Els mapes UV

El terme parametrització deriva d’una expressió matemàtica en funció d’un o més paràmetres com una corba o una superfície. D’altra banda, el terme bidimensional fa referència a la representació d’un objecte que simula dues dimensions. Si tot això es relaciona entre si sembla complicat extreure’n un significat adient per descriure un concepte tan senzill com és representar un objecte 3D aplanat virtualment en un plànol 2D.

Si feu un esforç visual i espacial podeu relacionar alguns dels objectes 3D més quotidians, com ara algunes de les primitives que incorpora Maya amb la seva representació plana. Objectes com prismes, cubs, cilindres, esferes, piràmides, cons, etc., en poden ser alguns exemples.

Els papercraft o models de paper poden ser un símil bastant útil per entendre aquest mètode. Les construccions de figures tridimensionals elaborades en paper mitjançant patrons o guies retallables són una representació visual aclaridora. Aquest treball manual consisteix en dibuixos de patrons d’objectes plans amb esquemes de muntatge per tal de retallar, plegar i enganxar. Podeu veure exemples d’aquests patrons en la figura, i com queden un cop muntats, en la figura.

Font: Pinterest

Font: Pinterest

En programes de 3D com Maya, el procés es fa a la inversa. Primer s’elabora el model tridimensional en concret; tot seguit, mitjançant, el desplegament d’UV, es genera la textura, i finalment la impressió o descarrega d’aquesta.

Cada model 3D està format per una sèrie de punts situats a l’espai, els vèrtexs (en anglès, vertices), els quals es connecten per formar arestes (edges), que a la vegada donen origen a les diferents cares (faces) d’un objecte, conformant la seva malla (mesh).

Un cop el modelatge està acabat, s’ha d’assignar un material (shader) a aquesta malla el qual tindrà certes característiques com són color, relleu, estampats, bàsicament, qualsevol mena d’informació gràfica aplicada sobre l’objecte mitjançant textures (textures).

Ara bé, les textures treballen segons un pla cartesià de dues dimensions, tot fent ús de les coordenades X i Y. Per tal de poder aplicar una textura sobre un model 3D és necessari que existeixi algun mecanisme de comunicació que permeti projectar aquestes dades sobre la malla i es passi de l’espai 2D a l’espai 3D sense deformacions o malentesos.

Per tant, és molt important que la malla del model 3D sigui tan neta com sigui possible, perquè així el resultat de la creació dels mapes serà millor i el seu procés, en definitiva, més simple.

Així com un objecte 3D conté tres coordenades X, Y i Z, les quals fan referència a la seva posició en l’espai, quan en fem el desplegament aquestes s’han de traduir en només dues coordenades, U i V, que determinin la seva posició en un pla bidimensional. Tal com si fos una capsa de cartó desplegada, perquè la textura plana es pugui embolicar en un objecte tridimensional cal aplanar virtualment el cos volumètric. D’aquesta manera es representa tota la geometria en només dues dimensions.

Com ja hem avançat, els mapes UV determinen com es projectarà una textura sobre el model. En el programari 3D, quan es creen figures primitives com cubs, cilindres, esferes, etc., aquestes ja vénen amb el seu mapa UV per defecte. Al contrari, amb un model complex les UV han d’estar definides manualment, a partir de les diferents projeccions, per tal d’evitar l’estirament o stretching en la textura. Per això s’han de crear shells o illes UV mitjançant les eines d’edició del programa.

Com ja hem dit, el procés consisteix a assignar, a cadascun dels vèrtexs que formen un model 3D, unes coordenades de posició en un plànol 2D. Això es fa creant UVshells a partir de tallar i cosir les arestes de la malla del model i conformant les diferents peces del patró, que s’aniran organitzant i col·locant en un layout o pla - recordeu, tal com si talléssim les peces del patró d’un vestit.

