Компьютерная 3D-графика и специфика ее применения в дизайне продукции игровой индустрии

Одной из профессий в игровой индустрии, которая работает с трехмерным моделированием напрямую, является художник по персонажам, который по совместительству может быть концепт художником, аниматором или художником по текстурам (в зависимости от целей проекта и величины штата сотрудников, но именно в NaughtyDog они разделены на отдельные кадры). В его обязанности входит создание какого-либо персонажа для игровой вселенной, то есть его моделирование, текстурирование и оснащение “костями” и инструментами для последующей анимации, которой займется непосредственно аниматор.

Рис. 12. Логотип компании NaughtyDog.

Для наглядных примеров возьмем образцы концепт-артов и 3Dмоделей из процесса разработки вышедшей не так давно культовой игры NaughtyDog- TheLastofUs. На данном этапе разработки можно увидеть 3Dконцепт, и работу с анимационными инструментами, а именно, как упоминалось выше, с костями готовой 3Dмодели одного из главных персонажей Элли.

Рис. 13. Кадры процесса разработки персонажа Элли из видеоигры TheLastofUs.

Из примера видно, что даже моделирование такого сложного объекта как фигура человека начинается с примитивов и строится с помощью полигональной сетки с постепенным увеличением деталей. Перед тем как создать персонажа дизайнер продумывает его концепт-арт, а именно то, как он будет выглядеть в итоге: стиль одежды, черты лица, пропорции и так далее. Для этого им рисуется несколько различных зарисовок, которые в итоге он согласует с арт-директором проекта. С помощью инструментов текстурирования модель приобретает реалистичный материал, фактуру кожи и текстуру волос. Впоследствии данный персонаж будет анимирован посредствам все тех же костей, привязанных к частям модели.

Рис. 14. Концепт-арты Элли на стадии разработки.

На промежуточных этапах разработки к данному персонажу, полностью смоделированному и текстурированному, привязывают анимации реальных актеров с помощью технологии захвата движений и внедряют в игровое пространство, которое до этого было создано дизайнером уровней и художниками окружения.

Рис. 15. Кадр из финального игрового рендераTheLastofUs.

Художники окружения и дизайнеры уровней работают сообща для создания определенных локаций, в которые будут помещены персонажи. Работа так же начинается с тщательной проработки концептов к будущим моделям, художники просматривают реальные аналоги изображаемых вещей, зданий, улиц (в том случае если происходит копирование какого-то города или поселения, например в TheLastofUs территория постапокалипитических соединенных штатов).

Рис. 16. Концепт-арт к локации “Трущобы”.

После подготовки предварительного материала и подробной отрисовки концептов предполагаемых локаций и предметов на ней все, уже известным способом, переводится в 3Dмодели.

Далее за работу берутся дизайнеры уровней или, короче, левелдизайнеры. С помощью написанной программистами программы игрового движка, которая выступает в роли рендера в реальном времени, они размещают готовые 3Dмодели в пространство локации, образуя игровой уровень.

Данная часть работы имеет такое же большое значение, как и отрисовка идейных концептов для дизайнеров персонажей.

Грамотная организация и дизайн внутри игрового пространства позволяет направлять или вести игрок атак, как задумали разработчики, будь то способ показать более выдающеюся часть игрового дизайна, например, мастерски выполненная, с художественной точки зрения, часть локации (красивый ландшафт или архитектура) или вариант привлечь его к какому-либо важному моменту геймплея.

Для более подробного разбора этого аспекта использования 3Dв игровом пространстве не будет лишним рассмотреть один из кадров игры TheLastofUs, который иллюстрирует подобное взаимодействие.

Рис.17.КадризвидеоигрыThe Last of Us.

