Oyun grafikleri neden animasyon filmler kadar güzel değil?

Tomb Raider'in önceden işlenmiş fragmanını izlediğimi hatırlıyorum ve bu grafiklerin oyunun içinde olmasını diledim.

Treyler ve gerçek oyun arasında neden bu kadar büyük bir fark var? Oyunun tamamen farklı bir kavram olduğunu, farklı bir boru hattına sahip olduğunu, farklı türde oyuncu etkileşimlerinden geçmesi gerektiğini biliyorum.

Şimdiye kadar bir oyun ve animasyon filmi yapmanın bazı temel iş yüklerini paylaştıklarını biliyorum, örneğin 3B modeller yapmak, bunları yapmak (sadece oyunda canlı olur). Animasyonlu filmler uzun süre oynatılıyor ve yalnızca önceden oluşturulmuş sahneleri görüyoruz. Tüm bildiğim bu yüzden umarım o bakış açısıyla cevap verirsiniz!

Peki saatlerce saatlerce canlandırılan animasyon filmleri ne kadar güzel kılarlar, oyunda canlı görüntü oluşturma daha az güzelken (genel bakış açısından)?

Zaten merkezi noktalardan birini söyledin: Zaman .

Yüksek kalitede bir animasyon gerçekleştirmenin arkasındaki süreçte, birden fazla farklı yaklaşım ve algoritma (tümü genellikle "Global Aydınlatma" terimi altında birleştirilir ) kullanılır, Ray-Tracing en yaygın olanlardan biri olur (diğerleri, örneğin Radiosity ve Ambient Occlusion dahil) ).

Ray-Tracing, sahneden geçen (genellikle yüksek) ışık ışınlarının benzetilmesini ve farklı malzemelere sahip nesnelere çarptıklarında yollarını, yansımalarını ve kırılmalarını hesaplamayı içerir. Ardından farklı materyaller, ışınlar için spesifik reaksiyonlarla sonuçlanan farklı fiziksel özelliklere sahiptir (örneğin, bir nesneden sıçrayan ışık miktarı, parlak olana kıyasla parlak nesneler için daha yüksektir).

Başka bir nokta Fizik : Binlerce saç suşunu fiziksel olarak doğru bir şekilde simüle etmek zaman alıcıdır. Bu nedenle eski oyunlarda, saçlara genellikle biraz daha gerçekçi görünmesi için bazı ek hareketli nesnelerle saç izlenimi vermek için dokulu çok kaba bir ağ ile yaklaşılır.

Dikkat edilecek diğer noktalar: Bellek ve Bant Genişliği . Bir sahnedeki nesneye uygulanan dokunun kalitesi ne kadar yüksek olursa, onu oyunda yüklemek ve kullanmak için o kadar fazla hafıza gerekir. Ancak, sistemin verileri tutmak için yeterli belleğe sahip olması gerekmez, aynı zamanda mevcut bant genişliğini kullanan çevreye aktarılması gerekir. Bellek ve bant genişliği sınırlı olduğundan, elde edilebilecek bir maksimum vardır.

Oyunlar genellikle yakın nesneler için yalnızca yüksek çözünürlüklü dokuları kullanarak biraz aldatır ve uzaktaki nesneler için daha düşük çözünürlüklü görüntüler kullanır (terim: MipMapping ), böylece daha düşük dokuların getirilmesi gerekmekte ve bu da performansı arttırmaktadır. ( Apple'ın OpenGLES Programlama Kılavuzunda MipMapping ile ilgili bölüme bakınız ).

Benzer şekilde, oyunlar ayrıca nesneler için ne kadar uzakta olduklarına bağlı olarak daha az ayrıntılı olan nesnelere göre farklı kafesler kullanırlar (terim: LoD = Ayrıntı Düzeyi ).

