Розроблення методів стилізації у 3D графіці

Abstract

Мета роботи — розробити метод стилізованого освітлення у 3D-графіці шляхом незалежного керування нормалями об’єкта, з відокремленням геометрії та освітлення. Такий підхід дозволяє художнику формувати візуальну світлотіньову структуру моделі незалежно від її реальної форми, що особливо актуально для стилізованих персонажів у відеоіграх, анімації та не фотореалістичному рендерингу. У роботі проаналізовано існуючі методи технічно-художньої стилізації, зокрема сферичні нормалі, маски тіней та ручне редагування нормалей, що використовується в ігровій індустрії (наприклад, у серії Guilty Gear). Показано їх переваги та обмеження у контексті автоматизації, стабільності при деформаціях та рівня художнього контролю. На основі проведеного аналізу запропоновано власний метод побудови нормалей, який включає: створення базової маски освітлення, накладення локальних деталей, стабілізацію через сферичні нормалі і тангент, та запікання результату. Уся система реалізована у середовищі Blender з використанням Geometry Nodes, Shader Editor, власних атрибутів і власних модулів. Архітектура побудована як набір незалежних блоків, що дозволяє редагувати кожен етап окремо й досягати інтерактивного результату без повторного імпорту чи перепобудови сцени. Основні результати: 2 • Розроблено 6 окремих модулів, що виконують перенесення UV-розгортки, перенесення нормалей, стабілізацію координат та запікання; • Створено систему редагування нормалей у реальному часі, яка дозволяє створювати вкрай складні форми, які описують стилізоване освітлення; • Запропоновано спосіб комбінування маски нормалей, локальних деталей та сферичних нормалей в єдину карту; • Досягнуто стабільності нормалей при міміці та деформаціях; • Реалізовано повноцінну процедуру запікання векторної карти. з мінімальним впливом на продуктивність при декодуванні (?2.3 мс). Метод забезпечує повний художній контроль над формою освітлення та знижує залежність від складних геометричних трансформацій. Ключові слова: СТИЛІЗОВАНЕ ОСВІТЛЕННЯ, НОРМАЛІ, 3D-ГРАФІКА, GEOMETY_NODES, BLENDER, TANGENT SPACE, NPR, ЗАПІКАННЯ.The aim of the work is to develop a method of stylized lighting in 3D graphics through independent control of object normals, separating geometry and lighting. This approach allows the artist to shape the visual light-shadow structure of the model independently of its actual form, which is especially relevant for stylized characters in video games, animation, and non-photorealistic rendering. The work analyzes existing methods of technical-artistic stylization, including spherical normals, shadow masks, and manual normal editing used in the game industry (e.g., in the Guilty Gear series). Their advantages and limitations are demonstrated in the context of automation, deformation stability, and the level of artistic control. Based on the analysis, a custom method for building normals is proposed, which includes: creation of a base lighting mask, overlay of local details, stabilization through spherical normals and tangent, and baking of the result. The entire system is implemented in the Blender environment using Geometry Nodes, Shader Editor, custom attributes, and custom modules. The architecture is built as a set of independent blocks, allowing each stage to be edited separately and achieving an interactive result without reimporting or rebuilding the scene. Main results: • Developed 6 separate modules performing UV transfer, normal transfer, coordinate stabilization, and baking; • Created a real-time normal editing system that allows for the creation of highly complex forms describing stylized lighting; 4 • Proposed a method for combining a normal mask, local details, and spherical normals into a single map; • Achieved normal stability during facial expressions and deformations; • Implemented a complete procedure for baking a vector map with minimal performance impact during decoding (?2.3 ms). The method provides full artistic control over the lighting shape and reduces reliance on complex geometric transformations.