Dolina niesamowitości, czyli rzecz o silnikach w grach wideo

Kontynuacja z poprzedniej strony.

Chociaż często mówi się, że oprawa wizualna nie jest najważniejszym elementem gier, to z roku na rok jakość grafiki staje się coraz wyższa. Rodzi się jednak pytanie, co sprawia programistom i grafikom największe trudności? Przemysław Czatrowski, Engine Programmer w CD Projekt RED zwraca uwagę na jeden, kluczowy aspekt:

- Mówiąc o efektach wizualnych trzeba przede wszystkim podkreślić to, że wszystkie z nich sprowadzają się do odpowiedzi na z pozoru proste pytanie: w jaki sposób różne źródła światła wpływają na ostateczny kolor danego elementu sceny - wyjaśnia. - Cienie, efekty ognia, przezroczysty lód czy też naturalnie wyglądające materiały - tkaniny, metal - to odpowiednio obliczony wpływ światła na powierzchnię.

- Jeżeli chodzi jednak o najtrudniejsze efekty wizualne, to trzeba wspomnieć o tzw. oświetleniu globalnym - kontynuuje Przemek. - Jest to technika pozwalająca na uzyskanie jeszcze większego realizmu sceny, za pomocą światła odbitego od innych obiektów. W tradycyjnych modelach oświetlenia, wpływ na docelowy kolor obiektu mają jedynie bezpośrednie źródła światła znajdujące się na scenie, takie jak światło słoneczne, żarówki czy pochodnie. W modelu oświetlenia globalnego każdy z obiektów staje się jednocześnie źródłem światła, ma więc wpływ na kolory rzeczy znajdujących się w jego najbliższym otoczeniu. Można to zaobserwować, np. przysuwając czerwoną poduszkę do białej ściany w słoneczny dzień - ściana będzie miała czerwony odcień, mimo że padające na nią bezpośrednio światło słoneczne jest barwy białej.

Badania i rozwój

Balázs Török zauważa nowe wyzwania, przed jakimi stają informatycy. - Powiedziałbym, że z każdym rokiem zbliżamy się bliżej do doliny niesamowitości i ciągle jest wiele problemów ze stworzeniem efektów wizualnych zgodnych z rzeczywistością. Są przeszkody, które istniały od początku prac z grafiką 3D - sposób radzenia sobie z cieniami i przeźroczystością; ale są też nowe wyzwania, jak np. znalezienie rozwiązania problemu oświetlenia pośredniego.

Oprawa graficzna to tylko jeden z elementów składowych gry, któremu studia poświęcają dużo uwagi. Pozostaje jednak wiele innych aspektów, takich jak animacja postaci, sztuczna inteligencja, udźwiękowienie lub fizyka. Czy któryś z tych obszarów jest obecnie oczkiem w głowie programistów?

- Prawda jest taka, że żaden element engine'u i gry nigdy nie jest doskonały, zawsze można coś ulepszyć - twierdzi Jakub Klarowicz. - Czasem deweloperzy decydują się na rozwój jednej technologii kosztem innej, ale wynika to z ograniczeń obecnego sprzętu - chcąc pokazać coś więcej w jednej dziedzinie trzeba „oszczędzać" w innej.

Przemysław Czatrowski zauważa przy tym, jak ważną rolę odgrywają już opracowane narzędzia oraz ciągłe ich doskonalenie.

- Samodzielne napisanie silnika, który będzie oferował wszystkie obecne standardy wizualne i edycyjne to ogromne przedsięwzięcie, dlatego też większość studiów deweloperskich korzysta z narzędzi już dostępnych na rynku, np. Unreal Engine, CryEngine lub Unity. Te silniki rozwijane są od lat, a nad listą oferowanych przez nie możliwości pracują dziesiątki osób. Praktycznie każde ze studiów ma swój zespół R&D [Research & Development, tj. prace badawczo-rozwojowe - przy. red.], zajmujący się rozwijaniem nowych technologii, które po optymalizacjach i testach wdrażane są do kolejnych wersji silnika.

Według Czatrowskiego, niebagatelną rolę odgrywają też mniej znane firmy, specjalizujące się w tworzeniu materiału do poszczególnych składowych silnika gry.

„Prawda jest taka, że żaden element engine'u i gry nigdy nie jest doskonały, zawsze można coś ulepszyć.” - Jakub Klarowicz o różnych aspektach silników

- Nie każdy element silnika musi być oczywiście od początku stworzony przez każde ze studiów niezależnie. Istnieją firmy zajmujące się tworzeniem tzw. middleware, czyli bibliotek odpowiedzialnych za jeden, konkretny element, jak np. tworzenie, edycję i wyświetlanie realistycznej roślinności, odgrywanie dźwięków lub symulację fizyki. Bardzo często takie rozwiązania są integralną częścią silnika oferowanego przez firmę deweloperską.

Baláz dostrzega w takim podejściu również aspekt ekonomiczny. - Każde studio, które rozwija swój silnik musi ocenić, z jakimi problemami będzie miało do czynienia oraz na co przeznaczyć zasoby i pracę. Kosztowność procesu opracowania własnego rozwiązania jest jedną z przyczyn korzystania z gotowych, licencjonowanych silników. Ta opcja jest w wielu przypadkach tańsza.