Sonuç: Gerçek zamanlı grafiklerde (oyunlar ve simülasyonlar gibi), bu ayrıntılı ve karmaşık oluşturma işlemi elbette akışkan / pürüzsüz sahneler üretmek için çalışmaz. İnsan gözü için bu sıvı animasyon / hareket efekti elde etmek için saniyede en az 20 render kare gerekir. Diğer yandan, bir animasyon filminde tek bir kare (!) Oluşturmak, Ray-Tracing'de kullanılan ışın sayısı veya Ortam için örnek sayısı gibi birçok faktöre bağlı olarak birkaç saatten birkaç güne kadar her şeyi kolayca alabilir Tıkanma ( 16 ve 256 örneğin ekran görüntüleri için bu Pixar sayfa 1 / Pixar sayfa 2'ye bakın) ve istenen film çözünürlüğünü (daha fazla piksel = hesaplanacak daha fazla bilgi için). Ayrıca bu makaleye bakınPixar'ın Canavarlar Üniversitesi animasyon filmi arkasındaki süreç hakkında, bazı ilginç bilgiler vererek ve ayrıca 29 saatten söz ederek kare başına zaman veriyor.

Genel olarak: Ulaşılacak olan sadakat / gerçekçilik ne kadar yüksekse, o zaman daha fazla kaynak gerektiren (o zaman ve / veya hesaplama gücü / hafızası) daha fazla yineleme / sıçrama / numune gerekir. Farkı görselleştirmek için, bu örnekte kırılma hesaplaması için sekme sayısına bağlı olarak sonuçta elde edilen işleme bakınız: Keyshot'dan Elmas Sıçrama

Ancak, elbette, gerçek zamanlı uygulamalardaki kalite iki nedenden dolayı her zaman artar:

1. Daha güçlü donanım: (oyun) bilgisayarları daha iyi hale geldikçe (= daha fazla [paralel] işlem gücü, bilgisayar bileşenleri arasında daha fazla veri aktarımı, daha fazla ve daha hızlı hafıza vb.), Görsel uyumluluk da artar, çünkü daha fazla zaman alan hesaplamalar aslında gerçek zamanlı bir sistemde uygulanabilir hale gelir.

2. Işınlamaya ihtiyaç duymadan foto-gerçekçi efektler yaratabilen daha akıllı yöntemler / formüller geliştirilmiş ve uygulanmıştır. Bu genellikle yaklaşımları ve bazen önceden hesaplanmış verileri içerir. Bazı örnekler:

   • FXAA gibi farklı kenar yumuşatma türleri
   • Yüzey altı saçılmaya yaklaşım
   • Fiziksel Tabanlı Gölgeleme (PBS) / Fiziksel Tabanlı İşleme (PBR), örneğin Unreal Engine 4'te .

Zaman faktörünün yanı sıra, bir filmde sanatçının izleyicinin neye bakacağını ve neye bakmayacağını tamamen kontrol edebileceğine dikkat etmek gerekir.

Tipik film sahnenizde, kamera tavana ya da odanın karanlık bir köşesine ya da birinin bileğine yönelik çok fazla zaman harcamaz, bu yüzden bu elemanlar için çokgen ve doku bütçesi oldukça düşük olacaktır.

Sahnenin tamamı tek bir noktadan gerçekleşirse, sanal setin (gerçek bir film seti gibi) kameranın arkasındaki parçaları içermesi gerekmez. Çoğu oyunda, oyuncu istediği zaman herhangi bir yere bakmak için ücretsizdir. Bu, kalite bütçesinin gerçekte görülenlere odaklanabileceği anlamına gelir. (Örneğin, God Of War serisi gibi bazı üçüncü şahıs oyunlarında sınırlı bir kamera kullanılır; görselleri daha özgür kamera oyunlarından daha iyi olma eğilimindedir.)

Peki saatlerce saatlerce canlandırılan animasyon filmleri ne kadar güzel kılarlar, oyunda canlı görüntü oluşturma daha az güzelken (genel bakış açısından)?

Farkın yalnızca renderde olduğunu varsayıyorsunuz - bir animasyon filminde, bundan sonra düzenleme yapma şansı da var. Orijinal motorda elde edilmesi zor olacak etkileri bir araya getirmiş olabilirler veya işleri biraz düzeltebilirler (örneğin, animasyonu hızlandırmak / yavaşlatmak için her 10. kareyi kaldırın veya tekrarlayın).