Одной из основных вещей, которые встречаются почти во всех современных видеоиграх, является размещение левелдизайнерами неких интерактивных объектов в игровой сцене, которые подсказывают игрокам, в каком направлении им следует двигаться далее. На данном выше кадре таким объектом выступает давно брошенный старый автобус (2). Он является точкой опоры, с помощью которой персонаж (1) может забраться на уступ и зайти в здание (3). Самой главной задачей левелдизайнера и, разумеется, художников окружения является вписать эти интерактивные объекты в игровое пространство таким образом, чтобы игрок визуально считывал их как часть единого целого и не замечал очевидной наводки на правильный путь. Таким образом, совместная работа левелдизайнеров и художников окружения создает живую, работающую структуру, которая так же взаимодействует с игроком через композицию и визуальные отличительные факторы.

Огромную часть работы с использованием и, так сказать, “оживлением” 3Dграфики выполняют аниматоры. Их задачей является оснащение объектов, которые по задумке должны быть анимированы, костями и инструментами анимации. В зависимости от качества игры и ее детальной проработанности, количество анимированных объектов и персонажей варьируется. Например, в TheLastofUs работа аниматора захватывает, не говоря уже о персонажах и геймплейных элементах, даже мельчайшие объекты в сцене - листву, мусор, летящий под воздействием симуляции ветра, пыль в солнечных лучах и так далее. Но самая впечатляющая работа с компьютерной графикой, которой занимаются аниматоры совместно с 3Dхудожниками, является работа с анимацией персонажей. Благодаря современным технологиям им доступен самый точный, на данный момент, способ передать 3Dмоделям реальные человеческие типы поведения и движения тела - технология захвата движений. С помощью специальной студии, в которой по всему периметру расположены камеры, реагирующие на датчики, расположенные на реальных актерах, записываются анимации, которые позже привязывают к 3Dмоделям. В более продвинутых студиях, как например в NaughtyDog, запись может происходить в реальном времени и аниматоры могут наблюдать как лицевая или общая анимация тела смотрится на 3Dмодели персонажа. Это позволяет добиться желаемого результата и сделать персонажа “живым”, чтобы пользователь, играя в видеоигру, верил в происходящее на экране и переживал те же эмоции что и персонаж.

Рис. 18. Кадр со съемок захвата движений для внутриигровых персонажей TheLastofUs.

В готовом варианте анимации всех персонажей редактируются вручную, чтобы убрать все огрехи и шероховатости в процессе игры. Также, как говорилось выше, аниматоры занимаются и мелкими объектами в сцене, что позволяет раскрыть замысел геймдизайнера и художников окружения в полной мере. Например, если взять сцену из одной и той же игры, в которой представлены погодные условия сопровождающееся снегопадом, в разных состояниях, в одном случае анимация присутствует, а в другой отсутствует, то вторая, безусловно, будет выглядеть приятнее и, с точки зрения реальности, правдоподобнее. Конечно же, все это стало возможным благодаря современным 3Dтехнологиям, таким как симуляция частиц, то есть определенных составляющих программы симуляции, которые имитируют физические свойства реальных явлений, таких как дым, пар, снег, огонь и так далее. Исходя из этого, можно отметить, что работа аниматора в составе компании по разработке видеоигр неразрывно связана с 3Dграфикой и является одной из самых важных, так как благодаря ей пользователи могут в полной мере насладиться игрой как произведением искусства.

Данный ряд профессий, представленный на примере компании NaughtyDog, очень ясно показывает неразрывную связь компьютерной графики с дизайном внутриигровой составляющей. Конечно же, список далеко не полон и данные основные направления работы с трехмерным изображением чаще всего подразделяются на более мелкие специализации, к примеру, под обобщающим словом “аниматоры” может быть такой ряд профессий как: старший аниматор кат-сцен, анимационный директор, ведущий аниматор и так далее.

