Концепты от AI #concept@cgitems
Основные источники освещения в играх. Типы и их особенности

Мы продолжаем серию статей, посвященных особенностям освещения в играх, и на очереди — рассказ о том, без чего бы освещения, собственно, и не было: об источниках света. В обзорной статье мы вкратце описали основные моменты, связанные с ними, а теперь погрузимся поглубже.

Итак, не будет преувеличением сказать, что источники света играют очень важную роль в создании реалистичной и/или привлекательной визуализации игровых миров. Именно они излучают свет и освещают сцены, объекты и персонажей игры, благодаря им возникают тени, блики и отражения, происходит смена света и тьмы, создаются оттенки цветов и лучше видна фактура текстур.

Кроме того, именно с их помощью передают настроение и эмоции игровой атмосферы. Особенно это важно в жанре хоррор, где на балансе света и тени построена немалая часть геймплея.

Создание реалистичного (или же подчеркнуто нереалистичного) освещения имеет большое значение для восприятия игроками и соответствия игровой атмосферы и концепции.

01_light_source_cgitems.ru.jpg Разработчики Fallout 4 нередко выпускали обновления, связанные с улучшением освещения в игре. Да и сами фанаты нет-нет, да и пилили моды для этого. Обратите внимание, как элегантно с помощью света создается концептуальная атмосфера постапокалиптического тлена.

Все источники (которых можно насчитать несколько сотен, ведь это не только лампочки/Солнце/фонари, но и разнообразные отражения и блики!), делят на несколько групп по типу распространения света.

Чаще всего выделяют три основные группы:
Точечный источник света (Point light)
Направленный источник света (Directional light)
Прожектор (Spot light)

02_light_source_cgitems.ru.png Простейшая схема распространения света от трех "канонических" источников.

Свойства источников освещения по "подвижности"

Кроме того, некоторые разработчики расширяют классификацию по “подвижности” и вместо динамичных/динамических и статичных/статических источников света (меняющихся во времени и пространстве и нет, соответственно), выделяют три типа:

Статичный

Собственно, статичный, находится на одном и том же месте, отбрасывает свет одних и тех же насыщенности, цвета и интенсивности, просчитывается заранее.

Стационарный

Не меняющий своё положение, но могущий изменять цвет/интенсивность/насыщенность (например, свеча, которая постепенно затухает).

Динамичный

Движется, меняет цвет и прочие характеристики.

03_light_source_cgitems.ru.gif В соответствии с расширенной классификаций этот источник можно назвать стационарным - несмотря на то, что экран телевизора неподвижен, интенсивность освещения меняется.

Точечные источники освещения

Это один из наиболее распространенных типов источников света в играх. В них свет излучается из конкретной точки в пространстве во всех направлениях. Точечные источники света могут иметь различную интенсивность, яркость, цвет и радиус действия. Они могут быть статическими, стационарными или динамическими.

Такие источники света имеют ограниченную область действия и создают направленные тени — помогая подчеркнуть важные детали на игровой сцене.

04_light_source_cgitems.ru.png Как-то так и действует простейший точечный источник света. Хорошо видны четкость теней, а также равномерность распределения освещения во все стороны.

Наиболее распространенные точечные источники света:

Фонари и факелы

Незаменимы в сценах, действие которых происходит в подземельях или ночью/вечером. Кроме того, что они выполняют свою прямую функцию — собственно, подсветка окружающих предметов и пути, они еще работают на создание атмосферы. И могут быть очень важным элементом геймплея, так как только получив фонарь/факел (или имея топливо для них) персонаж может видеть в темноте и ориентироваться в пространстве. Нужно подчеркнуть, что фонари тут имеются в виду скорее газовые или масляные, а не современные “лучевые”, которые относятся уже к другому типу освещения.

Свечи и костры

Обязательный элемент любого игрового средневекового или фэнтезийного мира. Они могут быть частью геймплея — например, как в случае с фонарями и факелами, стать условием ориентации персонажа игрока в пространстве. Или же свет костра может вывести/заманить на полянку, где сидят NPC, могущие дать неплохой совет или же, наоборот, оказаться очередными боссами. Кроме того, свечи и костры создают мягкий, теплый свет и контрастные тени, что добавляет реализма и атмосферы в игровую среду.

05_light_source_cgitems.ru.jpg Выживалки, такие как Sons of the Forest, тоже не обходятся без костров. Которые не только освещают пространство, но и являются частью геймплея: не разведешь - сдохнешь.

