От Half-Life 2 до Hellblade 2: эволюция фотореализма в играх

Вспоминаем, с каких игр начался путь, какими продолжился, и какие технологии были изобретены в процессе.

Фотореализм в играх — это настоящее искусство. Разработчики давно пытаются создавать виртуальные миры, которые будут настолько правдоподобны, что игроки забудут про реальную жизнь. И с начала 2000-х годов игровая индустрия сделала огромные шаги в этом направлении. А игры из простых электронных развлечений превратились в сложные, эмоционально насыщенные произведения, способные конкурировать с кинематографом.

В этой статье мы проследим эволюцию фотореализма в играх: начиная с Half-Life 2, задавшей новые стандарты 3D-графики ещё 20 лет назад, и заканчивая недавней Hellblade 2, которая стала совсем неотличима от кино. Однако сначала вспомним истоки этого направления.

Конец 90-х и начало 2000-х годов ознаменовались настоящим переворотом в графическом дизайне видеоигр. Если ранее часто прибегали к стилизации из-за технических ограничений, то теперь разработчики устремились к реализму. Это стало возможным благодаря новым технологиям. Именно тогда появились первые шейдеры, детализированные текстуры и динамическое освещение, а также улучшенные физика и интерактивность.

Эти инновации не только улучшили визуальную привлекательность игр, но и расширили границы возможностей геймплея. Они предоставили разработчикам новые инструменты для рассказывания историй и создания захватывающих виртуальных миров.

Первая часть Half-Life разрабатывалась на переработанном движке от Quake. И визуально она значительно превзошла своего формального предка. Трёхмерные модели стали менее угловатыми, текстуры получились детальнее, а анимации были лучше проработаны. Особенно лицевые — Half-Life стала первой игрой с синхронизацией движения губ персонажей под их речь. В 3D-тайтлах тех лет рот у говоривших часто не открывался вовсе.

Также творение Valve отличалось повышенной интерактивностью окружения за счёт добавления довольно примитивной физики. Можно было подтолкнуть ящик под лестницу, сбросить врага в пропасть или расстрелять труднодоступный контейнер, чтобы из него вывалились припасы. Затем в сиквеле физика стала одной из главных фишек (и мы про него ещё поговорим).

Оригинальная Half-Life 1998 года — одна из первых популярных игр с более серьёзным визуальным стилем, а не мультяшным как в тех же Quake. Однако до фотореализма здесь ещё было далеко.

Хотя первый Max Payne нельзя было назвать прорывной по графике игрой даже на момент выхода, именно её разработчики впоследствие стали одними из главных деятелей 3D-искусства в играх. А оригинальные приключения убитого горем детектива в заснеженном Нью-Йорке были больше атмосферными, чем технологичными.

Для текстур разработчики одними из первых в индустрии использовали фотографии высокого разрешения. Это сделало их более убедительными, чем классические отрисованные вручную. Позднее технология достигнет своего пика в Half-Life 2, но вскоре будет замещена сканами и процедурными текстурами.

Также первый Max Payne отметился довольно реалистичным прямым освещением. Хотя оно и было просто запечено в текстуры и не являлось динамическим (источники света нельзя было перемещать или отключать).

Изначально первый Far Cry был лишь технодемкой для ранней версии движка CryEngine. Однако разработчики решили, что у концепции есть потенциал для создания полноценной игры. Так и появились приключения Джека Карвера на тропическом острове, захваченном наёмниками безумного учёного.

CryEngine 1.0 уже мог похвастать дальностью прорисовки до 1 километра, возможностью рендеринга плотной растительности с детальными текстурами, а также неплохим для своего времени освещением. Правда вот полноценный открытый мир создать не удалось — только масштабные локации с подзагрузками между ними. Причём это ограничение движка разработчикам не удалось обойти даже в Crysis, о которой ниже.

Проходя Far Cry, часто хотелось забить на сюжетную линию и просто любоваться тропическими видами. А также кататься по джунглям на пикапе и нырять на глубину в поисках рыбок (которые, по слухам, появлялись у владельцев целого гигабайта ОЗУ).