Per crear el mapa UV d’un model tridimensional a Maya, primer heu de tenir un model enllestit i aplicar-li un material amb una textura de patró reconeixible com el checker map. És aconsellable utilitzar una imatge quadriculada de guia que segueixi un patró determinat, com la que es mostra en la figura, per fer evident quan una textura pateix deformació a causa d’una mala projecció, com veiem en la figura.

En la imatge de la dreta, el model no té desplegat el mapa UV. En la de l’esquerra, s’ha generat mitjançant l’unwrap, el mapa UV del model. Observeu com l’estirament i la deformació de la textura, és molt menor en el segon.

Per poder visualitzar les UV d’un model heu d’obrir l’UV Editor. Teniu diferents camins:

• Aneu al menú Windows > Modeling Editors > UV Editor.
• Aneu al shelf o pestanya Polygons i premeu la icona del UV Editor simbolitzada per una finestra verda amb un taulell d’escacs a dins.
• Escolliu el set menu de Modeling i després aneu al menú UV / UV Editor.

En la primera i segona opció, com podeu veure, és indiferent estar en un menu set de treball concret. D’altra banda, en la tercera opció és indispensable estar en el mode de treball Modeling.

Si el model utilitzat no és una figura primitiva, segurament la visualització a l’UV Editor sigui en blanc (si no li heu assignat cap sistema de projecció) o un nus de línies i, al fons, es veurà la imatge de la textura aplicada.

Aquesta àrea quadriculada del UV Editor s’anomena layout, vegeu la figura, i és l’espai per treballar les UV de manera interna. Totes les UV que es trobin dins del rang 0 a 1, tant en vertical com en horitzontal, seran vàlides. Més enllà d’aquest rang, la textura es començarà a repetir. Això és útil per crear models que facin ús del tiling o repetició. En aquest espai podeu moure els punts o coordenades UV i veure com va canviant la projecció de la textura sobre el model. Si voleu eliminar les UV ja creades, siguin predefinides o no, cal que dins de la finestra de l’UV Editor aneu a Edit > Delete.

Imatge de l’editor de Maya i la finestra amb les seves eines de treball. En groc, el rang del //layout// on s’ha de col·locar el mapa UV.

Amb models orgànics és difícil assignar una projecció satisfactòriament. D’una banda, si es creen UV shells o illes UV massa grans, perquè cobreixin gran part del model, la textura pot quedar deformada segons l’angle de la projecció. Per l’altra banda, si se’n creen de més petites que no deformin la textura, deixaran moltes costures o seams visibles.

Una tècnica és recordar com estan construïts els ninots de peluix, ja que és la mateixa idea, embolicar un objecte tridimensional amb un pla bidimensional. Imagineu que fraccioneu un os de peluix i separeu les peces a partir de les quals està fet (cap, braços, cames, …), és així com hauria de veure’s el mapa UV. (vegeu la figura)

Observeu el procés de crear el mapa UV (el patró) d’aquest osset de peluix

En zones complexes, com el cap d’un personatge, on hi ha zones amb molta tensió com el nas o la boca, heu de buscar l’equilibri entre la facilitat per editar la textura i el grau de deformació que aquesta tindrà, ja que és la part més complexa d’un personatge.

Abans de fer el procés de mapatge, prèviament heu d’haver estat curosos a l’hora de modelar els objectes en 3D. Això vol dir que un model ha d’estar preparat per fer-ne el seu desplegament i per això heu d’haver seguit unes pautes correctes de modelatge.

Un objecte en 3D ha de tenir una topologia correcta. Aquesta ha de ser polida i ordenada, amb la direcció de creació d’arestes alineades amb la forma de l’objecte. És millor que la malla estigui formada a partir de polígons de quatre costats o quads i evitar l’ús de triangles o tris, però, per sobre de tot, els polígons de més de quatre costats o Ngons.

Ho heu de tenir en compte perquè l’excés de tris no us permetrà una bona animació de la malla, en aquelles zones on apareguin; per això, si s’escau el seu ús en algunes zones, heu de procurar que aquestes no siguin plecs d’articulacions o parts mòbils. Alguns exemples de zones permeses poden ser la part posterior de les orelles o la part superior del crani pel que fa al cap.

