Как в Red Dead Redemption 2 устроены визуальные эффекты

Облака, тени и объёмное освещение.

На конференции SIGGRAPH 2019, посвящённой в том числе и графическим достижениям видеоигр, с лекцией выступил Фабьен Бауэр — старший программист графики Rockstar. Разработчик рассказал, на каких принципах в Red Dead Redemption 2 устроены визуальные эффекты.

Мы выбрали самое интересное из его выступления. В материале изложены лишь основы рендеринга игры — полную презентацию со всеми подробностями, уравнениями и техническими особенностями вы можете найти здесь.

По словам Бауэра, главной целью создателей было достоверно отобразить американскую дикую природу конца девятнадцатого века — причём, сразу в нескольких климатических зонах. Упор сделали на освещении, главным «источником» которого было небо.

Разработчики вдохновлялись картинами художников Школы реки Гудзон — в них живописцы всегда пытались добиться правильного объёмного света и естественных тонов. Солнце преломляется в больших облаках, которые едва касаются остального окружения. Видны туманы и радуга.

Чтобы воссоздать это в игре, разработчики реализовали продуманную систему рассеивания частиц, основанную на физических принципах.

Скажем, если на пути света находятся частицы тумана, то он либо поглощается ими, либо отражается. Чем больше таких частиц находится на пути рассеивания, тем больше свет рассеивается — причём, не только первоначальные лучи, но в том числе и рассеянные.

На каждую частицу в игре моделируется рассеянный свет (на слайде — Scattered Light) как алгебраическая сумма всей интенсивности света. Также у каждой частицы есть коэффициент пропускания (Transmittance), который выражен в виде экспоненциальной функции — она описывает, сколько света передаётся по указанному направлению в объёмной среде. Он определяется экстинцией (Extinction) — суммой коэффициентов поглощения и рассеивания.

Система, которую реализовали в игре, охватывает эффекты как большого, так и маленького масштаба — с поддержкой огромного количества материалов. По факту, в игре одна система рендеринга на почти все объекты.

В первую очередь Бауэр рассказал, как в Red Dead Redemption 2 реализованы облака. В реальном времени генерируется облачная карта, которая охватывает сразу весь внутриигровой мир — с учётом погоды и времени суток. Получается двухканальная текстура, которая содержит данные о плотности облаков на двух слоях.

Однако так мы лишь знаем, где облака будут располагаться в двух плоскостях — теперь им нужно придать форму, основанную на высоте. Для этого в игре существует таблица из разных градиентов, которые позволяют создавать разные кучевые и слоистые облака.

Также под облаками иногда создаётся дождевой туман — в зависимости от их плотности на дождевой карте.

Туман в игре создаётся подобно облакам. Генерируется отдельная карта с тремя каналами — со стартовой высотой тумана, расстоянием покрытия и плотностью. Все эти параметры также учитывают время суток и погоду. Поэтому утренний туман, который появляется на водоёмах, со временем рассеивается.

Иногда места сосредоточения тумана художники размещали самостоятельно.

Система рендеринга же, по словам Бауэра, в игре устроена так: ближняя дистанция покрывается усечённым полем зрения полностью, в то время как дальняя — лишь лучами.

С технической стороны затенение работает примерно как рассеивание. Происходит трассировка лучей по поверхности карты высот местности — в направлении движения Солнца или Луны. При этом учитывается как высота пересечения с окружением, так и длина луча. Затем точки высот сравниваются с картой теней, чтобы определить их видимость.

Параметр длины луча нужен, чтобы резкость теней менялась в зависимости от расстояния.

Радуги в Red Dead Redemption 2 работают в рамках системы рассеивания. По открытому миру их размещают не художники, а сама игра в зависимости от сочетания погодных условий и положения Солнца или Луны.

Технически, это отдельный источник света, чья интенсивность определяется плотностью капель воды.

#rdr2 #опыт #графика #разбор