Середина нулевых отметилась появлением экранов высокой чёткости — с разрешениями 720p и Full HD. С наступлением эры HD-графики, игровые миры стали более осязаемыми и визуально впечатляющими, чем когда-либо прежде. Этот период ознаменовался релизами Half-Life 2 и Crysis, которые продемонстрировали уровень детализации, ранее недостижимый в играх.

Разработчики начали активнее экспериментировать с новыми методами рендеринга. Использование карт нормалей, параллакса и динамических шейдеров помогло создать более реалистичные текстуры и эффекты освещения. Игры стали не просто развлечением, но и средством для демонстрации возможностей седьмого поколения консолей и новых видеокарт.

Для продолжения приключений Гордона Фримена Valve разработали собственный движок Source, а также лицензировали физический фреймворк Havok. Последний позволил объектам вести себя естественно, в соответствии с законами физики. Игроки могли манипулировать объектами, создавая сложные цепные реакции. Это добавило глубину и реализм во взаимодействие с виртуальным миром.

Освещение в игре заслуживает особого внимания. Разработчики использовали продвинутые техники для создания реалистичных теней и световых эффектов, что сделало мир Half-Life 2 живым и убедительным. Отражения на воде, игра света и тени в тёмных коридорах, мягкое освещение утреннего солнца — всё это создавало неповторимую атмосферу и погружение в игру.

Но, пожалуй, самым значительным достижением стала система анимации лиц персонажей. Разработчики из Valve даже без использования технологии захвата движения лиц смогли точно передать эмоции своих персонажей. В игре получились невероятно выразительные и живые образы — настоящие личности, с которыми игрокам было проще устанавливать эмоциональную связь.

В общем и целом, Half-Life 2 можно назвать первой игрой в истории, которая на момент выхода казалась действительно фотореалистичной.

F.E.A.R. (2005)

В нулевых годах 3D-графика реального времени развивалась очень быстро. И спустя всего год на вершину технологического Олимпа взошло творение студии Monolith. Справедливости ради, игра несколько уступала творению Valve в лицевых анимациях, физике и разнообразии локаций. Но во всём остальном, что касалось визуала, сделала большой шаг вперёд.

Если в Half-Life 2 были плоские фототекстуры, то в F.E.A.R. использовался настоящий параллакс. Данная технология позволяет сделать поверхности объёмными без дополнительных полигонов. Для этого применяется смещение текселей (текстурных пикселей), которые как бы «выдавливают» неровности и углубления.

Также F.E.A.R. могла похвастать настоящим объёмным динамическим освещением! Жаль, что встречались разбиваемые окна или шатающиеся люстры не так уж часто. А кроме продвинутых текстур и света, в игре были технологичные шейдеры воды с динамическими волнами и красочными эффектами каустики.

Crysis стала одной из первых игр, использующей новые возможности свежего на тот момент DirectX 10. Здесь было всё: от по-настоящему объёмных дыма и взрывов до глобального освещения и разрушаемости. Да и детализация заметно выросла, по сравнению с первой Far Cry. Здесь, например, впервые использовался продвинутый параллакс с технологией occlusion mapping. Он придавал дополнительный объём поверхностям.

Однако прежде всего первая Crysis подкупала не столько графикой, сколько физикой и полностью интерактивным окружением. Можно было подобрать любой небольшой предмет, а любую хрупкую структуру — сломать. Пулемётные очереди выкашивали пальмы так же легко, как траву (которой здесь было какое-то невероятное количество), шалаши корейцев складывались под колёсами броневика, а сами корейцы отлетали от перчаток нанокостюма.

Жаль, что как CryEngine, так и DirectX 10 не смогли стать индустриальными стандартами. Из крупных проектов на первом сегодня работает только Hunt Showdown от тех же Crytek да пара скандальных MMO: Star Citizen и New World. А второго подвела эксклюзивность для неудачной Windows Vista. Чуть позднее куда более успешная «Семёрка» поставлялась уже с DirectX 11.