En definitiva, una bona topologia de l’objecte afavoreix el procés de mapatge UV (vegeu la figura).

Cada acció que feu sobre un model o quan s’aplica un deformador a l’hora de modelar té ressò a una memòria interna que s’emmagatzema a l’apartat Inputs del Channel Box. Si el model està enllestit pel que fa a la part de modelatge, és a dir, si no el voleu modificar més en la seva forma, s’ha d’eliminar aquest historial de creació abans i durant el procés de mapatge UV.

Eliminar constantment l’historial estalviarà problemes de pes als arxius i possibles errors recurrents o heretats per culpa de les manipulacions que es fan al model 3D. Per fer-ho, primer seleccioneu el model del qual voleu eliminar la història i després aneu al menú Edit / Delete By Type / History o bé la drecera Alt+Shift+D. A més, també us serà més còmode treballar. No és el mateix fer servir un objecte amb trenta nodes, que un amb quatre.

Aquesta és una opció que trobem en el Tool Settings. És una eina molt útil quan esteu modelant un personatge, per exemple, ja que us permet la selecció d’uns vèrtexs, arestes o cares amb un radi d’acció suavitzat. Però quan feu el procés de mapatge UV d’un personatge i estigueu movent els punts UV, és molt important que aquesta eina estigui desseleccionada.

Per tal de desmarcar aquesta eina heu d’anar al menú Windows / General Editors / Tool Settings. En aquesta finestra que se us obrirà, desplegueu l’opció Soft selection i desmarqueu-la si està seleccionada. Una alternativa és prémer la tecla B quan estigueu en la selecció de components o component mode (F8), el qual s’utilitza per seleccionar vèrtexs, arestes o cares d’un objecte.

Un cop fet el reconeixement a la malla del model, es procedeix a l’elaboració del seu mapa UV.

El concepte de fragmentació, en el procés de mapatge UV d’un personatge, es pot relacionar, com ja s’ha vist abans, amb les figures articulades i també amb la confecció dels patrons de la roba. Una figura articulada està dividida en parts, de manera que això possibilita el seu moviment. Un patró, en l’àmbit de tall i confecció, és una plantilla realitzada en paper per ser copiada al teixit i fabricar una peça de vestir, tallant, armant i cosint les diferents peces.

Pel que fa a la relació amb les UVs, la separació de les diferents parts d’una geometria ajuda a crear visualment el patró. Per tal de veure de manera més aclaridora aquesta relació conceptual és important que tingueu en compte els següents punts:

Això afavoreix tenir un ordre dins de l’Outliner i mantenir una jerarquia de grups on disposeu les parts del vostre personatge. Per exemple, fareu una jerarquia de grups en què cadascun tingui una o diverses parts del personatge. Si el model està basat en un humà, podeu tenir el cos dividit en diverses parts, on els braços poden formar part d’un grup però estar en geometries diferents. D’aquesta manera teniu el braç dret i el braç esquerre separadament, però dins d’un mateix grup. Podeu veure un exemple visual d’un model fraccionat en la figura, on s’han separat les parts de manera exagerada per tal d’entendre el concepte.

Aquest punt és opcional. Quan es modela un personatge en 3D és comú que aquest es comenci a partir del punt d’origen dels eixos de coordenades. Això permet que quan es necessita fer una simetria d’alguna part sigui més fàcil de realitzar. Agafant l’eix Y com a línia divisòria del model, l’eix X serà on es farà la simetria. Per exemple, si comenceu a modelar la part dreta d’un personatge i voleu fer que la part esquerra sigui simètrica, fareu ús de la simetria amb les eines adequades; en conseqüència, ambdós costats seran idèntics.

