Концепты от AI #concept@cgitems
Освещение в играх. Игровой свет

Освещение — одна из важнейших составляющих игр, которая формирует то, что называется “визуальный опыт игрока”. И его роль вовсе не ограничивается тем, чтобы просто освещать сцену, оно оказывает прямое и непосредственное влияние на игровой процесс и даже геймплей.

В этой статье мы укажем несколько основных моментов, связанных с освещением, в дальнейшем же посвятим каждому (и не только им) отдельный рассказ.

Итак, каким образом освещение влияет на игровой процесс?

Атмосфера

Освещение помогает создать определенную атмосферу в игре. Например, темное и мрачное подчеркивает страх и напряжение в ужастике или триллере, тогда как яркое и цветное освещение формирует более радостную или веселую атмосферу.

01_lighting_cgitems.ru.jpg Серое-сизое, тревожное освещение дает нам понять, что Death Stranding - далеко не увеселительная прогулка

Ориентация

Качественно рассчитанное и расставленное освещение помогает игрокам ориентироваться в виртуальном мире. Выделение ключевых объектов или путей с помощью света призвано указать игрокам верное направление. Это особенно важно в играх, где герою необходимо долго бродить по локациям, чтобы получить или выполнить требуемый квест — без выделения светом можно потратить часы, шатаясь по не предназначенным для этого местам, которые не имеют никакой нарративной нагрузки.

02_lighting_cgitems.ru.jpg Разработчики The Last of Us ненавязчиво указывают, куда идти персонажу. Конечно, после того, как вокруг все будет обшарено и изучено

Реализм

С помощью правильно рассчитанного освещения повышается (или наоборот, делается стилистически максимально условной) реалистичность персонажей, локаций и объектов. Тени, блики, отражения, перепады четкости и многое другое — все это создает глубину изображения и повышает доверие к происходящему.

03_lighting_cgitems.ru.jpg Замечательно освещенная грязь создает полное ощущение реальности погружения. Не только в нее, но и в игру

Эмоциональная реакция

Освещение может вызывать эмоциональную реакцию у игроков. Например, яркие свет и цвета порождают чувство радости или удовлетворения. Темное освещение, с тенями и мрачными оттенками, может создавать чувство страха или неопределенности.

04_lighting_cgitems.ru.jpg Во вселенной Mortal Kombat яркое, цветное, динамическое (о том, что это такое, расскажем чуть ниже) освещение вызывает целый спектр таких же ярких эмоций: от радости от победы до разочарования от поражения. Сильные эмоции заставляют игрока снова и снова начинать раунд

Механика игры

Освещение может также повлиять на игровую механику. Например, в некоторых играх освещение используется для сокрытия персонажа или обнаружения врагов или ловушек. Игроки могут с помощью теней или света обойти определенные преграды или оценить расстояние до противников.

05_lighting_cgitems.ru.jpg Фонарик в Alan Wake - не дополнительная функция, а полноценный игровой предмет, на котором завязана очень большая часть геймплея

Эстетика

А ещё грамотное освещение может сделать игру просто красивой. А значит, повысить ее шансы на игровом рынке.

06_lighting_cgitems.ru.jpg Серия игр Assassin’s Creed привлекает новых игроков не только сюжетом и геймплеем, но и красивыми локациями, в которых немаловажную роль играет именно освещение.

Так что освещение является важной частью игрового дизайна и может сильно влиять на наше восприятие игрового мира, а также на игровой процесс в целом.

Освещение в играх состоит из нескольких компонентов, которые взаимодействуют для создания реалистичных и действенных визуальных эффектов.

Тип освещения

Существует два основных метода моделирования (рендеринг, отрисовка, просчёт) освещения в компьютерных играх.

Статическое/статичное освещение (Static Lighting)

В этом случае источники света находятся в неподвижности — и таким образом, статическое освещение не изменяется в процессе игры. В связи с этим световые эффекты и тени предварительно рассчитываются и фиксируются в игровой сцене, перед тем как игра будет запущена.