В этот период произошли по-настоящему революционные изменения в технологиях освещения и шейдеров в игровой индустрии. Разработчики начали использовать сложные алгоритмы для создания динамического освещения, которое реагировало на изменения в окружающей среде, обеспечивая более реалистичное взаимодействие света и тени в игровом мире. Шейдеры стали более продвинутыми, позволяя имитировать различные свойства материалов. Отражения, преломления и диффузия света придали объектам и персонажам более убедительный вид.

Ключевым моментом в конце данного периода стало внедрение PBR (Physically Based Rendering). Это метод рендеринга, который использует физически точные алгоритмы для отображения света и материалов. PBR позволил разработчикам создавать текстуры и материалы с высокой степенью детализации и реалистичности, учитывая такие факторы, как шероховатость поверхности и металлический блеск.

С выхода оригинальной Mirror’s Edge прошло уже целых 16 лет, но до сих пор сложно найти более стильную игру от первого лица. Вся эта белизна городских зданий, зеркала тысяч окон и минималистичные интерьеры внутренних помещений… Причём тогда это прекрасно работало даже на системах, которые «не тянули Crysis»!

Особенно здесь впечатляло освещение. Оно по-настоящему опередило время. Такие плавные переходы между светом улицы и полумраком помещений без трассировки лучей научились делать лишь несколько крупных студий к середине 2010-х. А цветовой рефлекс (окрашивание соседних поверхностей в цвет друг друга на свету) в растеризации и сегодня встречается лишь в играх от той же DICE и ещё пары студий.

А ещё Mirror’s Edge — это настоящее признание в любви городскому паркуру. Забеги от первого лица по крышам небоскрёбов в минималистичном антураже антиутопии захватывали дух. Чем быстрее бежала героиня, тем лучше выходили подкаты, прыжки и другие трюки. Контекстное управление и привязанная к Фейт камера давали игрокам почти на физическом уровне почувствовать себя фрираннерами.

Эта игра унаследовала и развила визуальные достижения первой Crysis. Она предложила игрокам окунуться в ещё более захватывающий тропический рай. Новая технология рендеринга воды, реалистичная система погоды, продвинутые анимации, убедительные выражения лиц, технология захвата движения и глобальное освещение — всё это стало возможным благодаря новому движку Dunia 2 от Ubisoft.

Также Far Cry 3 продолжила традиции оригинальной Crysis, предлагая игрокам глубоко проработанный мир, полный живой флоры и фауны, который реагировал на действия игрока. Это был мир, где каждый лист и каждое растение казались живыми, а динамическая система погоды влияла на игровой процесс и тактику боя. И что самое главное — мир был по-настоящему открытым!

К сожалению, недоработки в графике тоже были. Взять хотя бы отсутствие анизотропной фильтрации. Из-за этого поверхности под углом к взгляду игрока часто выглядели более размытыми, чем должно быть. Однако в целом игра сохранилась очень даже неплохо.

Хотя релиз данной игры был омрачён обилием багов, формально она стала настоящим некстгеном для своего времени. Увеличенный масштаб архитектуры до реальных 1:1, физически-корректные материалы, тесселяция и доработанное глобальное освещение позволяют AC: Unity поспорить даже со многими более поздними релизами.

Переход на новое поколение «железа» дал возможность разработчикам поднять планку качества графики, значительно преобразив игровой мир. Размер последнего вырос в разы, как и детализация окружения с дальностью прорисовки. Кроме того, возросшие масштабы позволили сделать детально проработанные уровни внутри достопримечательностей. В игре были воссозданы собор Парижской Богоматери, тюрьма Бастилия, музей Лувра и даже Версальский дворец.

А ещё поражала массовка на улицах — до 30 000 человек в кадре! Каждый из них вёл себя независимо от остальных и реагировал на действия игрока.

Благодаря всему этому гулять по Парижу XVIII века хотелось часами. И даже сейчас иногда тянет вернуться в игру и посмотреть на закат с башен Нотр-Дама…

Усовершенствование анимации в 2010-х годах позволило создавать более живых и выразительных персонажей. Новые методы захвата движения и процедурной анимации обеспечивали более точное и естественное воспроизведение движений, делая поведение виртуальных людей более убедительным и разнообразным.

