Godot Engine 4.0: создание впечатляющей 3D-графики с нуля

Для кого эта статья:

• Инди-разработчики игр
• Люди, интересующиеся 3D-моделированием и разработкой игр на Godot

• Специалисты, стремящиеся улучшить свои навыки в области графики и материалов в играх

  Godot Engine 4.0 перевернул представление о возможностях бесплатных игровых движков для работы с 3D. Я помню свое удивление, когда впервые загрузил модель персонажа и увидел, как качественно она отображается без дополнительных настроек. Если вы стремитесь создать впечатляющую 3D-игру без колоссальных затрат — освоение Godot открывает огромные возможности. От импорта базовых моделей до создания сложных шейдеров и настройки реалистичного освещения — это руководство проведет вас через весь процесс работы с трехмерной графикой в Godot Engine. 🎮

Если вы увлекаетесь разработкой игр на Godot, вам стоит рассмотреть Обучение веб-разработке от Skypro. Навыки веб-программирования помогут вам создавать онлайн-версии ваших игр, разрабатывать сайты с информацией о проектах и даже интегрировать веб-технологии в игровой процесс. Многие успешные инди-разработчики совмещают игровую и веб-разработку, значительно расширяя свои возможности на рынке! 🚀

Основы 3D в Godot: подготовка проекта и рабочей среды

Работа с 3D в Godot начинается с правильной настройки проекта. При создании нового проекта выберите шаблон 3D Scene. Это автоматически настроит базовую 3D-среду с камерой и источником света. После создания проекта вы увидите трехмерную сетку, которая поможет ориентироваться в пространстве.

Первым делом необходимо настроить рабочую область. В Godot есть несколько важных панелей для работы с 3D:

• 3D-вьюпорт — основное окно для манипуляций с объектами
• FileSystem — панель для управления файлами проекта
• Inspector — здесь настраиваются свойства выбранного объекта
• Scene — иерархия объектов вашей сцены

Для комфортной работы с 3D-моделями рекомендую настроить сочетания клавиш. По умолчанию в Godot используются следующие комбинации:

Для создания базовой 3D-сцены в Godot, добавьте следующие узлы:

1. Node3D — корневой узел для организации сцены
2. Camera3D — для наблюдения за сценой
3. DirectionalLight3D — для базового освещения
4. WorldEnvironment — для настройки окружения и фоновых эффектов

Важно настроить проект под ваши потребности. В меню Project → Project Settings найдите раздел Rendering. Здесь можно выбрать рендеринг между GLES2 (для слабых устройств) и GLES3 (для современного графического опыта). Для большинства 3D-проектов рекомендуется GLES3, так как он поддерживает продвинутые шейдеры и эффекты освещения.

Дмитрий Кузнецов, технический директор игровой студии

Когда наша команда переходила с Unity на Godot для разработки приключенческой игры, мы столкнулись с проблемой организации 3D-проекта. Всё было незнакомым и непривычным. Я помню, как один из младших разработчиков не мог разобраться с системой координат и правильной установкой камеры.

Мы нашли решение: создали стандартный шаблон проекта с уже настроенной камерой, освещением и базовой постобработкой. Это сэкономило нам несколько часов при старте каждого нового прототипа. Особенно полезной оказалась организация папок по типу контента: models/, textures/, materials/, scenes/. После внедрения этой структуры скорость прототипирования выросла на 40%. Теперь мы можем сосредоточиться на творческом процессе, а не на технических настройках.

Чтобы структурировать ваш проект, создайте следующие папки в корневой директории:

• models/ — для хранения 3D-моделей
• textures/ — для текстур и изображений
• materials/ — для сохранённых материалов
• scenes/ — для сцен игры
• scripts/ — для скриптов

Такая организация существенно упростит работу, особенно при разрастании проекта. Помните, что Godot использует систему сцен, где каждый элемент может быть сохранён как отдельная сцена и переиспользован — это один из главных принципов работы с движком. 🏗️

Импорт и оптимизация 3D-моделей для игр на Godot

Godot Engine поддерживает импорт 3D-моделей из популярных форматов, включая .glTF, .glb, .obj, .fbx и другие. Однако наилучшие результаты достигаются при использовании формата .glTF/.glb, который считается "JPEG для 3D" и сохраняет большую часть информации о модели, включая материалы и анимации.

