Треугольники и многоугольники, они же n-gon, вызывают у новичков почти суеверный страх: их учат избегать, не объясняя причин. В результате люди тратят часы на исправление того, что не мешало, и пропускают случаи, где эти же элементы действительно ломают работу.
Дальше о том, когда они вредны на самом деле, почему четырёхугольники предпочтительнее, где правило не работает и как исправлять проблемные места.
Три типа граней
База для разговора.
Треугольник: три вершины. Всегда плоский по определению, что иногда преимущество.
Четырёхугольник: четыре вершины. Основа большинства рабочих сеток.
Многоугольник: пять и более вершин. Появляется после булевых операций, при заполнении отверстий и в импортированной геометрии.
Важное уточнение, снимающее половину вопросов: видеокарта всё равно рисует только треугольники. Любая сетка триангулируется перед отрисовкой. Вопрос не в том, что видит движок, а в том, как ведёт себя сетка в работе. Что стоит поправить в программе сразу, разобрано в материале про настройку Blender.
Почему четырёхугольники удобнее
Конкретные причины, а не традиция.
Петли рёбер. На четырёхугольной сетке петли идут непрерывно, и их можно выделять и двигать одним действием. Треугольник обрывает петлю.
Сглаживание. Алгоритмы подразделения рассчитаны на четырёхугольники. На треугольниках они дают характерные искажения формы.
Деформация. При анимации четырёхугольная сетка гнётся предсказуемо. Треугольники в местах сгиба дают заломы.
Редактирование. Скольжение рёбер, вставка петель, работа с топологией проще на однородной сетке.
Отсюда следует, где правило важно: там, где сетка будет подразделяться, деформироваться или редактироваться.
Где треугольники безвредны
Случаи, когда бороться незачем.
Плоские поверхности. На плоскости треугольник не искажает ничего: она и так плоская.
Статичные объекты без подразделения. Если модель не гнётся и не сглаживается, треугольники не проявятся.
Финальная геометрия для движка. Она всё равно триангулируется.
Скрытые участки. Дно, внутренности, невидимые стороны.
Практический вывод: треугольник на плоском участке статичной модели не проблема, и тратить на него время не надо.
Где они действительно вредят
Обратный список.
На изогнутых поверхностях с подразделением. Здесь треугольник даёт видимое искажение: на гладкой поверхности появляется вмятина или бугор.
В местах деформации. Локти, колени, сгибы, лицевая анимация. Треугольник в зоне сгиба даёт залом.
На видимых бликующих поверхностях. Даже без подразделения нормали в треугольнике усредняются иначе, и блик ломается.
Рядом с фаской. Модификатор фаски на треугольниках работает непредсказуемо.
Симптом во всех случаях один: неровность затенения там, где геометрия выглядит гладкой.
Полюса: настоящая проблема
То, о чём говорят меньше, а вредит больше.
Полюс это вершина, где сходится не четыре ребра. Пять или три.
Именно полюса, а не треугольники сами по себе, вызывают большинство искажений при сглаживании.
Полностью избавиться от них невозможно: на замкнутой поверхности они обязаны быть.
Что реально делают. Убирают полюса с видимых изогнутых участков. Прячут их в плоских зонах или в местах перелома формы. Не допускают полюсов в зонах деформации.
Правило: полюс в углу куба незаметен, полюс на гладкой щеке виден сразу.
Многоугольники и чем они опасны
Отдельная категория со своими рисками.
Главная опасность: многоугольник может быть неплоским. Пять вершин легко оказываются не в одной плоскости, и тогда грань триангулируется непредсказуемо.
Результат: тёмное пятно или излом там, где ожидалась гладкость.
Вторая опасность: поведение при экспорте. Разные программы триангулируют по-разному, и модель в движке выглядит иначе, чем в редакторе.
Отсюда практическое правило для игровых ассетов: триангулировать перед экспортом самостоятельно, чтобы результат был предсказуем.
Плоский многоугольник на плоской поверхности при этом совершенно безобиден.
Как их найти
Инструменты поиска.
Выделение по числу сторон: в режиме редактирования есть команда, выбирающая все грани с заданным числом вершин.
Статистика сцены: показывает общее число треугольников и четырёхугольников.
Визуальная проверка: включить отображение сетки поверх сглаженной поверхности и посмотреть, совпадают ли неровности затенения с проблемными местами.
Отдельно: подсветка неплоских граней. Она есть не везде, но именно она показывает главную опасность многоугольников.
Как это вписано в общую проверку, разобрано в материале про починку сетки.
Способы исправления
От простого к сложному.
Слияние двух треугольников в четырёхугольник. Работает, если они лежат рядом и образуют выпуклую фигуру.