Теперь, когда обозначено общее направление работы с трехмерной графикой в игровой индустрии, можно остановиться поподробнее на специфике самого рабочего процесса. В отличие от фильма, где связь со зрителем устанавливается путем только зрительного контакта, игра подразумевает под собой полностью интерактивное взаимодействие с виртуальным миром. Исходя из этого главными факторами, которые учитываются при ее создании, являются в первую очередь интерактивность, после полная функциональность и работоспособность и на последнем этапе визуальная составляющая. Такое приоритетное расположение обусловлено несовершенством того или иного игрового движка и техники, на которой игра должна правильно функционировать. Основные этапы создания трехмерной модели для видеоигры практически не отличаются от упомянутых выше в разделе основных инструментов 3D, но имеют свои специфические особенности, поэтому следует разобрать их по отдельности. Первым этапом, конечно же, является моделирование геометрии объекта, с одним единственным отличием - формирование объекта происходит с помощью треугольных полигонов, а не привычных четырех в угоду особенностям считывания моделей игровым движком. Также при создании модели для игры возникает вопрос о производительности и ресурсоемкости движка, из чего следует что детализация объекта, а именно количество полигонов, используемых в процессе работы должно быть оптимально, и сбалансировано между качеством и производительностью. Но специально для игровой индустрии существует технология под названием LOD - LevelofDetail (уровень детализации), которая позволяет “разгрузить” систему путем подмены моделей с большим уровнем детализации на менее проработанные версии при дистанционном удалении камеры игрока или при полной потере общей видимости[13]

Рис. 19. Пример разбиения модели на несколько уровней детализации.

Данный прием практически незаметен для человеческого глаза и позволяет увеличить производительность программы в разы. Но даже благодаря таким технологиям перед 3Dдизайнером стоит сложная задача-найти идеальный баланс между детализацией и способностью добиться ощущения высокого качества при низком количестве полигонов. Далее идет процесс текстурирования, которые ничем не отличается от представленного ранее, только с одной поправкой, в игровой индустрии, особенно в больших компаниях, таких как NaughtyDog, текстурами занимается отдельный человек - художник по текстурам. После того, как модель готова, в зависимости от того является ли она движущимся объектом или персонажем, ее должны “оснастить”, то есть создать внутренний скелет с костями и суставами для последующей анимации. Обычно в рабочей сфере этим занимаются художники по риггингу (оснастке). Они создают множество сложных контроллеров, в том числе и для лицевой анимации, которые можно было увидеть на рисунке под номером двадцать восемь. Далее следует работа аниматоров над готовыми моделями, так же с использованием технологии MotionCapture (захвата движений). И завершающим этапом является интегрирование модели в игровой движок, где идет визуализация модели, то есть рендеринг. Прежде чем продолжить, стоит отметить, что существует два типа рендера - рендеринг в реальном времени, ориентированный на игры и пре-рендеринг. При пре-рендеринге скорость просчета не имеет значения, на первом месте стоит достоверность и качество визуализации, поэтому количество времени, затраченное на пре-рендеринг может достигать до двадцати часов и больше. С рендером в реальном времени, который используется в играх, дело обстоит иначе. Во время игрового процесса реакции движка на действия игрока должны происходить моментально. Просчет света и тени происходит за счет ранее созданных карт и текстур, а сами модели в реальном времени перспективно проецируются на экран. В связи с этим главным критерием в создании игры выступает скорость выполнения просчета, поэтому часто разработчики для достижения максимального эффекта используют 3Dускорители. В процессе создания игрового пространства имеет место так же и композитинг, однако, немного в другом назначении. Человек ответственный за композитинг обычно занимается финальным образом игровой графики, общей цветовой гаммой, устраняет недочеты и лишние элементы[13].

Исходя из этого, можно сделать вывод, что процесс работы с компьютерной 3Dграфикой во время разработки игрового продукта очень сложен и требует профессионального, организованного отношения к работе. Множество различных разработчиков трудятся в направлении игровой индустрии, но только некоторые добиваются своей цели и воплощают в жизнь самые невероятные творческие идеи. Даже такому “титану” отрасли видеоигр, как NaughtyDog, перед тем как создать по-настоящему шедевральную видеоигру, пришлось пройти через долгий, наполненный профессиональным опытом, путь развития.