07_lighting_cgitems.ru.png Классическое статическое освещение - неподвижный источник света и объекты с зафиксированными тенями и бликами

Процесс создания статического освещения начинается с разработки сцены в виде 3D— модели. А затем происходит процесс "запекания освещения" (light baking).

Во время него 3D— модели, материалы и источники света сцены анализируются, и освещение для каждого объекта (а также тени, преломления света, отражения, блики и прочее) сохраняется в текстуры или другие форматы. Затем эти данные применяются к сцене в виде предварительно рассчитанных теневых карт и информации об освещении.

08_lighting_cgitems.ru.png Наглядно видно, как освещение создает форму и рельеф предмета

Преимущество запекания в том, что оно позволяет достичь высокого качества освещения сцены без необходимости производить сложные расчеты в реальном времени во время игрового процесса. Это может значительно повысить производительность игры и позволяет разработчикам более свободно использовать графические ресурсы для других целей — увеличить полигонаж в сцене, добавить спецэффекты, визуальные детали геймплея.

Более того, поскольку все эффекты уже рассчитаны и выглядят одинаково для каждого запуска игры, статическое освещение обеспечивает более стабильные и качественные результаты. Так что этот метод широко используется в играх с фотореалистичной графикой, где точность и детализация освещения играют важную роль для создания атмосферы и реализма.

Однако, статическое освещение имеет и свои ограничения. Поскольку оно предварительно рассчитывается, оно не может адаптироваться к изменяющимся условиям в игре в реальном времени, таким как передвижение источников света, динамические тени от движущихся объектов или изменение времени суток. Это означает, что статическое освещение не учитывает все возможные изменения в игровом мире — и в этом аспекте реалистичность игры может страдать.

Динамическое освещение (Dynamic Lighting)

Динамическое освещение позволяет источникам света двигаться и изменять свою позицию, а также взаимодействовать с окружающими объектами. При этом световые эффекты и тени рассчитываются и обновляются в реальном времени в зависимости от движения объектов и источников света.

09_lighting_cgitems.ru.gif Предметы из предыдущего примера уже под динамическим освещением - можно увидеть, как сложно меняются тени и блики

Динамическое освещение позволяет создавать более реалистичные и эмоциональные игровые сцены, так как световые эффекты могут меняться в зависимости от времени суток, погодных условий и перемещений объектов или источников света. Например, изменение положения солнца или движение фонарей могут создавать динамические тени и отражения на поверхностях.

Однако, динамическое освещение требует значительных вычислительных ресурсов и может повлиять на производительность игры, особенно при использовании сложных алгоритмов. Поэтому разработчики обычно сталкиваются с задачей поиска компромисса между качеством освещения и производительностью игры.

010_lighting_cgitems.ru.jpg Воздушные бои в серии Battlefield требуют тщательно рассчитанного динамического освещения

Многие современные игры комбинируют статическое и динамическое освещение, используя статическое для создания общего освещения в сцене и динамическое для добавления дополнительных эффектов, таких как фонари, мигающие огни или движение источников света. Это позволяет достичь более реалистичной атмосферы и сохранить хорошую производительность игры.

Источники света

Источники света — ключевой элемент в освещении, именно они определяют яркость, цвет и направление света в сцене.

Существует множество источников света, из которых, как правило, выделяют основные:

Направленные (Directional light)

Излучают свет в определенном направлении, параллельными лучами, не имея конкретного местоположения. Обычно имитируют солнечный свет или другой от источника, находящегося очень далеко. Они создают более мягкое и равномерное освещение, а тени могут быть более размытыми. Направление света может быть настроено в зависимости от позиции солнца или иного источника в игровом мире.

Точечные (Point light):

Создают свет, распространяющийся от источника во всех направлениях. Обычно используются для имитации таких источников света, как лампы, факелы или подобные им. В этом случае освещение более “острое”, а тени — более четкие. Их яркость уменьшается с увеличением расстояния от источника.