Для импорта 3D-модели в ваш проект:

1. Перетащите файл модели в папку проекта (например, в models/)
2. Godot автоматически импортирует модель и создаст ресурс сцены (.tscn)
3. Дважды кликните на импортированной модели для настройки параметров импорта

При импорте Godot создает файл .import, содержащий настройки импорта. Эти настройки можно изменить, выбрав модель и нажав кнопку "Import" в верхней части редактора.

Ключевые параметры импорта, требующие внимания:

• Mesh — настройки геометрии модели
• Materials — обработка материалов
• Animations — импорт и обработка анимаций
• Meshes — настройки генерации коллизий и LOD

Оптимизация 3D-моделей критически важна для производительности вашей игры. Вот основные техники:

В Godot вы можете настроить LOD непосредственно при импорте модели, что позволит автоматически переключаться между версиями в зависимости от расстояния до камеры:

1. В настройках импорта выберите вкладку "Meshes"
2. Активируйте опцию "Create From LOD"
3. Добавьте пороговые значения расстояния для каждого уровня детализации

Для динамической оптимизации сцены Godot предоставляет класс VisibilityNotifier3D, который позволяет отслеживать видимость объектов и отключать их рендеринг, когда они находятся вне камеры:

Алексей Петров, indie-разработчик

Я разрабатывал открытый мир для своей RPG на Godot и столкнулся с серьезными проблемами производительности. Мои детализированные модели деревьев и зданий создавали ощутимые просадки FPS даже на мощном компьютере.

Решающим моментом стало применение системы LOD вместе с оптимизацией кэширования геометрии. Я создал для каждой модели три уровня детализации: высокий (для близкого расстояния), средний и низкий (для дальних объектов). Затем настроил скрипт, который динамически заменял модели в зависимости от расстояния до игрока.

Результаты превзошли все ожидания — производительность выросла более чем на 200%, а визуальное качество практически не пострадало. Игроки даже не замечали подмены моделей в процессе игры. Эта техника позволила создать действительно обширный открытый мир без компромиссов в плане визуальной составляющей.

Для оптимальной организации сложных моделей используйте иерархию узлов Godot:

• Node3D — корневой узел для модели
• MeshInstance3D — для отображения геометрии
• CollisionShape3D — для физических взаимодействий (вложен в RigidBody3D или StaticBody3D)
• AnimationPlayer — для управления анимациями

Помните о размерах текстур — они должны быть степенью двойки (256x256, 512x512, 1024x1024 и т.д.). Это обеспечивает оптимальное использование видеопамяти и повышает эффективность рендеринга. Godot также поддерживает текстуры с размерами, не являющимися степенью двойки, но это может повлиять на производительность. 📊

Создание и настройка материалов в редакторе Godot

Материалы в Godot определяют визуальные свойства поверхностей 3D-моделей. Godot 4.0 предлагает несколько типов материалов, но основной и наиболее гибкий — StandardMaterial3D. Этот материал обеспечивает физически корректный рендеринг (PBR) и поддерживает множество настроек без необходимости писать шейдерный код.

Чтобы создать новый материал:

1. Щелкните правой кнопкой мыши в панели FileSystem
2. Выберите New Resource
3. В списке выберите StandardMaterial3D
4. Сохраните материал в папке materials/

Теперь вы можете применить материал к MeshInstance3D, перетащив его на модель или выбрав модель и установив материал через Inspector в разделе Surface Material Override.

Ключевые параметры StandardMaterial3D:

• Albedo — основной цвет и текстура поверхности
• Metallic — насколько металлической является поверхность (0-1)
• Roughness — шероховатость поверхности, влияет на отражения (0-1)
• Normal Map — текстура для имитации деталей без добавления полигонов
• Emission — свечение материала (например, для неоновых вывесок)
• Ambient Occlusion — текстура для имитации мягких теней в углублениях

PBR-материалы (Physically Based Rendering) в Godot следуют принципам физически корректного рендеринга. Это означает, что материалы реагируют на свет более реалистично. Вот типичные значения параметров для разных материалов:

Для создания сложных материалов с плавными переходами и смешиванием текстур используйте узлы TextureLayered. Этот подход позволяет создавать, например, ландшафт с плавным переходом между травой, грязью и камнями:

1. Создайте несколько базовых материалов (трава, грязь, камень)
2. Создайте текстуру смешивания (blend map), где разные каналы (R, G, B, A) контролируют интенсивность каждого материала
3. Используйте шейдер для смешивания материалов на основе blend map