Уличные фонари

Популярные источники света в играх, действие которых происходит в городе. Их интенсивность зависит, в свою очередь, от технических характеристик самого источника: это могут быть современные электрический фонарь или фонарь на солнечных батареях, а может и газовый фонарь позапрошлого века. Высший пилотаж во втором случае — внимательно изучить матчасть и не делать на улице какой-нибудь Праги начала XX века иллюминацию современного Лос-Анджелеса.

Ну и по мелочи — фонари создают более широкую область освещения, помогая игрокам ориентироваться на уровне и подчеркивая атмосферу уличного пространства.

Лампы и другие осветительные приборы

Используются в локациях вечерних квартир, кабинетов, коридоров зданий. Ключевую роль в создании атмосферы не играют — в основном просто подсвечивают определенные зоны или объекты.

Направленные

В то время, как точечные источники испускают свет во всех направлениях, направленный источник делает это только в одном. Вот, в общем, и вся основная техническая разница. Направленные источники, как и прочие, играют важную роль в создании эффектов теней, освещения и пространственной глубины, добавляя реализма и атмосферности к графике игры.

Направленные источники еще иногда называют параллельными — имея в виду, что световые лучи из них идут параллельно друг другу. Это упрощает расчеты.

Реализация направленных источников света в играх может быть достигнута с помощью различных технологий и методов, таких как трассировка лучей, карты теней, глобальное освещение и отражения. Это позволяет игровым разработчикам создавать реалистичные и эффектные сцены с динамическими изменениями освещения.

06_light_source_cgitems.ru.jpg Видите направленный источник освещения? А он есть. Зато по теням хорошо заметно, что лучи идут параллельно.

Солнце — один из наиболее часто используемых типов направленных источников света, который имитирует, собственно, солнечные лучи. Он дает яркий и плотный луч света, направленный под определенным углом, и может быть настроен с учетом времени суток и местоположения игрового мира, что позволяет создавать реалистичные эффекты зари, заката, дневного света и тени. Кроме того, предполагается, что подобное освещение будет динамическим: например, когда свет солнца падает на деревья, их тени могут рисоваться реалистично, с изменениями длины и направления соответственно времени суток.

Солнце также может влиять на цветовую гамму и общую атмосферу игры в зависимости от его положения и интенсивности.

07_light_source_cgitems.ru.jpg Отличный пример яркого солнца в Uncharted 4 - хорошо видны слепящие засветы, которые скрывают часть горизонта.

Звездное небо - в некоторых играх, особенно в сеттингах научной фантастики, звездное небо может быть представлено как направленный источник света. Звезды могут освещать окружающую среду, создавая атмосферные эффекты и ощущение пространства.

Лучи магии или энергии - в фэнтезийных или научно-фантастических играх магические или энергетические лучи используются как источники освещения. Они могут быть направлены из рук персонажа или из специальных артефактов, создавая впечатляющие визуальные эффекты и добавляя динамизм и соответствующую атмосферу в игру.

08_light_source_cgitems.ru.jpg Издержки старой графики: если бы сегодня делали ремейк Clive Barker's Undying, то магические лучи стали бы хоть и небольшим, но источником света.

Фонарики и электрические фонари — некоторые разработчики, упрощая себе работу, рассчитывают их лучи как параллельные.

Фары автомобилей — как и в случае с фонарями, некоторые разработчики моделируют им узкий и ограниченный луч света, который освещает дорогу и окружающие объекты впереди автомобиля. Это добавляет реализма и динамику в игровой процесс.

Прожекторы - иногда разработчики моделируют и прожекторы в качестве направленных источников света. В этом случае они создают яркий и очерченный луч света, который выделяет конкретные области или объекты в игровой среде и добавляет эффект студийного освещения.

Однако чаще прожекторы все-таки выделяют в самостоятельный тип, исходя из их особенностей.

Прожекторные

Грубо говоря, прожекторные источники освещения можно рассматривать как вариацию направленных источников — которые испускают свет в виде конуса (а не ровным лучом). Иногда их включают в тип направленных, иногда — выделяют отдельно. Они часто используются в играх для создания направленного и яркого освещения и имитируют свет, который излучается из мощных источников. В отличие от обычного освещения, прожекторы позволяют сфокусировать свет в определенном направлении и контролировать его интенсивность, цвет и форму.

Некоторые разработчики называют прожекторные источники света еще и зональными.

09_light_source_cgitems.ru.jpg Довольно грубый, но показательный пример, как работает прожекторный источник света и почему его иногда называют зональным.

Какие же бывают прожекторные источники света?

Прожекторы — при моделировании подобного источника, идеальный расчет исходящего света будет именно как прожекторного.

Фонари и фонарики — в этом случае тоже в идеале и при правильном расчете свет, который испускают эти источники, конусовидный.

