Чтобы правильно задать пропорции трехмерной модели человеческой головы, попробуйте рассуждать так, как опытный судебный врач. Что же это означает? Коротко говоря, специалисты-антропологи исследуют развитие физических, структурных, а также генетических характеристик человека. Судебная антропология - прикладная наука, которая используется в криминалистике для идентификации разрозненных или поврежденных останков. По скелету человека специалисты устанавливают его возраст, рост, пол, происхождение и другие отличительные признаки. Один только череп служит источником богатой информации. Например, по форме лицевого отдела можно определить пол человека (см. рис. 2.1).

Мужской и женский череп несколько отличаются друг от друга. Давайте подробнее остановимся на этих различиях.

A. Мужской череп массивнее женского и имеет скорее квадратную фор му. Череп женщины является более округлым и слегка заостряется к макушке.

B. Надглазничный край женского черепа заострен снизу, тогда как на мужском эта кость имеет плавные очертания.

C. Место прикрепления мышц к скуловой кости гораздо заметнее па мужском черепе. Лицевые мышцы мужчин получили большее раз витие в результате эволюции, потому что воин и охотник нуждал ся в мощных челюстных мышцах для боя и борьбы с дикими зве рями. Да, в конце концов человечество дожило до времен, когда пища продается в продуктовых магазинах, но потребуются тысячи лет, чтобы люди избавились от характерных черт своих первобыт ных предков.

D. Сильная челюсть мужчины имеет квадратную форму, у женщины она более округлая.

E. У мужчины глубина черепа больше, чем у женщины, что обеспечи вает ему относительную безопасность.

F. На мужском черепе заметно выступают большие надбровные дуги. Они находятся над глазной впадиной, оберегая глаза от солнечных лучей. На заре человечества мужчины много охотились, что приве ло к появлению у них развитых надбровных дуг, защищающих орган зрения от природных стихий: ведь трудно выслеживать жертву, если солнце слепит глаза. У женщины надбровные дуги не так развиты, поскольку она больше времени проводила в укрытии.

G. Первобытный мужчина использовал свои клыки и как оружие, и как инструмент для пережевывания еды. Кроме того, мужчины ели бо лее энергично, чем женщины, поэтому на мужском черепе клыки значительно крупнее.

Как видите, женский и мужской черепа выглядят неодинаково. Это помогает судмедэкспертам быстро идентифицировать пол человека по его черепу. Кроме того, рассмотренные отличия необходимо учитывать при конструировании трехмерных моделей головы. Качественная компьютерная модель должна иметь черты, соответствующие полу конкретного персонажа.

Вновь воспользуемся проведенной выше аналогией. Итак, антрополог занимается воссозданием прижизненной внешности человека по фрагментам ископаемых останков, применяя в работе гипс, глину и эпоксидную смолу. Сначала делается гипсовый слепок черепа, затем в его строго определенных точках размещаются специальные маркеры глубины (см. рис. 2.2).

Эти маркеры имеют разные цвета и сигнализируют о том, какова глубина ткани в том или ином месте. На данный параметр влияет целый ряд факторов. Прежде всего важна форма каждой детали черепа. Известно, что над краями костей кожа обычно бывает тонкой. Так, например, ее на относительно невелика в районах надглазничного и подглазничного краев, а также над лобной костью. По форме подбородочного бугра антрополог определяет величину подбородка. По размеру носовой кости можно судить не только о величине носа, но и о том, имел ли он посередине горбинку. Анализ костей черепа также позволяет антропологу установить возраст человека. Эти данные в конечном итоге и помогают определить правильную глубину ткани, поскольку по мере старения она изменяется.

Собрав всю необходимую информацию и разместив на модели маркеры глубины, специалисты накладывают на череп глину, как показано на рис. 2.3.

Количество накладываемой глины определяется глубиной ткани в каждом конкретном месте черепа. На величину данного параметра, как вы помните, указывает тот или иной цвет маркера. Так, шаг за шагом, продолжается работа по лепке модели головы (см. рис. 2.4).

Конечно, в наш компьютерный век антропологи реконструируют головы с помощью 3D-программ. Моделирование начинается с того, что специалист производит оцифровку глиняного слепка с черепа. Затем исполь-зуется программа размещения виртуальных индикаторов глубины. Они определяют форму внешней поверхности модели. Фактически эти индикаторы являются управляющими вершинами сплайнов, которые накладываются на череп.