Прожекторные или зональные (Spot light)

Создают световой конус, который направлен в определенную точку. Часто имитируют прожекторы или фонари. Они обычно используются для акцентирования на конкретных объектах или участках сцены: например, для подсветки персонажей или важных элементов в игровой ситуации.

011_lighting_cgitems.ru.gif В разработке освещения для игр не обойтись без знания физики. Ну или долгого опыта работы в магазине ламп и светильников

Площадные (Area light)

Источники света, имеющие свою площадь — например, световые панели в торговых центрах. С их помощью можно освещать большие пространства.

Рассеянный свет (Ambient light)

Излучает мягкие световые лучи во всех направлениях и может использоваться для повышения общего уровня рассеянного освещения в сцене. Он не имеет определенной направленности и, следовательно, не отбрасывает тени на землю. Например, это может быть свет на локации сразу после захода солнца или же неясный свет в пещерах от фосфоресцирующей слизи.

012_lighting_cgitems.ru.jpg Попробуйте прикинуть, сколько на этой картинке может быть источников освещения - и каких

Нужно учитывать, что, как правило, в играх часто используются несколько источников света одновременно, чтобы создать сложное освещение и достичь нужного визуального эффекта.

Глобальное освещение

Глобальное освещение (Global Illumination) — это метод моделирования (рендеринг, отрисовки, просчёт) освещения, который учитывает взаимодействие света с окружающей средой и распространение света в сцене. Оно имитирует реальные физические особенности света, такие как отражение, преломление и рассеивание, чтобы создать более естественное и реалистичное освещение в сцене.

Суть глобального освещения именно в том, что оно учитывает переотражения света от различных поверхностей и объектов, что позволяет свету заполнить окружающую обстановку, создавая более естественные и мягкие тени.

013_lighting_cgitems.ru.png Без глобального освещения тоже можно - но в данном случае это будет напоминать какую-то инди-игру

Существуют различные методы глобального освещения, которые используются в игровой индустрии:

Ray Tracing (трассировка лучей)

строит путь света от источника до камеры, считая отражения, преломления и затенения на каждой стадии. Он моделирует физическое поведение световых лучей и предоставляет детализированное и реалистичное освещение, но требует значительных вычислительных ресурсов.

Radiosity

Учитывает взаимное освещение между поверхностями в сцене. Он базируется на концепции диффузного отражения света от поверхностей и вычисляет плотность энергии света на каждой поверхности в сцене. Распределение этой энергии комбинируется с учетом отражений и преломления, чтобы создать реалистичное освещение сцены. В классической живописи это назвается "рефлекс".

014_lighting_cgitems.ru.jpg Обратите внимание, как разный подход к освещению влияет на ощущение от сцены. В первом варианте создается атмосфера резких утренних/вечерних лучей, во втором - дневного света

Ambient Occlusion (затенение окружения)

Учитывает затенение, вызванное геометрическими препятствиями в сцене. Он представляет собой приближенный способ смоделировать мягкие тени и затенение в местах, где свет имеет ограниченный доступ, таких как углубления и щели.

Использование глобального освещения в играх может значительно улучшить визуальную картинку и создать более реалистическую и погружающую сцену. Вместе с другими методами освещения, такими как точечные и направленные источники света, глобальное освещение помогает игре выглядеть более привлекательной и достоверной.

Освещение в играх — это целый удивительный мир, наполненный множеством деталей и правил. Буквально одно световое пятно может стать важным нарративным элементом, кардинально изменить атмосферу и даже с ног на голову перевернуть геймплей. Да более того — можно сделать игру, в которой абсолютно все: от нарратива до механик будет построено на одном лишь освещении, без единого слова и даже цвета.

В этой статье мы лишь наметили то, с чем вы столкнетесь, работая с освещением. Далее погрузимся глубже в темные (точнее, в освещенные) бездны геймдева — читайте наши материалы и создавайте крутые игры!

Ваша заявка отправлена!
Если во входящих на почте: нет письма, проверьте папку спам или напишите нам в телеграм