Для оптимизации производительности при работе с материалами следуйте этим рекомендациям:

• Используйте атласы текстур вместо отдельных файлов
• Объединяйте информацию в каналы одной текстуры (например, roughness в красный канал, metallic в зеленый)
• Размещайте похожие материалы на соседних UV-островах для снижения фрагментации
• Используйте мипмаппинг для всех текстур — это значительно улучшает производительность на расстоянии

Godot также поддерживает SubSurface Scattering (SSS) для имитации рассеивания света в полупрозрачных материалах, таких как кожа, воск или мрамор. Для включения SSS настройте параметры в разделе Subsurface Scattering материала и укажите глубину рассеивания. 🎨

Шейдеры и текстурирование 3D-объектов в Godot Engine

Шейдеры — это программы, выполняемые на GPU, которые контролируют визуализацию каждого пикселя и вершины модели. Godot предлагает мощный, но доступный язык шейдеров — Godot Shader Language (GSL), похожий на GLSL. С помощью шейдеров можно создавать эффекты, недостижимые для стандартных материалов.

В Godot существует несколько типов шейдеров:

• Spatial Shader — для 3D-объектов (обрабатывает вершины и фрагменты)
• Canvas Item Shader — для 2D-элементов
• Particle Shader — для системы частиц
• Sky Shader — для создания динамического неба

Для создания шейдера в Godot:

1. Щелкните правой кнопкой мыши в панели FileSystem
2. New Resource → Shader
3. Выберите тип шейдера (для 3D — Spatial)
4. В Inspector откройте редактор шейдеров

Базовая структура Spatial шейдера:

shader_type spatial;

// Здесь объявляются uniform переменные
uniform vec4 albedo : hint_color = vec4(1.0);
uniform float roughness : hint_range(0.0, 1.0) = 0.5;
uniform float metallic : hint_range(0.0, 1.0) = 0.0;

void fragment() {
// Код выполняется для каждого пикселя
ALBEDO = albedo.rgb;
ROUGHNESS = roughness;
METALLIC = metallic;
}

void vertex() {
// Код выполняется для каждой вершины
// Например, можно изменить позицию вершины
}

После создания шейдера, создайте ShaderMaterial и присоедините к нему ваш шейдер. Затем примените ShaderMaterial к MeshInstance3D так же, как и StandardMaterial3D.

Текстурирование в шейдерах Godot выполняется с помощью uniform переменных типа sampler2D:

uniform sampler2D diffuse_texture;
uniform sampler2D normal_texture;

void fragment() {
vec4 diffuse_color = texture(diffuse_texture, UV);
vec3 normal = texture(normal_texture, UV).rgb * 2.0 – 1.0;

ALBEDO = diffuse_color.rgb;
NORMAL_MAP = normal;
}

Вот примеры практических эффектов, которые можно создать с помощью шейдеров:

1. Пульсирующее свечение: изменяйте интенсивность EMISSION, используя функцию sin(TIME)
2. Анимация текстур: смещайте UV-координаты в зависимости от TIME
3. Эффект воды: комбинируйте несколько смещений нормалей с разными скоростями
4. Процедурная генерация: используйте функции шума для создания текстур без изображений

Для оптимизации шейдеров следуйте этим принципам:

• Минимизируйте количество ветвлений (if/else) в шейдере
• Используйте текстуры предварительных вычислений вместо сложных расчетов
• Ограничивайте количество сэмплов текстур на пиксель
• Используйте функцию mix() вместо условных операторов

Godot 4.0 поддерживает современные техники текстурирования, включая PBR-текстурирование. Для полноценного PBR-материала вам понадобятся следующие карты:

• Albedo — цвет поверхности без влияния освещения
• Normal — информация о направлении нормалей для детализации поверхности
• Roughness — карта шероховатости (черное = гладкое, белое = шероховатое)
• Metallic — металличность поверхности (черное = диэлектрик, белое = металл)
• Ambient Occlusion — затенение в углублениях и щелях
• Height/Displacement — информация о высоте для создания параллакс-эффектов

Для создания качественных текстур используйте специализированные инструменты, такие как Substance Designer/Painter, которые позволяют экспортировать все необходимые карты в форматах, совместимых с Godot. Текстуры можно импортировать так же, как и 3D-модели, перетащив их в проект. 🖌️