Вы можете спросить, надо ли вам знать все описанные выше подробности реконструкции черепа. Дело в том, что создание 3D-модели не очень отличается от работы антрополога. Дизайнеру также стоит начинать формирование трехмерной головы с черепа. Он послужит вам шаблоном, с помощью которого задаются правильные пропорции и черты модели. Конечно, не надо отдельно конструировать череп для каждого персонажа; просто используйте готовую модель одного или двух (мужского и женского) черепов в качестве образца. Взгляните на рис. 2.5.

Здесь показаны мужской череп и «вылепленная» по нему голова. В нижней части рисунка на изображение головы наложены контуры черепа. Сначала была изготовлена его модель, а затем по ней была выполнена модель головы, повторяющая очертания черепа. Без шаблона сделать это очень трудно.

Чтобы правильно сконструировать трехмерную голову, необходимо начать с черепа. Шаблоны мужского и женского черепов содержатся в файлах maleskull.dxf и femaleskull. dxf. Данные изображения имеют низкое разрешение (10000 точек). Настоятельно рекомендую вам использовать указанные образцы при конструировании головы и размещении ее деталей. Обычно я вначале строю базовую модель головы, а затем загружаю на задний план шаблон черепа и уже по нему вношу в картинку необходимые исправления (см. рис. 2.6).

Файлы maleskull. dxf и femaleskull.dxf находятся в папкеChapter2 на прилагаемом к книге компакт-диске.

Как видите, применение шаблона позволяет без особых усилий придать модели головы правильную форму. В противном случае работа грозила бы затянуться на многие часы, и вы не всегда добивались бы удовлетворительного результата. Если вы создаете фантастическое существо, то можете ограничиться визуальным контролем, поскольку отклонение головы персонажа от естественной формы несложно объяснить творческим полетом художника. Создать реалистичную модель человеческой головы - совсем другое дело. Здесь требуется максимально точно соблюсти верные пропорции. Значит, дизайнер должен воспользоваться методами, которые позволяют упростить моделирование.

Конечно, не все человеческие головы имеют одинаковую форму. Тем не менее применение готового шаблона черепа поможет вам выполнить работу на 90%, а также существенно сократить время редактирования модели. Итак, мы подошли к вопросу о том, как соблюсти правильные пропорции при проектировании модели головы. Для этого нужно прежде всего хорошо знать реальное соотношение между размерами отдельных частей лица и их верное расположение.

Черты лица

Если вы хотите, чтобы трехмерная модель головы выглядела достоверно и при анимации не напоминала башку персонажа из комиксов, учитывайте естественные пропорции черт лица. Вот восемь основных деталей, на которые дизайнеру необходимо обратить пристальное внимание при моделировании лицевой поверхности головы:

В данной части книги мы поговорим о перечисленных деталях лица, о том, как определять их правильные пропорции и расположение относительно друг друга. Методы, позволяющие это сделать, очень просты и не требуют какой-то специальной предварительной подготовки. В то же время они весьма эффективны.

Начнем с изучения линии бровей.

Брови играют в мимике лица заметную роль. Обычно их размер определяют, беря в качестве исходного параметра длину глаза. Ширина головы на уровне линии бровей в пять раз превышает длину глаза, как видно из рис. 2.7.

А линия бровей в четыре раза длиннее человеческого глаза (см. рис. 2.8).

При формировании линии бровей следует опустить вниз ее среднюю часть в районе глабеллы, то есть над переносицей. Многие трехмерные модели имеют существенный недостаток: линия бровей прямо прочерчи вает лоб персонажа, делая его похожим на троглодита.

Перейдем к глазам - одной из наиболее сложных для моделирования частей лица.

Нижний край глазницы, или глазной впадины, доходит до середины носа и заканчивается у верхней части скуловой кости. Глазное яблоко представляет собой шар диаметром около 3 см, тогда как конъюнктива и роговица обладают выпуклой формой и выступают над радужной оболочкой. Необходимо точно воссоздать вид человеческого глаза, поскольку при разглядывании лица персонажа зритель в первую очередь обращает внимание именно на глаза. К сожалению, это требование плохо соблюдается дизайнерами, которые конструируют трехмерные модели голов с множеством недочетов. Одна из типичных ошибок при изображении глаза - широкие верхние веки (см. рис. 2.9).