Obecny okres wyróżnia się bardzo silną konkurencją na rynku, a poszczególne firmy często przyciągają graczy tytułami dedykowanymi, wydawanymi tylko na daną platformę. Dla programistów praca nad taką produkcją okazuje się znacznie szybsza i efektywniejsza niż ma to miejsce w przypadku w gier wychodzących na kilka platform.

- Zdecydowanie łatwiej tworzy się grę na jedną platformę niż na kilka - mówi Chris Hardwick. - Ma to wpływ na technologię i design silnika. Nie bez powodu tytuły dedykowane wyróżniają się na tle gier na wiele platform zarówno pod względem wydajności, jak i stabilności. Silniki multi- i crossplatformowe wymagają dodatkowej pracy, by dostosować produkcję na każdy ze sprzętów i najczęściej są mniej wydajne przez wykorzystanie w nich bardzo ogólnych rozwiązań - takich, które pasują do wszystkiego, a nie są dostosowane pod konkretny system. Produkcja wieloplatformowa to też inna organizacja pracy samego studia - najczęściej oznacza ona więcej testów i większą liczbę programistów.

Nowa generacja, nowy początek

Ciągły rozwój gier prowadzi do przeskoków technologicznych, nazywanych generacjami. Xbox 360, PlayStation 3 i Wii są przedstawicielami siódmej generacji. Obecnie jesteśmy świadkami zmiany technologicznej. Wkrótce na rynek trafią nowe konsole. Czym dla samych programistów, znających gry od środka, jest ta „nowa generacja"?

- Nowa generacja to na pewno krok naprzód, ku czemuś lepszemu - uważa Balázs Török. - Kiedy pojawiła się obecna generacja, wszystkie firmy zaczęły tworzyć techniki związane z HDR i bloomem. Podobnie jest teraz, jeśli chodzi o globalne oświetlenie. Wspomniany krok naprzód, najczęściej spowodowany jest zmianami graficznymi, natomiast kolejne części systemu rozwijają się wolniej.

Chris Hardwick opisuje ten proces w sposób bardziej komputerowy, zaznaczając przy tym pewne obawy, jakie mogą dotknąć producentów i wydawców.

- Wejście nowej generacji to trochę jak wciśnięcie przycisku reset. To jest nowy początek dla deweloperów - przekonuje. - Wielu przeniesie z generacji na generację ile może, ale będzie też trzeba inwestować w nowe technologie i tworzenie nowych rozwiązań, by sprostać wysokim wymaganiom graczy. Może to też namieszać na rynku, zarówno wśród deweloperów, jak i wydawców. Większe, lepsze, szybsze - te trzy przymiotniki nie zmieniają się, jeśli chodzi o opisanie każdej zmiany generacji, z którą mieliśmy do czynienia. Co jest największą niewiadomą, to okres przejściowy. To podczas niego wiele firm po prostu nie daje rady. Tak było ostatnio podczas zmiany generacji i teraz pewnie też tak będzie.

„PC jest platformą, która rozwija się ciągle, nie ma generacji w konsolowym znaczeniu” - Balázs Török o wyścigu technologicznym między konsolami i komputerami

Technologicznemu wyścigowi konsol przygląda się z boku poczciwy pecet. Rozmowy o nowych procesorach czy kartach graficznych nie są nawet po części tak gorące, jak dysputy o Durango i Orbisie, czyli następcach Xboksa 360 i PlayStation 3.

- PC jest platformą, która rozwija się ciągle, nie ma generacji w konsolowym znaczeniu - komentuje ze spokojem pozycję blaszaków Balázs Török. - Co jest ważne dla deweloperów to fakt, że obecne komputery są potężniejsze niż dostępne na rynku konsole. Nie mówi się głośno o przełomie, bo to proces, który cały czas się dzieje. Nowe procesory czy karty graficzne nie dają aż takich skoków w jakości, jakie występują w przypadku różnic pomiędzy dwoma generacjami konsol.

Przyszłość pozostawia sporo pola do różnego rodzaju dywagacji na temat rozwoju sprzętu i gier. Jakub Klarowicz nie ukrywa, że nadchodzące technologie wywołują zarówno podekscytowanie, jak i pewne obawy.

- Korzyści to rozwój, nowe możliwości, nowe horyzonty, ale także w jakimś stopniu odświeżenie rynku i przypomnienie graczom o potencjale „dużych" gier. Dla mnie nie bez znaczenia jest też to, że nowy sprzęt to nowe wyzwania i dużo ciekawych rzeczy do zrobienia - stwierdza z uśmiechem programista. Ale dodaje:

- Jeżeli chodzi o obawy, to dotyczą one głównie tego, czy nowa generacja konsol spełni oczekiwania twórców i zapewni bazę do tworzenia gier na parę najbliższych lat. Aby tak się stało, ludzie muszą się przekonać, że nowy sprzęt rzeczywiście da im nową jakość, której wcześniej nie mieli. Dlatego jest to też duże wyzwanie dla nas, deweloperów, by sprostać tym oczekiwaniom.