Eğer bir şansınız olursa, 'Roughnecks: The Starship Trooper Chronicles' DVD'lerinden birini kazın, çünkü editörün ve animatörlerin teslimat programlarının gerisinde kalmaya başladıklarında yapmaları gereken püf noktaları hakkında yorumlarına sahipler - çekimleri geri dönüştürmek, ancak ekseni saygısız hale getirmek, böylece belirgin olmamıştır, renk düzeltmeleri, sevmedikleri şeyleri maskelemek, patlamalar eklemek vb.

Sen zaten kendi soruna cevap verdin. Animasyon filmler genellikle, her bir kare için uzun bir oluşturma süresine neden olan daha yüksek bir ayrıntı düzeyine sahiptir.

Öte yandan, oyunların içlerinde çok fazla ayrıntı yok çünkü sahne saniyede 30 veya daha fazla kez gösteriliyor. Bu nedenle geliştiricilerin mümkün olduğu kadar çok varlığı (dokular, modeller vb.) Yeniden kullanmaya çalıştıklarından, çünkü aynı nesneyi iki konumda oluşturmak her şeyin benzersiz olacağından çok daha hızlıdır. Ayrıca, modellerinde çok fazla çokgen kullanmamalarına dikkat etmeli ve bunun yerine aydınlatma, dokular, tümsek haritalama ve diğer teknikleri kullanarak derinlik izlenimi elde etmeye çalışmalıdırlar.

Filmlerin bu sorunu yok; sahneyi istedikleri gibi kullanıp aradıkları sahneyi elde etmek için ihtiyaç duydukları kadar detaylı doku, model ve geometriyi kullanırlar.

Biri oyunların yetişmesine rağmen tartışabilir. Son zamanlarda en iyi görünen oyunlardan bazılarına bakarsanız, film kalitesinden eskisi kadar uzak değillerdir. Elbette her zaman oyundan çok önceden oluşturulmuş bir sahneye daha fazla ayrıntı sığdırabileceksiniz, ancak farkın birkaç yıl içinde fark edilemeyeceğini düşünüyorum.

Diğer cevaplar, ham grafik konularını ayrıntılı olarak ele alıyor, ancak oyunların ve filmlerin ve fragmanların gerçekçiliğinin önemli bir kısmından söz etmiyor: animasyon ve kamera hareketleri .

Bir filmde veya fragmanda, insanların ve kameraların her hareketi, o an için doğru duyguyu göstermek için dikkatlice koordine edilebilir ve asla tekrarlanmaları gerekmez. Video oyunlarında, oyun oyuncunun hareketlerine anında tepki verebilmeli ve mümkün olan sınırsız oyun süresinin doldurulabilmesi için küçük bir stok animasyon havuzunu yeniden kullanmalıdır.

Söz konusu karavandan bunun örnekleri , terapistin başını sallayıp "fena değil" gülüşü vermesi ve Lara kolçakları tuttuğunda, bacağını salladığı veya huşu içindeki mağaraya baktığı zamandır. Bu küçük şeyler (veya bunların eksikliği ve içerdiği "plastik" karakterler) algılanan gerçekçiliği küçük grafik gelişmelerinden çok daha fazla etkiler.

Diğer grafik farklılıklarından farklı olarak, bu ona daha fazla hesaplama gücü atmakla çözülebilecek bir problem değildir: senaryo yazılan bir dünya ile her hareketinize cevap veren bir dünya arasındaki temel farktır. Bu bakımdan, bugünün fragmanlarının gerçekçiliğinin öngörülebilir gelecek için tüm oynanışları aşmasını bekliyorum.

Yayınlanan diğer harika cevaplara ek olarak, oyun geliştiricilerin oyunların ihtiyaç duyduğu hızlı işlem sürelerini elde etmek için oyun geliştiricilerin görsel efektlerinin çoğunu basit dokular olarak pişirmeleri gerektiğine dikkat çekmek gerekir . Bu, iyi pişmeyecek etkiden kaçınmak için büyük özen gösterilmesi gerektiği anlamına gelir.