Освещение и постобработка для реалистичной 3D-игры

Правильно настроенное освещение и постобработка могут превратить обычную 3D-сцену в фотореалистичное окружение. Godot 4.0 предлагает несколько типов источников света:

• DirectionalLight3D — имитирует свет от бесконечно удалённого источника (например, солнце)
• OmniLight3D — испускает свет во всех направлениях из одной точки
• SpotLight3D — создаёт конус света, как фонарик
• ReflectionProbe — не источник света, но создаёт кубические карты для реалистичных отражений

Для настройки базового освещения сцены:

1. Добавьте DirectionalLight3D для имитации солнечного света
2. Настройте его цвет, интенсивность и направление
3. Включите опцию Shadow для создания теней
4. При необходимости, добавьте OmniLight3D для заполняющего света

Освещение в Godot может работать в разных режимах, в зависимости от ваших потребностей:

Для настройки глобального освещения и окружения используйте узел WorldEnvironment:

1. Добавьте WorldEnvironment в вашу сцену
2. Создайте или выберите Environment ресурс
3. Настройте Background (Sky, Color, Canvas)
4. Настройте Ambient Light для общего освещения сцены
5. Включите и настройте эффекты, такие как Fog, SSR, SSAO, Glow

Постобработка изображения в Godot осуществляется через Environment ресурс или с помощью пользовательских шейдеров постобработки. Основные эффекты постобработки:

• Tonemapping — преобразование HDR в LDR для отображения
• Screen Space Ambient Occlusion (SSAO) — затенение в углублениях и щелях
• Depth of Field — размытие дальнего/ближнего плана
• Bloom/Glow — свечение ярких областей
• Color Correction — настройка цветового баланса, контраста и насыщенности

Для создания пользовательского эффекта постобработки используйте узел ColorRect с шейдером Canvas Item:

1. Добавьте ColorRect как дочерний к Camera3D
2. Установите Anchor и размер, чтобы он покрывал весь экран
3. Создайте ShaderMaterial с Canvas Item шейдером
4. Используйте texture(SCREENTEXTURE, SCREENUV) для доступа к отрендеренному изображению

Оптимизация освещения критически важна для производительности:

• Ограничивайте количество динамических источников света (особенно с тенями)
• Используйте Baked Lightmaps для статических сцен
• Настройте Shadow Atlas Size в Project Settings для баланса между качеством теней и производительностью
• Используйте опцию Light Cull Mask для ограничения влияния света на определённые объекты

Для создания реалистичного неба и времени суток:

1. Используйте ProceduralSky или PanoramaSky в Environment
2. Анимируйте параметры неба и DirectionalLight для создания цикла день-ночь
3. Добавьте динамические эффекты погоды (частицы дождя, тумана)
4. Используйте Sky Shader для полного контроля над внешним видом неба

При правильном использовании освещения и постобработки даже простые 3D-модели могут выглядеть потрясающе. Помните, что баланс между визуальным качеством и производительностью всегда индивидуален для каждого проекта. 🌞

Godot Engine открывает огромные возможности для инди-разработчиков, стирая границы между профессиональными и любительскими проектами. Овладение 3D-моделированием, текстурированием, шейдерами и освещением в этом движке — это вход в мир создания визуально впечатляющих игр без колоссальных затрат. Применяя знания из этого руководства, вы сможете превратить базовые 3D-модели в захватывающие виртуальные миры с неповторимой атмосферой. Вопрос больше не в технических ограничениях, а в вашем творческом видении. Godot дает инструменты — остальное зависит от вас.

Читайте также

• Godot Engine: какой язык программирования выбрать для разработки игр
• Godot Engine: переход от 2D к 3D играм – основы, примеры, советы
• Спрайты и анимации в Godot: полное руководство для 2D игр
• Экспорт игры в Godot Engine: подробное руководство по платформам
• Годот: понимание сцен и узлов, ключи архитектуры игр
• Оптимизация и тестирование игр в Godot 4: секреты профессионалов
• Godot Engine: 20 успешных игр на бесплатном движке – примеры
• Оптимизация и архитектура Godot: избегаем ошибок в разработке
• Первая 2D-сцена в Godot Engine: создание и настройка с нуля
• Освещение в Godot: создание реалистичных 3D сцен с тенями