cao, đặc biệt cho nhân vật và creature.
- ZBrush/Blender: Ngoài điêu khắc, còn có thể dùng để vẽ texture trực tiếp lên model.
- Photoshop: Vẫn hữu ích cho việc chỉnh sửa và tạo các bản đồ texture từ ảnh chụp.
Những sai lầm thường gặp
- Bề mặt quá sạch sẽ hoặc đồng nhất: Thế giới thực không hoàn hảo. Thêm chút bụi bẩn, trầy xước, không đồng đều sẽ làm tăng tính chân thực.
- Thiếu SSS cho da: Da sẽ trông như nhựa nếu không có SSS.
- Mắt quá đơn giản: Không chú ý đến chi tiết giác mạc, mống mắt, và độ ẩm.
- Không tham khảo thực tế: Luôn tìm kiếm hình ảnh tham khảo (reference) cho mọi thứ bạn làm.
Kết luận
Tạo kết cấu bề mặt nhân vật thực là một nghệ thuật đòi hỏi sự quan sát tỉ mỉ, hiểu biết về vật liệu và ánh sáng, cùng với kỹ năng sử dụng công cụ. Bằng cách chú ý đến từng chi tiết nhỏ, từ lỗ chân lông trên da đến các mạch máu trong mắt, Texture Artists có thể thổi hồn vào các nhân vật 3D, khiến chúng trở nên sống động và đáng tin hơn bao giờ hết. Việc nắm vững Kỹ thuật chuyển động mượt mà: Bí quyết cho motion designer cũng sẽ giúp nhân vật của bạn trở nên hoàn hảo hơn khi kết hợp với texture.
Thông Tin Thêm
- PBR (Physically Based Rendering): Một phương pháp render đồ họa máy tính mô phỏng dòng chảy của ánh sáng trong thế giới thực, sử dụng các thuộc tính vật lý của vật liệu để tạo ra hình ảnh chân thực hơn.
- Subsurface Scattering (SSS): Hiện tượng ánh sáng xuyên qua bề mặt của một vật thể mờ đục, tán xạ bên trong vật liệu ở nhiều góc độ, và thoát ra khỏi bề mặt ở một điểm khác. Quan trọng cho da, sáp, sữa.
- Normal Map: Một loại bản đồ texture cho phép thêm chi tiết bề mặt lồi lõm mà không cần tăng số lượng đa giác của mô hình 3D, bằng cách thay đổi hướng pháp tuyến của bề mặt.
- Albedo: Trong PBR, đây là màu sắc cơ bản của bề mặt, không bao gồm thông tin về bóng đổ hay ánh sáng phản xạ mạnh. Nó đại diện cho màu sắc khuếch tán của vật liệu.
- Specular/Roughness: Specular map xác định màu sắc và cường độ của phản xạ trực tiếp (ánh sáng chói), trong khi Roughness map (hoặc Glossiness map) xác định độ nhám/bóng của bề mặt, ảnh hưởng đến độ mờ/sắc nét của phản xạ.