Video oyunları için pişirilmesi zor olan önemli bir etkisi de Subsurface Scattering (SSS) . Ne yazık ki, bu etki gerçekçi görünen insan derisinin oluşmasında gerçekten önemlidir. Bu yüzden birçok "gerçekçi" video oyun karakteri plastik görünmeye başladı.

Geliştiricilerin bu sorunu önlemelerinin bir yolu, plastik görünümden uzaklaştıracak karakterleri kasıtlı olarak parlak hale getirerek veya aksi halde büyük, sürekli bölümlerini kesmek için yüze (sakallar gibi) çok fazla gölge ve dokusal ayrıntı ekleyerekdir. cilt.

OP yorumunda sorulan sorulardan birini cevaplamak için:

"Öyleyse ana suçlu kim olmalı? Poligon seviyesi veya ışın izleme?"

Bu soru göründüğünden daha zor. Sanırım iyi bir kural şu ​​(bu arada yaptığım) aşağıdaki denklemdir:

number of calculations = {polygons} * {light sources} * {effects}

Temel olarak, bu, nispeten az sayıda özel materyale sahip (örneğin, ayna, banliyö vb. Olmayan) modeller için hesaplama süresinin, poligon sayısı tarafından belirlenen büyük olacağı anlamına gelir. Bu genellikle çok basit video oyun grafikleri için geçerlidir.

Bununla birlikte, pratikte, yeni üst seviye oyunlarda ve özellikle filmlerde, suçlu "genellikle" ışın izlemedir. Neden? İki nedenden dolayı iyi. Önce matematik sebebini vereceğim, sonra sonunda gerçek sebeple ilgili fikrim.

Mathy nedeni:

Güncelleme: Bu matematik açıklama tam olarak doğru olmayabilir. Lütfen daha fazla bilgi için yorumlarda CrazyCasta'nın açıklamasına bakınız.

1000 poligon ve 3 ışık kaynağınız olduğunu varsayalım. Gerçekleştirmeniz gereken en az ışın izi sayısı 3 * 1000'dir.

Aşırı durumu basitleştirirsek ve 1 ışın izi = 1 hesaplama (brüt küçümseme) olduğunu varsayarsak, o zaman 3000 hesaplamaya ihtiyacımız olacak.

Ama şimdi sizin de düşüncelerinizin olmasını istediğinizi varsayalım.

Ücretsiz program Blender programındaki yansımalar için varsayılan ayarlar :

max reflections  = 2
ray length limit = None
...

Bu ayarlar için, en iyi senaryoda, bu süper basit yansımanın modelinizin hesaplama maliyetini iki katına çıkaracağını tahmin edebiliriz.

Ama daha önce de söylediğim gibi, bu örnek çok fazla basitleştirildi ve render zamanınızı çatıya çekecek çok sayıda etki (daha önce bahsettiğimlerin yanı sıra) bulabilirsiniz.

Durum ve nokta: gloss=1(Blender'da varsayılan) ile yansımaları oluşturmaya çalışın , sonra parlaklığı 0,01'e çevirin ve iki işleme zamanını karşılaştırın. 0.01 parlaklığa sahip olanın çok daha yavaş olacağını ancak modelin karmaşıklığının hiç değişmediğini göreceksiniz.

Nitel ama daha gerçekçi nedenim:

Ağ karmaşıklığının arttırılması, model kalitesini yalnızca bir noktaya kadar iyileştirir. Birkaç milyon yüzünü geçtikten sonra, daha fazla yüz eklemenin yapacağı pek bir şey yok. Pürüzsüzlük kullanırsanız, en genel amaçlar için sadece birkaç yüz yüzle kurtulabileceğinizi söyleyecek kadar ileri gideceğim.