Per tant, quan es du a terme el mapatge UV, tindrem això en compte, perquè si la topologia del model és simètrica, només caldrà fer el mapatge d’una de les parts i després transferir-la, mitjançant l’eina Transfer Attributes, a l’altra peça: si teniu un personatge on els braços, les cames, les mans, etc., són geometries idèntiques, només fareu el procés de mapatge en una de les extremitats.

Anomenem fer un tall a la geometria quan indiquem per quines arestes de la malla s’obrirà aquesta. En geometries complexes, com poden ser models orgànics, és essencial identificar per on fer el tall que servirà per definir la separació de patrons.

Recordeu, no cal separar la geometria mitjançant les eines de modelatge per fer els talls. Només cal resseguir les arestes i definir-les a través de les eines del UV Editor. Això vol dir que el model no veurem com se separa a la representació 3D, en el viewport, però sí que ho farà en el layout del UV Editor formant UV shells o illes UV.

Un cop s’ha repassat la topologia de la malla per conèixer-la bé, després de fragmentar el model, tocar recol·locar totes les peces per a generar un mapa UV òptim per a l’aplicació de les textures.

Aquesta organització, on les UV shells tenen un paper important en l’elaboració del patró dins del UV Editor, ha de seguir uns criteris, que són els següents:

Les UV shells s’organitzen en l’espai del UV Editor, també anomenat layout. L’Àrea formada per les coordenades (0,0), (0,1), (1,0) i (1,1), el primer quadrant superior dret, és on reubicarem totes les illes, perquè és on anirà situada la textura del model. S’ha d’omplir la major part d’aquest quadrant, de tal manera s’aprofitarà la resolució de la textura el màxim possible i s’optimitzarà la càrrega d’arxius.

Així doncs, s’han d’ordenar les UV shells com si fossin un trencaclosques, tractant de no deixar espai entre elles. És millor fer el repartiment d’UV shells manualment dins del layout per tal de garantir un òptim funcionament de la textura, ja que si feu que Maya disposi un ordre automàtic mitjançant les eines d’edició, aquest serà inintel·ligible i, per tant, difícil d’interpretar. Podeu veure un exemple d’ordre automàtic incorrecte en la figura. Així, serà essencial aquest pas, el d’ordenar les peces, perquè dins del flux de treball és possible que la textura la produeixi una altra persona, no el mateix que ha fet el modelatge i el mapa UV.

Per una altra banda, procureu mantenir l’orientació natural dels objectes dins el layout. D’aquesta forma us resultarà més còmode i ràpid dibuixar els detalls a la textura, sense necessitat de reorientar el llenç en pintar en Photoshop. En el cas, per exemple, d’unes taules de fusta, mantenir la mateixa orientació us ajudarà a repetir textures sense necessitat de crear màscares secundàries per a diferents tipus de rotació quan treballeu a Photoshop.

S’ha d’establir una escala global i comuna per a cada UV shell. D’aquesta forma, tots els elements que componguin un model tridimensional es veuran correctament representats amb les seves textures i mateixa resolució. A més escala més resolució, i a menys escala menys resolució. Tot i això, sempre s’ha de fer servir el sentit comú i adaptar la norma a cada model. Per exemple, si hi ha les illes de les mans i les dels braços per separat, no pot ser que les primeres siguin més grosses que les segones, perquè després hi haurà una diferència molt visible entre la textura de les mans i la dels braços. És a dir, si hi ha pigues, taques, algun patró com estries, arrugues, plecs, etc, en una illa es veuran correctament, però a l’altre es veuran molt més grosses o molt més petites.

En aquest mateix sentit, s’ha de tenir en compte quines parts del model necessitaran una major resolució. Per exemple, el rostre d’un personatge, el qual és factible que tingui un primer pla, hi dedicarem molta part de la textura per poder fer els detalls al mil·límetre i que aquests tinguin una resolució molt bona. Per aquest motiu la mida de la seva illa serà molt grossa, no serà a escala i la veurem desproporcionada a la resta del cos.