Фары - да, в идеале свет от мощных фар тоже будет прожекторным. Более того, эти источники проецируют тени в зависимости от их положения и ориентации. Фары освещают дорогу впереди автомобиля, а также создают такие эффекты, такие как слепящие блики на поверхностях и отражения на лобовом стекле.

010_light_source_cgitems.ru.jpg Фары в GTA 5 и ее разнообразных модах рассчитаны именно как прожекторные источники, что придает реализм и динамику происходящему.

Дело в том, что прожекторные источники не просто излучают свет из одной точки в форме конуса. На деле получаются два сформированных конуса — внешний и внутренний. И в то время, как в пределах внутреннего конуса свет достигает максимальной яркости, то при переходе к внешнему происходит спад интенсивности. Некоторые разработчики инди-игр не имеют ресурсов, достаточных для обработки подобных моделей, поэтому им проще сымитировать направленный вариант.

Кроме основных перечисленных выше типов существуют еще подтипы, например:

Площадные (Area light)

Это источники, которые излучают свет во все стороны, заполняя пространство игры и создавая мягкое, равномерное освещение.

Они могут быть разной формы и размера, и чаще всего представлены в виде окон или широких светящихся панелей.

011_light_source_cgitems.ru.jpg В The Sims 4 площадные источники (например, окна) используются для внутренних помещений. Они создают равномерное и мягкое освещение, которое охватывает всю комнату.

Излучающие (Emissive light)

>

Особый тип, который создает свет сам по себе, а не освещает окружающие объекты путем отражения. Он обычно создается путем использования специальных текстур или материалов, которые являются самодостаточными источниками света. Эти текстуры могут содержать информацию о цвете, яркости, интенсивности.

012_light_source_cgitems.ru.jpg Лучи в Assassin’s Creed Valhalla светятся сами по себе.

Нередко отдельно упоминают Ambient light — причем используя его в двух значениях. Некоторые разработчики подразумевают под этим общее рассеянное по всей локации мягкое освещение, которое не имеет четкого источника (например, вся пещера покрыта ровным слоем фосфоресцирующей слизи). Другие же под ambient light имеют в виду фоновое освещение, которое есть у локации при отсутствии всех других источников света: то есть базовое, рабочее, без бликов, теней и прочего.

Разумеется, внутри этой классификации можно выделять новые подтипы. Кроме того, необходимо отметить, что в каждой игре разработчики могут использовать комбинацию различных типов источников света для достижения определенной атмосферы и стиля. Очень редко бывает так, что в наличии только один вариант источника — как правило, в таком случае с этим связан определенный концепт игры и на этом завязана львиная доля геймплея.

Хорошо рассчитанные и правильно расставленные источники света очень важны для игры. Во-первых, они усиливают вовлеченность игрока в игровой мир и делают тот более реалистичным. Во-вторых, они помогают создать соответствующие атмосферу и настроение. А в-третьих, являясь частью геймплея, помогают игрокам ориентироваться в окружающем мире.

Проблемы в расчетах, моделировании или просто непонимание того, как физически работает тот или иной источник света, могут напрочь угробить все впечатление от визуального восприятия, всю атмосферу, создать так называемый лудонарративный диссонанс и сделать геймплей очень корявым (самый простой пример: персонаж игрока, опираясь на интенсивность света от костра, который видит через деревья, предполагает, что идти до него условные игровые полчаса. Однако путь занимает три часа. Это может быть как вшитой игровой фичей, где предполагается, что персонажа обманули ведьмы/колдуны — так и баг разработчика, который никак не объясним. А при плохой снаряженности теми же едой/одеждой персонаж может за эти три часа и погибнуть от голода/холода. В случае ведьм — это игровой нарративный момент, а в случае бага — очень нехороший просчет, который может вызвать отторжение у игроков).

Поэтому, перед тем, как начать рассчитывать и моделировать источники света, сначала надо понять: как они должны работать на атмосферу и концепт игры? Как они должны взаимодействовать с окружающей средой и игроком? Насколько важно соблюсти физические законы — или у игры иная реальность?

А вот о технической стороне, о том, как это все рассчитывается и непосредственно моделируется, мы расскажем в одной из наших следующих статей.

013_light_source_cgitems.ru.jpg Луч, который падает из дыры в Uncharted 4 не только частично освещает помещение, но и является полноценным элементом геймплея. Собственно, с нарративной точки зрения, ни один источник освещения не должен "просто светить": он обязательно должен работать на атмосферу, геймплей, историю, концепт или идею.
Ваша заявка отправлена!
Если во входящих на почте: нет письма, проверьте папку спам или напишите нам в телеграм