На рисунке поверхность верхних век видна целиком. В реальности они частично скрыты надглазничным краем, и лишь у некоторых людей верхние веки всегда видны полностью. Поэтому лучше «прикрыть» их тканью, прилегающей к надглазничному краю (см. рис. 2.10).

Другая распространенная ошибка аниматоров - показ век, приподнятых над глазами. В результате возникает следующий эффект: во время активного движения персонажей по сцене их веки «плавают» на поверхности глаз и отбрасывают на них тени. Это выглядит довольно странно (см. рис. 2.11). В действительности веки плотно прилегают к глазам, как показано на рис.2.10.

Очень часто дизайнеры допускают еще одну погрешность. Они размещают глаза трехмерной модели либо слишком близко друг к другу, либо чересчур далеко. Возможно, поначалу зритель не заметит этого, однако интуитивно почувствует, что глаза выглядят как-то неправдоподобно: ведь все мы знаем, как они должны быть расположены на самом деле. Оптимальное расстояние между ними равно ширине глаза (см. рис. 2.12).

К числу типичных ошибок относится и неправильная форма глаза. У многих трехмерных моделей он представляет собой идеальный овал. Это близко к истине, однако в подобных случаях не учитываются некоторые особенности контура внутреннего края век. В действительности видимая часть глаза имеет форму несимметричного овала. Самая высокая точка верхнего века расположена ближе к внутреннему уголку глаза, а самая нижняя точка нижнего века - к наружному, как показано двумя стрелками на рис. 2.13.

Определить местонахождение названных точек просто. Они удалены от уголков глаза на одну треть его ширины.

Теперь давайте исследуем само глазное яблоко. Его главная деталь -радужная оболочка, и при воссоздании выражения лица персонажа необходимо учесть ее расположение. Радужка частично скрыта верхним веком, но ее нижний край виден полностью. Между ним и нижним веком заметен также участок белка глаза (см. рис. 2.14).

Во многих трехмерных моделях радужная оболочка глаза отчасти скрыта как верхним, так и нижним веками. Это не всегда является ошибкой:все зависит от того, голову какого персонажа вы формируете.

Веки пожилого человека прикрывают радужную оболочку значительно сильнее как снизу, так и сверху, а у молодых людей площадь ее видимой части больше. Кроме того, иногда прикрытая радужная оболочка свидетельствует о подавленном психическом состоянии личности.

Еще один важный параметр - размеры радужной оболочки. Если они заданы неправильно, глаз будет выглядеть неестественно. В норме диаметр радужки составляет около половины ширины глаза, как показано на рис. 2.15.

Итак, создание правдоподобной модели глаза требует достаточно тщательной работы и особого внимания к деталям. Конструируя трехмерную модель головы, посвятите как можно больше времени прорисовке глаз, поскольку зритель наиболее критично относится именно к этой важной детали лица.

А теперь рассмотрим основные пропорции носа.

Hoc как бы делит лицо пополам и занимает собой половину расстояния от переносицы до подбородка, как показано на рис. 2.16. Ширина основания носа равна ширине глаза (см. рис. 2.17).

Примерно посередине носа, в том месте, где находится край носовой кости, находится горбинка. На рис. 2.18 она указана стрелкой.

Необходимо учитывать и ширину носовой кости, то есть расстояние между уголками глаз. Оно равно ширине глаза (см. рис. 2.19).

Пожалуй, мы рассмотрели самые важные вопросы, связанные с пропорциями носа и расположением его отдельных частей. Как видите, правильно смоделировать человеческое лицо не так уж сложно. Требуется только знать его основные пропорции и уделять побольше внимания про работке деталей.

Теперь перейдем к изучению скуловых костей.

Скуловые кости очень важны для формирования структуры лица. Они несут информацию о характере персонажа. Их расположение также влияет на мимику, так как мышцы скул играют существенную роль в создании выражения лица. Задний конец скуловой кости находится на одной линии с основанием носа (см. рис, 2.20).