Ancak hemen hemen her zaman fark yaratan şeyler aydınlatma, malzeme etkileri ve ışın izlemedir. Bu nedenle filmler, gerçek dünyanın güzel karmaşıklıklarına yaklaşmak için bunlardan çok sayıda kullanma eğiliminde olacaktır.

Tüm bunlar için bir fikir edinmenin harika bir yolu, en son Disney uzun metrajlı animasyonların sonundaki oyuncu listesine bakmak. Muhtemelen insanlara ne kadar aydınlatma ve doku aldıklarına şaşıracaksınız.

Film animasyonunun algılanan hareketi daha akıcı hale getirmek için genellikle çok fazla görsel aldatmaca yapması önemlidir.

Animatörler, örneğin, filmlerin daha düşük oranlarda olmasına rağmen, daha önce herhangi bir oranda olan daha düşük akış hızına sahip olmasına rağmen, daha akışkan görünümlü bir hareket üretmek için , tipik olarak gerçek zamanlı görüntülemede kullanılmayan, örneğin lekeler, katlar veya çarpma gibi, geleneksel el-animasyon tekniklerini kullanabilirler. ) 'de görüntülendi. Özel olarak smear ve katların kullanımı mesh kullanımıyla karmaşıktır - bu tür mesh bozulmaları için mesh deformasyonları oluşturmanız gerekir ve bunun herhangi bir 3B video oyununda yaptığımı sanmıyorum.

Hızlı hareket eden nesnelerin içinden geçen kareler farklı bir kare hızında oluşturulabilir ve daha sonra sahnede hareket bulanıklığı oluşturmak için tekrar birleştirilebilir. Hareket bulanıklığı, bugünlerde gerçek zamanlı 3d grafiklerde oldukça yaygın bir tekniktir. Etkisi genellikle ellerinde işlemcileri olan düzinelerce işlemciye sahip bir animasyon evinin elde edeceği yüksek kalitede değildir (büyük ölçüde hareket bulanıklığı bulanıklaştırmanın gerçekten de katman başına çok sayıda işleme adımını gerektirmesi nedeniyle) ve gerçekten akışkan olmak için çok sayıda ara çerçeve.

Algılanan kaliteyi gerçek zamanlı grafiklerle geliştirmek için bu tür bir görsel hile yapmak, çıktı kare hızını mümkün olan maksimum arka plan oluşturma ara çerçevelerinin çok altında oranlarla sınırlandırmayı ve ardından son kareyi üretmek için birleştirme yapmayı gerektirir. Muhtemelen, bunun gibi teknikleri kullanmak için görsel sadakatteki küçük kazanımların, özellikle doğru yapmak çok zor olacaksa, çerçeve bütçesinin kaybedilmesine değip değmeyeceği konusunda çok sayıda düşünce okulu vardır.

Sorunuzun bir yönünü ele almak için:

Peki saatlerce saatlerce canlandırılan animasyon filmleri ne kadar güzel kılarlar, oyunda canlı görüntü oluşturma daha az güzelken (genel bakış açısından)?

Başta, esnaf. Gerçek zamanlı sanatçılar, sadece zaman kısıtlamaları nedeniyle (hem geliştirme hem de sunma sırasında) değil, bir sahnenin genel görünümünü iyileştirmek için her kareye ince ayar yapma ya da bir kereye mahkum numaralar oluşturma şansına sahip değiller. pratik kısıtlamalar. Etkileşim yorumunda da belirtildiği gibi, oyuncu her seferinde tam olarak aynı şeyi yapmaz, ancak film her zaman aynı şekilde oynatılır.

Bu, video oyun sanatçısı, model kalitesi ve final render kalitesi ile ilgili olarak film sanatçısından çok farklı önceliklere sahip olduğu anlamına gelir. Her ikisi de muazzam miktarda beceri gerektirir, ancak her biri farklı teknikler gerektirir. Tüketici seviyesi oluşturma donanımı ilerlemeye devam ettikçe bu tekniklerin giderek daha fazla birleşmesini ve SIGGRAPH'lerde ve GDC'lerde matematiksel dahinin ortaya çıkmaya devam etmesini bekliyorum.