Però, en resum, abans de fer el mapa cal saber com serà la textura, si hi haurà molts detalls, si serà de colors plans, si es necessita un primer pla d’alguna part per dedicar-hi més recursos, quines parts tenen més rellevància, quines seran imperceptibles, etc. S’ha de respectar l’escala de les peces, essent algunes de major mida per tal de donar més èmfasi a les zones més importants visualment.

O seams fan referència als límits o contorns de cada UV shell d’un model. Principalment, són problemàtics perquè és una tasca difícil a l’hora de dissimular-los quan heu de pintar la textura, sobretot quan hi ha patrons o detalls que queden entretallats. Hi ha diferents maneres de solucionar aquest problema:

• evitar crear seams en zones molt visibles del model. És millor fer les divisions o talls en llocs poc accessibles, com per exemple la part interior de les cames o la part interior dels braços.
• trobar l’equilibri entre la quantitat de peces i la quantitat de costures que aquestes generen. Si feu molts talls i la quantitat d’UV shells és elevada, això es tradueix en peces més petites; per tant, tindreu menys problemes d’estirament a la textura, però a la vegada es notarà el tall. Si feu pocs talls i la quantitat d’UV shells és baixa, això es tradueix en peces més grans; en conseqüència, no es notaran tant els talls, però tindreu més punts d’estirament a la textura.
• si treballeu amb normal maps o mapes de normals és indispensable que els seams estiguin ben dissimulats, ja que per la direcció dels vectors de les normals es fan molt més notoris. Això provocarà un relleu o bump en les zones de les costures i seria incorrecte. Podeu veure un exemple de costures en la figura

Quan a un objecte se li aplica una projecció no uniforme es produeix una visualització incorrecta a la textura a causa del fet que més d’un punt de les coordenades UV estan incorrectament col·locats.

En geometries complexes és normal que es presenti aquest problema, ja que la seva morfologia és irregular. El modelatge d’un cap seria un exemple, atès que disposa d’elements conflictius a l’hora de fer el desplegament, com les orelles, la barbeta o el nas, que és la part més prominent. Per solucionar aquesta qüestió heu de relaxar els punts UV mitjançant les eines adequades. Podeu veure un exemple d’estirament en la figura.

Les dimensions d’una textura dedicada per als models tridimensionals són limitades, per això s’ha de tenir en compte que cada píxel de la textura s’aprofiti. Quan es genera un model destinat a produccions audiovisuals els límits no són tan acotats com aquells models que són produïts per a la indústria del videojoc; per aquest motiu, els límits depenen del hardware al qual està destinat el model, com també de les dimensions en pantalla que tindrà.

La primera limitació és que la dimensió de qualsevol textura ha de ser una potència de 2 (en anglès, power of two) perquè s’emmagatzemi eficaçment a la memòria de vídeo de l’ordinador. Les dimensions més freqüents de les textures en píxels són: 32×32, 64×64, 128×128, 256×256, 512×512, 1024×1024, 2048×2048 i 4096×4096. També es poden fer servir combinacions d’aquestes dimensions, com ara 1024×512, 16×128…, essent el primer número l’amplada i el segon l’alçada.

Les textures són el recurs gràfic què més consumeix la targeta de vídeo. De fet, la majoria de consoles d’aquesta generació (PS3, Xbox 360) no admeten textures més grans de 1024×1024, per exemple. Podeu veure una gràfica de dimensions correctes i incorrectes i la seva representació en un cub en la figura.

Principalment hi ha quatre tipus de projeccions: plana, cilíndrica, esfèrica i automàtica. En tots els casos la finalitat és la mateixa: ajudar que un model 3D disposi de coordenades UV i garantir una òptima col·locació o creació de la textura. Tot i això, cada projecció té la seva funcionalitat i es poden combinar entre elles de manera lògica seguint un ordre; és a dir, es pot utilitzar una projecció per a una part de l’objecte i una altra projecció per a una altra part.