Скуловая кость идет по диагонали от верхней точки носовой кости под углом в 30° к вертикальной линии носа, от глазницы к нижней челюсти (см. рис. 2.21).

Выемка скуловой кости находится посередине диагональной линии, показанной на рис. 2.21 в виде отрезка со стрелками. Важный элемент кости - скуловая дуга. Она начинается от подглазничного края, соединяется с концом носовой кости, и височный отросток скуловой дуги располагается примерно на условной линии, делящей ухо пополам (см. рис. 2.22).

Непосредственно под скуловыми костями находится рот. Давайте рассмотрим пропорции и расположение его частей.

Моделирование рта является одной из самых трудных задач при созда нии трехмерных моделей, так как приходится учитывать и внешнюю, и внутреннюю структуру этого органа.

Сначала мы рассмотрим его внешние особенности. Высота рта составляет две трети расстояния от кончи-ка носа до подбородка, как показано на рис. 2.23.

Уголки рта обычно располагаются на вертикальных линиях, проходя щих вниз от центра глазной впадины (см. рис. 2.24).

На рис. 2.25 представлена проекция голопы сбоку. Как видите, уголок эта находится на одной горизонтали с углом нижней челюсти.

При моделировании губ дизайнеры совершают типичную ошибку: изображают внешние края верхней и нижней губ лежащими на одной вертикальной прямой. Фактически же они расположены под некоторым углом друг к другу, как показано на рис. 2.26.

Верхняя губа слегка выступает над нижней, образуя угол в 7,5°. Дело в том, что верхний ряд зубов находится впереди нижнего, поэтому верхняя губа тоже выдвигается вперед.

Приступим к изучению ротовой полости.

Внутренняя структура рта довольно сложна. Правдоподобно показать ротовую полость трехмерного персонажа - трудная задача. Очень часто щеки мультипликационного героя получаются надутыми (см. рис. 2.27).

На рисунке видно, что ткань щеки значительно отстоит от десен, и полость рта становится похожей на воздушный тар. В действительности щека достаточно плотно прилегает к деснам, как показано на рис. 2.28.

По невнимательности мы часто прикусываем щеку изнутри, поскольку она попадает в щель между верхними и нижними зубами. Поэтому при моделировании следует слегка закладывать внутрь рта ткань щеки, которая находится непосредственно за его уголком, как показано стрелкой В на рис. 2.28. Тем самым вы сможете избежать эффекта «бочкообразного рта».

Другой распространенной ошибкой аниматоров является неправильное размещение губ на лице трехмерной модели (см. рис. 2.29).

Контур губ должен повторять очертания десен; следовательно, уголки рта находятся глубже, чем его средняя часть (см. рис. 2.30).

Очень важно правильно расположить десны и зубы трехмерной модели. Граница между верхним и нижним рядами зубов проходит непосредственно за ротовой щелью (см. рис. 2.31).

Десны находятся очень близко к внутренним сторонам губ, но не касаются их. А вот зубы слегка примыкают к губам. Бывает непросто сразу определить верный размер зубов для мультипликационного персонажа. Если сделать их слишком большими, ваш герой будет выглядеть глупо, а мелкие зубы придадут ему неестественный вид. Поэтому прежде всего следует уточнить ширину зубного ряда. Это нетрудно. Крайние зубы лежат на одной вертикали с центрами глазниц, как показано на рис. 2.32.

• совокупная ширина четырех центральных зубов верхней челюсти равна ширине основания носа (стрелка А);

• граница между двумя центральными зубами верхнего и нижнего ря дов проходит по одной вертикальной линии (В);

• внешние резцы верхней челюсти находятся над нижними клыками (С).

К двадцати годам человек обычно имеет 32 зуба, но для анимации важны прежде всего передние. За ними находится язык. Возможно, вам кажется, что сейчас я говорю об очевидных вещах. Тем не менее надо остановиться на этой детали подробнее. К сожалению, многие трехмерные модели головы имеют чересчур плоские языки. Однако настоящий человеческий язык обладает толщиной (см. рис. 2.34).

Язык - очень гибкая мышца, но она весьма незначительно деформируется при анимации лица. Если вы хотите выполнить ее качественно, изготовьте отдельно толстый язык (для тех случаев, когда рот персонажа открыт) и язык, спокойно лежащий внизу (например, во время зевоты).