В области моделирования был достигнут прогресс благодаря внедрению фотограмметрии — метода создания 3D-моделей из цифровых фотографий. Это позволило достигнуть нового уровня реализма в визуализации объектов и ландшафтов. А ещё к началу 2020-х появились сетчатые шейдеры и технология Nanite из Unreal Engine 5. Они избавили разработчиков от необходимости сокращать количество полигонов вручную.

Хотя формально L.A. Noire недалеко ушла по визуалу от GTA 4, в ней всё же были интересные графические достижения. И главное из них — лицевые анимации. Они создавались по собственной технологии MotionScan. Данная технология подразумевала запись зачитывающих реплики актёров на систему из 32 окружающих камер. Это позволяло захватывать движения лицевых мускул со всех ракурсов.

Также в игре неплохо воссоздали Лос-Анджелес середины XX века. Для воплощения аутентичной архитектуры и кварталов использовались воздушные снимки Роберта Спенса 1920-х годов. А для моделирования старых автомобилей в качестве референсов послужила коллекция винтажных машин телеведущего Джея Лено.

Оригинальная версия сегодня смотрится слегка нелепо из-за странного сочетания детальной мимики персонажей с низкой детализацией и примитивными анимациями остального тела. Поэтому, если захотите поиграть, то лучше раздобудьте ремастер 2017 года (жаль, что он доступен только на консолях).

Разработкой игры занимались выходцы из студии People Can Fly, уставшие от шутеров и пожелавшие заняться чем-то более сюжетно-ориентированным. Хотя первый проект новообразованной The Astronauts скорее получился симулятором ходьбы. А также «Астронавты» стали пионерами в области фотограмметрии для игровой графики.

Для создания сверхдетального окружения команда ездила в Исполиновы горы на границе Польши и Чехии. Из полученных фотографий скал, растительности, ландшафта, а также заброшенных строений и железных дорог и создавались потом соответствующие трёхмерные модели.

После умеренного успеха The Vanishing of Ethan Carter руководство студии вдохновила концепция «Dark Souls с пушками». Новый проект получил название Witchfire. И в нём фотограмметрия и другие графические технологии собственной разработки The Astronauts получили ещё более впечатляющее исполнение (подробнее читайте здесь).

Red Dead Redemption 2 в своё время стала настоящим некстгеном за два года до выхода новых консолей. А ПК-версия до сих пор сильно нагружает видеокарты. Притом, что в игре даже нет трассировки лучей!

Рассказывая про визуал RDR 2, сложно не начать петь дифирамбы. Картинка здесь соткана из мелочей, завязанных на имитации реальных физических законов. Тогда ещё не было другой игры, где каждая поверхность выглядела настолько натурально. Где в деревянных зданиях было не найти двух одинаковых досок. Где для одного только освещения использовалось больше технологий, чем во многих более ранних играх на всю графику…

Также здесь была самая проработанная анимация для почти всего: от проминаемых снега и грязи до работы мышц у лошадей. Даже волны в водоёмах вели себя очень естественно. А облачное небо и погодные эффекты были сделаны на уровне последних Microsoft Flight Simulator!

С 2018 года технология трассировки лучей стала ключевым элементом в достижении нового уровня фотореализма в видеоиграх. Это метод визуализации, который имитирует физическое поведение света. Он позволил создавать изображения с невероятно реалистичным освещением, отражениями и тенями, ещё сильнее приближая визуальное качество игр к реальному миру.

Внедрение трассировки лучей также стимулировало создание нового поколения игрового «железа», способного обрабатывать сильно увеличившуюся нагрузку. Видеокарты серии RTX были специально разработаны для ускорения обработки трассировки лучей. А сегодня этот метод рендеринга постепенно становится стандартом.

Battlefield V создавалась на движке Frostbite Engine 3 собственной разработки DICE. Она стала одной из первых игр, в которую внедрили трассировку лучей. Благодаря рейтрейсингу удалось создать более реалистичные отражения с объектами за пределами экрана и полноценное глобальное освещение с непрямым светом.