Tek bir animasyon filminin, bir makinenin tek bir canavarı üzerinde işlenmesi yıllar alabilir. Önceden oluşturulduğundan, sahneye ışık sıçraması, gölgeler vb. Gibi ne kadar pahalı etki gösterdiği önemli değildir. Bu filmler genellikle aynı bilgisayarda çalışan binlerce bilgisayarın birbirine bağlandığı çiftlikler tarafından oluşturulur.

Gerçek zamanlı olarak aynı kaliteyi elde edemememizin nedeni, makinenin 60 FPS'ye ulaşmak için mevcut kareyi yaklaşık 16 ms'de oluşturması gerektiğidir. Animasyonlu bir film için tek bir karenin tek bir bilgisayarda görüntülenmesi saatler alabilir.

Bir oyunda, grafiklerin yanı sıra, bir sürü başka şey oluyor. Her karede tonlarca hesaplama var. Basitçe söylemek gerekirse, bir animasyon filminin, oyuncunun bir roketatardan aldığı hasarı hesaplaması gerekmiyor, sadece boşlukları canlandırıyorsunuz ve çokgenlerin oluşturacağı poligonları canlandırıyorsunuz.

Neyse ki bu gezegende dolaşan bazı dahi insanlar var. Daha fazla çokgen ve daha büyük doku oluşturabilen daha iyi PC'lerin yanı sıra, normal haritalar gibi yapılmış , düz bir çokgenin üzerindeki ışığı / gölgeyi çok ucuza canlandırabilen, sıkıcı bir 3D nesnesinin olağanüstü görünmesini sağlayan bazı yaratıcı icatlar vardır .

Film yapan bu pahalı efektlerin bazıları bu ekstra parlama özelliğine sahip.

• Işık zıplar. Gerçek hayatta ışık, zıpladığı yüzeyler tarafından tamamen emilene kadar zıplar. Her ışık kaynağı için hesaplamalar yapılmalıdır. Bir beyaz kağıdın yanında renkli bir nesne tutmaya çalışın, kağıdın üzerine taşan rengi göreceksiniz.
• Oyunların kullanılan poligon miktarı üzerinde ciddi kısıtlamaları var, ön filmlerin bu kısıtlamaları yok, sadece daha uzun sürmesi gerekiyor. Işık sıçramasına geri dönersek, eğer çok fazla poligonumuz varsa o zaman daha iyi görseller için ancak üstel büyüme maliyeti pahasına daha fazla ışık hesaplaması yapılır.
• Doku boyutu, grafik kartlarında sadece belirli bir miktarda veri tutabilir ve bu verilerin değiştirilmesi pahalıdır. Tüm gölgelendirici haritalarını içeren ortak bir 1024x1024 doku 1GB'lık GFX kartınızı kolayca alabilir. Kartın veri değiştirmesi gerektiğinde, bu ücrete tabidir. Belli ki bir filmi ön planda tutarken bunu pek umursamıyoruz. Ayrıca, bir filmde sadece fotoğraf makinesinin yaklaştığı yüksek çözünürlüklü dokulara ihtiyacımız var, bir oyun için oyuncunun yaklaşabileceği her nesne için bunu istiyoruz.
• Yol bulma CPU üzerinde çok talep ediyor. Örneğin yol bulma algoritmaları, düşmanların size doğru rota bulmasını sağlar veya bir yere tıkladığınızda oynatıcınızın bir yolda yürümesini sağlar. Bu yol bulma maliyeti 10000 yol noktası olduğunda (bu da 100m x 100m'lik bir haritanın her karesindedir) olduğunda maliyetli olabilir, o zaman tüm bu yol noktalarını tek bir kare üzerinde defalarca geçmemiz gerekir. İhtiyaca bağlı olarak bunu daha ucuz hale getirmenin birçok yolu var, ancak gerçek şu ki önceden belirlenmiş sahneler için buna ihtiyacımız yok.

Simpy, oyunun iyi görünmesi için "ucuz" numaralar bulmamız gerekiyor. Ancak insan gözünü kandırması zordur.