Кроме того, необходимо задать правильную ширину языка. В покоящемся состоянии он прикрывает внутреннюю часть нижних десен, касаясь своими краями зубов (см. рис. 2.35).

Если размеры языка подобраны верно, анимация получится реалистичной. Тонкий и узкий язык во рту наспех смоделированного персонажа выглядит отвратительно и неестественно.

Теперь перейдем к подбородку.

Высота подбородка составляет одну треть от расстояния между его краем и кончиком носа. Максимальная ширина подбородка ограничена уголками губ, как показано на рис. 2.36.

Практически это вес, что надо знать о пропорциях подбородка. Теперь давайте рассмотрим нижнюю челюсть - чрезвычайно важную часть головы, которая определяет вид нижнего сегмента лица.

Нижняя челюсть - очень заметная часть лица. От ее расположения зависят очертания профиля головы. Как уже говорилось, угол нижней челюсти находится на одной горизонтальной линии с уголком рта (см. рис. 2.37).

А на рис. 2.38 представлен вид лица спереди. Обратите внимание: угол нижней челюсти - самая крайняя выступающая точка челюстной кости -находится на одной вертикали с наружным концом надглазничного края.

Осталось рассмотреть только один элемент лица - уши.

По вертикали расположение уха определяется двумя линиями: сверху - бровями, снизу - основанием носа, как показано на рис. 2.39.

По горизонтали ухо находится примерно посередине головы. Точнее. внутренний край верхнего ушного завитка располагается на вертикальной оси, проходящей по центру головы (см. рис. 2.40).

При моделировании уха дизайнеры часто размещают его строго вертикально, что неверно. На самом деле ухо развернуто под углом 15° к затыл-ну, как показано на рис. 2.41.

Этот угол должен довольно точно соответствовать расположению угла нижней челюсти. Ухо имеет сложную форму, однако есть несколько базо-вых соотношений, которые надо учитывать. Взгляните на рис. 2.42.

Ширина уха равна половине его высоты, причем максимальной ширины оно достигает в области внешнего края завитка. Высота ушного отверстия составляет одну треть от высоты уха. Само отверстие находится посередине, как показано на рис. 2.43.

Высота мочки уха составляет одну треть от его общей высоты (см. рис. 2.44).

Максимальная ширина мочки уха равна половине его ширины (см. рис. 2.45).

Наконец, высота противозавитка составляет две трети высоты уха. Как показано на рис. 2.46, противозавиток начинается у верхней части мочки и доходит до завитка.

Итак, мы рассмотрели наиболее важные пропорции головы и расположение ее отдельных частей. Ручаюсь, что вы уже не раз подумали: «Когда все это кончится?». Процесс создания реалистичной модели человеческой головы поначалу действительно может показаться утомительным. Со временем, когда вы сконструируете для своих разработок несколько шаблонных моделей, он станет для вас привычным делом.

Конечно, нет двух одинаковых голов, поэтому нет необходимости вся кий раз строго соблюдать изложенные выше требования. Отнеситесь к ним творчески. Это основа, от которой вы будете отталкиваться при создании очередного персонажа. Попробуйте так менять расположение деталей и их порции, чтобы каждая модель приобретала индивидуальный облик.

Многообразие очертаний человеческих голов неисчерпаемо. Они отли чаются не только размерами, но и структурой. Например, форма черепа за висит от расовой и национальной принадлежности человека. Прежде чем приступать к созданию очередной модели, постарайтесь учесть все упомя нутые факторы. В противном случае вам скоро надоест конструировать одинаковые идеальные головы. Итак, самое главное, что вам следует по нять и твердо запомнить: чтобы формировать реалистичные трехмерные модели головы, надо знать се пропорции и правильное расположение важ нейших частей.

Как видите, при моделировании человеческой головы нужно учитывать целый ряд условий. Прежде всего необходимо соблюсти точные пропорции головы и верно расположить ее части. Кроме того, помните: правдоподобное выражение лица персонажа и качество анимации в целом напрямую зависят от того, насколько тщательно вы поработали над формой головы мультгероя.

Пора исследовать механизм, который лежит в основе мимики лица и, следовательно, его анимации. Речь идет о мышцах. В главе 3 мы изучим все мускулы лица и те движения, которые они совершают.