Спецэффекты в игре также были на высоте. Взрывы, выстрелы, огонь и другие эффекты выглядели очень реалистично и впечатляюще — особенно возле водоёмов или зеркальных поверхностей.

Ещё одной особенностью графического оформления игры была система погоды и времени суток. Дождь, снег, туман, а также смена для и ночи добавляли разнообразия в игровой опыт и делали его более атмосферным.

Cyberpunk 2077 до сих пор способна нагрузить даже самые мощные ПК просто потому, что разработчики перестарались с детализацией многих даже самых незначительных объектов. Да и фальшивых источников освещения расставили столько, что на первый взгляд растеризация кажется не хуже трассировки лучей (но только на первый взгляд).

Про местное применение рейтрейсинга говорить можно долго. Только с ним Cyberpunk 2077 по-настоящему расцветает: появляется глобальное освещение с рассеянным светом, полноценное затенение во всех самых укромных уголках, а небо ведёт себя как огромный источник света и тоже подкрашивает поверхности.

Вторая часть игры об Алане Уэйке может гордиться своим визуальным рядом. По графике она превосходит все предыдущие технологические шедевры, включая Red Dead Redemption 2 и The Callisto Protocol. При этом стиль Alan Wake 2 больше напоминает последние ремейки Resident Evil.

В Alan Wake 2 освещение даже без трассировки лучей создаёт объёмные световые лучи и заставляет отбрасывать тени самые мельчайшие предметы. Интересно, что у моделей совсем не видно углов — каждая локация и элементы уровней проработаны до мелочей. Сеточные шейдеры применяются буквально ко всему, а не только к большим зданиям или скалам и пещерам, как в случае с Nanite из Unreal Engine 5.

Крупные планы с персонажами порой сложно отличить от кадров с живым видео. Детализация кожи, одежды и волос превосходит большинство современных игр, а качество материалов — одно из лучших в индустрии.

Недавняя Senua’s Saga Hellblade 2 — это настоящий шоукейс возможностей Unreal Engine 5. В игре полностью раскрываются все главные фишки движка: от бешеного глобального освещения Lumen до сверхдетальных пейзажей за счёт Nanite. В результате игра выглядит неотличимо от кино даже на консолях. А если запустить её на ПК в честном 4K…

В игре Lumen обеспечивает глобальное освещение, включающее кроме непрямого света, также свет от направленных или точечных источников. Высокотехнологичное освещение дополняет виртуальная карта теней (VSM). А Nanite своей автоподстройкой детализации с высокогополигональных моделей доводит прорисовку окружающей среды до какого-то космического уровня. Три технологии вместе создают сцены и пейзажи невероятной глубины и реализма, с кинематографичными гаммой и контрастом.

Также стоит отметить проработку внешнего вида персонажей и их лицевые анимации. В этом Ninja Theory помогла технология MetaHuman от Epic Games, создателей движка UE5, а также собственная студия по захвату движений. Для персонажей заготовлено огромное количество выражений лиц, благодаря чему они выглядят в кадре очень натурально — словно смотришь фильм, а не играешь в игру.

Эволюция фотореализма в играх — это путешествие, которое началось с простых фототекстур и постепенно достигло уровня, где виртуальные миры становятся почти неотличимы от реальности. В этой статье мы проследили, как развитие технологий освещения, шейдеров, анимации и трассировки лучей преобразило визуальное представление игр:

Сегодня фотореализм в играх уже не просто цель — это средство для рассказывания историй, передачи эмоций и создания опыта, который ранее был недоступен. В будущем можно ожидать дальнейшего развития 3D-графики, поскольку технологии продолжат совершенствоваться. Искусственный интеллект, улучшенная трассировка лучей, глубокое обучение и другие инновации откроют новые горизонты для индустрии электронных развлечений.

Надеюсь, что новые игры и дальше будут продолжать удивлять нас своей красотой и проработанностью, стирая границы между реальным и виртуальным мирами. Этой осенью ждём Space Marine 2, Assassin’s Creed Shadows и новый Microsoft Flight Simulator. А в следующем году нас должны порадовать визуалом Doom: The Dark Ages, Death Stranding 2 и GTA 6.