Per tant, podeu fer una projecció plana per a un objecte que sigui inorgànic, com per exemple una taula, i fer ús d’una projecció cilíndrica per a les potes. Podeu veure una representació de les projeccions més comunes en la figura.

La projecció plana, o planar mapping, és la més comuna de totes i es fa servir normalment per a models inorgànics, on les seves cares defineixen els extrems del model; és a dir, que no tenen contorns arrodonits. Objectes com capses, parets, terres, taulers de fusta, llibres, daus…, poden ser-ne alguns exemples. La projecció plana funciona millor per a objectes plans.

Aquesta projecció té un inconvenient, ja que només parteix d’un sol eix a l’hora de projectar, i la resta d’eixos quedaran mal projectats, fet que provoca un efecte d’estirament a la textura. Si per exemple, en un cub, feu una projecció plana en l’eix X, aleshores l’eix Y i Z patiran estirament (vegeu la figura).

També podeu seleccionar les cares d’un objecte de manera individual i fer-ne projeccions en comptes de seleccionar tot l’objecte. En els següents vídeos explicatius podeu obtenir més informació sobre la projecció plana:

La projecció cilíndrica, o cylindrical mapping, es fa servir per a models orgànics o inorgànics en què la seva forma té relació amb cossos circulars, com ara un cilindre. Models com braços, cames, troncs, colls, etc., i elements orgànics o objectes com fanals, bastons, llapis, cables, papereres, cubells, etc., poden ser-ne alguns exemples. La projecció cilíndrica funciona millor per a objectes circulars amb volum.

Aquesta projecció té un inconvenient, ja que parteix d’un cilindre en què la part inferior i superior queden obertes, i tota textura que quedi en aquestes parts patirà estirament (vegeu la figura).

En el següent vídeo explicatiu podeu obtenir més informació sobre la projecció cilíndrica:

La projecció esfèrica, o spherical mapping, s’utilitza per a models orgànics o inorgànics en què la seva forma té relació amb cossos esfèrics. Models com globus, pilotes, bombetes, planetes, etc., poden ser-ne alguns exemples. La projecció esfèrica funciona millor per a objectes en què el seu volum és esfèric.

Aquesta projecció té un inconvenient: encara que una esfera imaginària cobreixi tot l’objecte, els pols o eixos d’aquesta poden patir deformacions irregulars a la textura, a causa de la seva forma (vegeu la figura).

En el següent vídeo explicatiu podeu obtenir més informació sobre la projecció esfèrica:

La projecció automàtica, o automatic mapping, ha de tenir un ús mesurat, ja que no tots els models es podran desenvolupar mitjançant aquesta projecció.

Aquesta projecció té un inconvenient, encara que disposi de diferents eixos per projectar, la seva representació visual sigui òptima i no es mostri estirament a la textura: la representació d’illes d’UV dins de l’UV Editor serà un caos. Com més plànols poseu més es fraccionarà l’objecte en illes d’UV automàticament i, per tant, es trencarà l’ordre lògic dins de l’UV Editor de cara a la posterior creació de la textura. Heu de tenir en compte que potser no sou vosaltres qui elaboreu la textura, i per això l’ordre d’illes ha de ser el correcte.

Si per exemple, en un cub, feu una projecció automàtica amb sis plànols (un per cada cara del cub), veureu que dins de l’UV Editor la representació de les illes UV és homogènia, és a dir, totes tenen la mateixa escala. Com que és un element primitiu com un cub i només té sis cares, és fàcil fer-ne una distribució de les UV (vegeu la figura).

Si en comptes d’un cub és un model més complex, com ara un personatge, i feu ús de la projecció automàtica, la distribució de les illes UV quedarà inintel·ligible i serà un mal de cap per després fer-ne la textura (vegeu la figura). Per aquest motiu, no s’ha d’utilitzar aquest tipus de projecció en models orgànics.

En el següent vídeo explicatiu podeu obtenir més informació sobre la projecció automàtica: