अंतरिक्ष का भ्रम: नया स्पाइडरमैन ज्यामिति के बिना कमरे कैसे प्रदान करता है

हाल ही में जारी मार्वल के स्पाइडर-मैन गेम में, कई इमारतों में खिड़कियों के बाहर अंदरूनी भाग हैं। वे बहुत अच्छे लगते हैं, लेकिन ऐसा लगता है कि उन्हें चालाक प्रतिपादन का उपयोग करके लागू किया गया था - अंदरूनी की ज्यामिति वास्तव में मौजूद नहीं है और यह एक shader द्वारा उत्पन्न होता है। मैंने कोई आधिकारिक इनसोम्नियाक स्टेटमेंट नहीं देखा कि उन्होंने यह कैसे किया, लेकिन प्रभाव कैसे दिखता है, इसके आधार पर, यह संभव है कि शोध प्रबंध पर काम करते समय मैं 2007 में आई इंटीरियर मैपिंग तकनीक को लागू करूं। मैंने इससे पहले ब्लॉग पर इसके बारे में नहीं लिखा था, इसलिए अब मेरे पास आने वाले जिज्ञासु छोटे शेडर को समझाने का सही समय है।

आइए मार्वल के स्पाइडर-मैन गेमप्ले को देखकर शुरू करें। खेल सिर्फ भयानक लग रहा है। Kotaku वेबसाइट ने खिड़कियों पर एक अलग वीडियो रिकॉर्ड किया है:


जैसा कि आप वीडियो के लगभग 40 सेकंड में देख सकते हैं, वास्तव में, कमरे ज्यामिति का हिस्सा नहीं हैं: जहां खिड़की स्पष्ट रूप से होनी चाहिए, दरवाजा स्थित है। इसके अलावा, इमारत के विभिन्न कोणों से एक कमरे में देखते हुए, हम एक अलग इंटीरियर देखते हैं। कुछ मामलों में, भवन के कोने के चारों ओर एक दीवार भी है। यह सब हमें समझ में आता है कि कमरों की नकल की जाती है। हालांकि, एक दृष्टिकोण से, वे सही ढंग से प्रदर्शित होते हैं और वास्तविक गहराई होती है। मुझे लगता है कि खेल के दौरान ऐसे कमरों की कमियां बहुत महत्वपूर्ण नहीं हैं, क्योंकि खिलाड़ी आमतौर पर कमरों का इतनी बारीकी से अध्ययन नहीं करते हैं: अंदरूनी सिर्फ एक पृष्ठभूमि है, और सावधानीपूर्वक अध्ययन का विषय नहीं है। मेरा मानना ​​है कि कमरे बनाने का यह तरीका बहुत सारे संसाधनों को खर्च किए बिना शहर में गहराई और जीवन जोड़ता है।


संसाधनों को बचाने के लिए, खेल में इमारतों में अक्सर अंदरूनी भाग नहीं होते हैं, जैसा कि GTA V से स्क्रीनशॉट में देखा जा सकता है

सबसे पहले, मैं यह समझाना चाहता हूं कि मेरी पोस्ट कोई शिकायत नहीं है: मुझे खुशी है कि मेरे उपकरण इतने बड़े पैमाने पर खेल में इस्तेमाल किए गए थे और किसी भी तरह से इंसोमनिया पर चोरी का आरोप नहीं लगाया। जैसा कि मैंने आंतरिक मानचित्रण पर पहले प्रकाशन में कहा, यह मेरे लिए सम्मान की बात होगी यदि कोई इस तकनीक का उपयोग करता है। अगर इनसोम्निया ने वास्तव में अपनी तकनीक में मेरे विचार का लाभ उठाया, तो मुझे लगता है कि यह बहुत अच्छा है। यदि वह इसका उपयोग नहीं करती है, तो ऐसा लगता है कि वह कुछ अजीब तरह से आई थी। तब मुझे दिलचस्पी होगी कि यह कैसे किया गया।

तो इंटीरियर मैपिंग कैसे काम करती है? विचार यह है कि भवन में कोई अतिरिक्त ज्यामिति नहीं है। अंतर केवल छाया में मौजूद हैं। यह शेडर दीवारों, छत और फर्श के साथ रेकास्टिंग करता है, यह गणना करने के लिए कि खिलाड़ी को इंटीरियर में क्या देखना चाहिए।


बाएं से दाएं: केवल प्रतिबिंबों वाली खिड़कियां, आंतरिक मानचित्रण वाली खिड़कियां, वायरफ्रेम मॉडल - आंतरिक मानचित्रण कोई बहुभुज नहीं जोड़ता है।

रेकास्ट के लिए उपयोग की जाने वाली किरण कैमरे से पिक्सेल तक की किरण है। जो पिक्सेल हम प्रस्तुत करते हैं वह भवन के बाहर स्थित होता है, इसलिए हम पिक्सेल के बाद बीम के केवल भाग का उपयोग करते हैं, क्योंकि यह वह भाग है जो वास्तव में भवन के अंदर होता है।

रेकास्टिंग एक जटिल और महंगा ऑपरेशन की तरह लग सकता है, लेकिन इस विशेष मामले में यह वास्तव में बहुत सरल और तेज है। चाल यह है कि आप एक साधारण प्रतिबंध जोड़ सकते हैं: आंतरिक मानचित्रण के साथ, छत और फर्श एक निरंतर दूरी पर हैं। यह जानकर, हम आसानी से गणना कर सकते हैं कि हम किस कमरे में हैं और इस कमरे में फर्श और छत कहाँ स्थित हैं। छत और फर्श स्वयं अनंत ज्यामितीय विमान हैं। एक अनंत तल और किरण के बीच के चौराहे की गणना केवल कुछ कदम होती है और बहुत कम संसाधन खर्च करती है।


कमरे में 6 विमान हैं: छत, फर्श और 4 दीवारें। हालांकि, हमें उनमें से केवल तीन पर विचार करने की आवश्यकता है, क्योंकि हम जानते हैं कि हम किस दिशा में देख रहे हैं। उदाहरण के लिए, यदि हम ऊपर देखते हैं, तो हमें नीचे की मंजिल की जांच करने की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि हम ऊपर की छत देखेंगे। इसी तरह, 4 दीवारों के बजाय, हमें उस दिशा में केवल दो पर विचार करने की आवश्यकता है जिसमें हम देख रहे हैं।

यह निर्धारित करने के लिए कि हम क्या देखते हैं, हमें इन तीन विमानों में से प्रत्येक के साथ किरण के प्रतिच्छेदन की गणना करने की आवश्यकता है। कैमरे के सबसे करीब बीम वाला चौराहा हमें बताता है कि हम इस पिक्सेल में कौन से विमान देखते हैं। फिर हम पिक्सेल के रंग को खोजने के लिए बनावट के समन्वय के रूप में प्रतिच्छेदन बिंदु का उपयोग करते हैं। उदाहरण के लिए, यदि बीम छत के साथ स्थिति (x, y, z) पर स्थित है, तो हम बनावट के रूप में (x, y) का उपयोग करते हैं और z को अनदेखा करते हैं।

यहां मैंने एक अच्छा अनुकूलन जोड़ा: तीनों विमानों में से प्रत्येक के लिए प्रतिच्छेदन गणना का हिस्सा एक साथ किया जा सकता है। उपयोग किए गए शेड्स फ्लोट के साथ समान गति से काम करते थे, इसलिए चर की स्मार्ट पैकिंग के लिए धन्यवाद, एक ही समय में विमानों के साथ सभी तीन किरणों को काटना संभव था। इसने मुझे कुछ संसाधनों को बचाया और 2007 में भी आंतरिक मानचित्रण के साथ एक उच्च फ्रेम दर हासिल करने में मदद की। मुझे बताया गया कि फ्लोट 4 की तुलना में फ्लोट के साथ आधुनिक वीडियो कार्ड तेजी से काम करते हैं; इसका मतलब है कि वर्तमान हार्डवेयर पर यह अनुकूलन अब काम नहीं करता है।


विंडो टेक्सचर के बिना इंटीरियर मैपिंग से पता चलता है कि कमरे सही परिप्रेक्ष्य और बनावट के साथ प्रस्तुत किए गए हैं, हालांकि अतिरिक्त ज्यामिति की आवश्यकता नहीं है।

आप मेरे लेख में आंतरिक मानचित्रण के बारे में अधिक जान सकते हैं। यह लेख 2008 में कंप्यूटर ग्राफिक्स इंटरनेशनल कॉन्फ्रेंस में प्रकाशित किया गया था। इस सहकर्मी की समीक्षा प्रकाशित होने के बाद वैज्ञानिक के गर्व शीर्षक के लिए मेरा पहला (और केवल) आवेदन है। यह आलेख विवरण जोड़ने के लिए अतिरिक्त प्रयोगों का भी वर्णन करता है, उदाहरण के लिए, असमान आकार के कमरों के लिए दीवारों के बीच की दूरी को बदलना और अधिक से अधिक कमरे की परिवर्तनशीलता के लिए बनावट एटलस से बनावट का चयन करना। यह नीचे दी गई छवियों में दिखाए गए दो भिन्नताओं का भी विस्तार से वर्णन करता है।


दिन और रात के बदलाव का अनुकरण करने के लिए कमरों में प्रकाश को गतिशील रूप से चालू और बंद किया जा सकता है। यह शोर बनावट का उपयोग करके किया जाता है जिसमें से हम पढ़ रहे हैं, कमरे के सूचकांक को बनावट निर्देशांक के रूप में उपयोग कर रहे हैं।

चूंकि हम केवल विमान में किरणों का उत्सर्जन करते हैं, सभी कमरे बनावट के साथ सरल वर्ग हैं। कमरे में सभी फर्नीचर बनावट पर होंगे, जिसका मतलब फ्लैट रहना है। स्पाइडरमैन में, यह ध्यान देने योग्य है जब आप कैमरे से संपर्क करते हैं: कमरों में टेबल वास्तव में दीवारों पर सपाट बनावट हैं। जैसा कि आप नीचे दी गई छवि में देख सकते हैं, हम अपनी तकनीक को प्रति कमरे एक या एक से अधिक अतिरिक्त बनावट परतों के साथ पूरक कर सकते हैं, लेकिन यह अतिरिक्त प्रदर्शन लागत के साथ जुड़ा हुआ है।


भवन की बाहरी सतह के समानांतर एक और विमान की पुनरावृत्ति करते हुए, आप कमरे में फर्नीचर और लोगों को जोड़ सकते हैं। हालांकि, वे अभी भी सपाट रहेंगे।

इस पोस्ट के प्रकाशन के बाद, प्रोग्रामर सिमिटी (2013) में से एक ने मुझे बताया कि इस गेम में इंटीरियर मैपिंग तकनीक का भी उपयोग किया गया था। इसमें, वह बहुत अच्छी लग रही है, और डेवलपर्स ने इसके बारे में एक शानदार वीडियो रिकॉर्ड किया है। उन्होंने एक बनावट में सभी बनावटों को सहेजकर और विभिन्न गहराई के कमरों को जोड़कर मेरे मूल विचार को परिष्कृत किया। आंतरिक मानचित्रण भाग दोपहर 1:00 बजे शुरू होता है।


यदि आप इस तकनीक का अधिक गहराई से पता लगाना चाहते हैं, तो आप स्रोत कोड के साथ मेरी आंतरिक मैपिंग डेमो डाउनलोड कर सकते हैं। यदि आप अवास्तविक इंजन 4 में काम करते हैं, तो आप आंतरिक मानचित्रण को एक मानक इंजन फ़ंक्शन के रूप में पा सकते हैं जैसे कि इंटीरियर क्यूबपाइप फ़ंक्शन।

इतने सालों के बाद, अंत में यह देखना शानदार है कि बड़े पैमाने पर वीडियो गेम के उत्पादन में मेरी इंटीरियर मैपिंग तकनीक का उपयोग किया जाता है! यदि आप उन खेलों से परिचित हैं जो कुछ इसी तरह का उपयोग करते हैं, तो इसके बारे में मुझे लिखें।