В заключение данного исследования хотелось бы обратиться к поставленным в начале работы задачам и определить степень их выполнения по мере написания данной курсовой работы. В первой части первой главы были подробно расписаны основные события в мире 3Dграфики, а именно ее постепенное развитие от самых ранних вычислительных устройств до современных технологий передачи визуальной информации, что позволило разобраться в истоках понятия компьютерная графика и его современном назначении. Во второй части были подробно рассмотрены инструменты и программное обеспечение, которым пользуются художники и дизайнеры при создании трехмерных изображений, а также одна из основных некоммерческих 3D программ-Blender 3D. Данная подглава помогла обозначить некоторые способы работы над компьютерной графикой и послужила переходом к профессиональной деятельности, а именно к применению 3Dграфики в игровой индустрии. Следующая глава была посвящена видеоиграм как одному из видов современного искусства и одной из самых основных отраслей применения инструментов 3D моделирования в сфере массовых развлечений. В первой части был приведен ряд аргументов в пользу видеоигры как произведения высокого творческого процесса и примеры обучающего и эмоционального воздействия на игрока посредством грамотного гейм дизайна и оформления игрового пространства, что позволило определить значимость видеоигр и их место в искусстве и дизайне. Заключительная часть работы продемонстрировала общую структуру деятельности разработчиков видеоигр так или иначе связанных с трехмерным изображением и специфику их рабочего процесса.

В итоге можно прийти к выводу, что поставленная в начале курсовой работы цель доказать, что продукты игровой индустрии вскоре могут стать частью чего-то большего, достигнута и благодаря высокому профессионализму и кропотливой работе художников, дизайнеров и аниматоров отрасль компьютерных игр станет чем-то более значимым для общества, чем просто частичкой сферы массовых развлечений.

Что касается дальнейшей работы по данному направлению, то перспективы огромны и материала для исследования игровой графики вполне достаточно для дальнейшего изучения. В перспективах находится изучение игровых движков, искусства моделирования для рендера в реальном времени, а также мастерства игрового дизайна при создании персонажей и объектов в игровом пространстве.

1. Касихин В.В. Как стать создателем компьютерных игр. Краткое руководство. // Издательский дом “Вильямс”, 2006 г. - 288 стр.

2. Марк Зальцман. Компьютерные игры: как это делается. Секреты ведущих мировых разрабочиков. // Логрус.РУ, 2000 г. - 530 стр.

3. LegrenziF. VRay. TheCompleteGuide, 2ndEdition .TheGreatHistoryofCG // LegrenziF., 2010 г. - 1026 стр.

4. RaphKoster. Theory of Fun for Game Design. 2^nd Edition. // O'Reilly Media, 2014 г. - 230 стр.

5. Tynan Sylvester.Designing Games. A Guide to Engineering Experiences. // O'Reilly Media, 2013 г. - 387 стр.

6. Биография Эдвина Катмулла. // http://www.animapedia.ru/index.php/Edwin_Catmull.

7. Маслюк Л.Л. Статья - Прибытие “Кошечки”. //http://old.computerra.ru/254339/.

8. Открытое информационное сообщество Blender 3D - Blender Russian Documentation Project. // http://b3d.mezon.ru.

9. Открытый ресурс GameDev// http://www.gamedev.ru - разработка игр.

10. Официальный сайт компании NaughtyDog. // http://www.naughtydog.com.

11. Ресурс формата вопрос/ответ - https://thequestion.ru/questions/592/videoigry-eto-iskusstvo //Мнения профессионалов на тему “Видеоигры - это искусство?”.

12. Сборная статья о трехмерной графике.Раздел о создании.// https://ru.wikipedia.org/wiki/Трёхмерная_графика