Разрезание многоугольника. Добавление рёбер, превращающих его в четырёхугольники.
Перенаправление петли. Треугольник часто появляется там, где петля оборвалась. Продолжение петли до края убирает его.
Перестроение участка. Удалить проблемную зону и собрать заново вручную.
Автоматическая ретопология. Для сложных случаев. Даёт четырёхугольную сетку целиком, но теряет точность формы.
Первые три покрывают большинство случаев и делаются за секунды.
Куда девать лишние треугольники
Практический приём.
Полностью избавиться от них на сложной форме невозможно. Значит, задача не убрать, а переместить.
Куда прятать. В плоские участки. В места перелома формы, где искажение не видно на фоне и так резкого перехода. Под другие объекты. На невидимые стороны.
Как перемещать: перенаправлением петель. Петля, обрывающаяся в плоской зоне, оставляет треугольник там, где он безвреден.
Это и есть основная работа при ретопологии: не идеальная сетка, а осмысленное расположение неизбежных дефектов.
Направление петель
Качество сетки определяется не только типом граней.
Хорошая топология это не просто четырёхугольники, а четырёхугольники, идущие по форме. Петли должны следовать логике объекта: вдоль мышц у персонажа, по граням у механики, по направлению изгиба у любой деформируемой поверхности.
Сетка из идеальных квадратов, наложенная поперёк формы, работает хуже, чем сетка с парой треугольников, но с верным направлением петель.
Отсюда практический приоритет: сначала направление, потом чистота. Это обратно тому, чему учат в первую очередь.
Проверить просто: провести взглядом вдоль петли и посмотреть, идёт ли она туда, куда идёт форма.
Плотность и её равномерность
Третий параметр качества сетки.
Резкая смена размера граней это источник тех же артефактов затенения, что и треугольники. Блик ломается там, где плотность меняется скачком.
Что должно быть плотнее: участки с большой кривизной, места деформации, детали, которые видно крупно.
Что можно делать реже: плоские участки, невидимые стороны, дальний план.
Переход между зонами разной плотности должен быть постепенным. Именно в таких переходах и живут неизбежные треугольники, и это правильное для них место.
Специальный случай: печать
Область, где правило не действует вовсе.
Для 3D-печати тип граней не важен совершенно. Слайсер работает с треугольниками и принимает любую сетку.
Что важно там: замкнутость оболочки, отсутствие самопересечений, верное направление нормалей.
Треугольная сетка, полученная сканированием или автоматическим упрощением, печатается прекрасно.
Тратить время на четырёхугольники перед печатью бессмысленно. Требования разобраны в материале про подготовку модели к печати.
Когда не надо чинить
Экономия времени.
Модель для дальнего плана. Никто не увидит.
Статичный объект без сглаживания. Проблема не проявится.
Объект под печать. Требования другие.
Импортированный скан, который используется как референс. Он и не должен быть чистым.
Финальная версия, уже подготовленная к экспорту. Там триангуляция ожидаема.
Признак напрасной работы: вы чините сетку, не наблюдая никаких визуальных проблем.
Проверка перед сдачей
Короткий список для рабочей модели.
Посмотреть на объект со сглаживанием: нет ли неровностей затенения. Найти их источник, если они есть. Проверить зоны деформации отдельно: там требования жёстче. Проверить неплоские многоугольники. Убедиться, что треугольники остались только на плоских и невидимых участках.
Занимает это пару минут и заметно надёжнее, чем поголовная чистка сетки. Наглядный пример такого места это блок страниц книги, где многоугольники появляются сами собой.
Общие принципы построения чистой сетки разобраны в материале про ретопологию.
Частые вопросы
Можно ли оставлять треугольники в игровой модели?
Да, финальная геометрия всё равно триангулируется. Значение имеет только то, деформируется ли модель и сглаживается ли она.
Почему на гладкой поверхности появилось пятно?
Скорее всего полюс или неплоский многоугольник. Включите отображение сетки и посмотрите, совпадает ли пятно с особой точкой.
Что хуже, треугольник или многоугольник?
Многоугольник, потому что он может быть неплоским и триангулируется непредсказуемо. Треугольник хотя бы всегда плоский.
Нужна ли четырёхугольная сетка для рендера?
Только если применяется подразделение. Без него важно лишь отсутствие артефактов затенения.
Обязательно ли убирать все многоугольники?
Нет, плоские многоугольники на плоских участках безобидны. Опасны только неплоские: они триангулируются непредсказуемо и дают артефакты затенения.
Стоит ли триангулировать перед экспортом?
Для игровых ассетов да: так вы контролируете результат вместо того, чтобы полагаться на алгоритм движка.
Посмотрите на объект со сглаживанием и найдите неровности затенения. Чинить надо их, а не все треугольники подряд.