सरल शब्दों में 3 डी ग्राफिक्स के बारे में

भाग 1. परिचय

हाय मेरा नाम गंजा है। मैं कई वर्षों से एक ग्राफिक्स प्रोग्रामर के रूप में काम कर रहा हूं, इसलिए यद्यपि मैं किसी विशेषज्ञ के माध्यम से नहीं हूं, ऐसा लगता है कि मैं ग्राफिक्स के साथ काम करने से संबंधित हर चीज के बारे में बहुत कुछ समझता हूं।

पदों की इस श्रृंखला का विचार लंबे समय से मेरे दिमाग की परिधि पर कहीं न कहीं मंडरा रहा है, और नवीनतम डेस एक्स के विश्लेषण के साथ एक दिलचस्प लेख पढ़ने के बाद फिर से सामने आया है।

यह मुझे लगता है कि ग्राफिक्स, और विशेष रूप से जटिलता जो इसे आधुनिक खेलों में हासिल करती है, एक दिलचस्प विषय है। बहुत कम लोग इसके सभी विवरणों को गहराई से जानने के लिए उत्सुक हैं, लेकिन मेरा मानना ​​है कि ऐसे विषय हैं जो सभी को रूचि देते हैं। मुझे लगता है कि ज्यादातर लोग जो खेल खेलते थे, वे इस बारे में उत्सुक थे कि ये या उन प्रभावों को कैसे प्राप्त किया गया, या किस तकनीक के साथ वे कुछ नए गेम में इस तरह के अद्भुत ग्राफिक्स बनाने में कामयाब रहे।


वॉच डॉग जैसी परियोजना का उल्लेख नहीं करने के लिए, यहां तक ​​कि एक सरल 3 डी गेम बनाने के लिए कई घटक आवश्यक हैं।

मेरे पास केवल एक सामान्य विचार है कि इस लेख में क्या विचार करने की आवश्यकता है, लेकिन यह इस बात पर निर्भर करेगा कि कौन से विषय ब्याज का कारण बनेंगे। हालांकि, मुख्य विचार यह है कि आधुनिक गेम के अंदर क्या हो रहा है, इसका एक सामान्य वर्णन पाठकों को बिना डराए किया जा सकता है - मैं मान लूंगा कि आपको गणित और प्रोग्रामिंग का ज्ञान नहीं है। यदि आप सीपीयू और ग्राफिक्स कार्ड के बीच का अंतर जानते हैं, और आप हार्ड ड्राइव से रैम को अलग करते हैं, तो यह काफी पर्याप्त होगा, और मैं बाकी लोगों को समझाऊंगा।

इस लेख को प्रस्तुति को थोड़ा ढाँचा करने के लिए इसके वीडियो वॉकथ्रिप चिप एंड आयरनिकस के लेट्स प्ले ऑफ वॉच डॉग्स के अनुसार विकसित किया जाएगा। खेल अपने ग्राफिक्स के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है (और इसके बारे में राय पूरी तरह से विपरीत हो सकती है), और इसमें कई पहलू हैं जिन्हें अलग-अलग उदाहरणों के साथ माना जा सकता है। शायद मैं अन्य खेलों के बारे में बात करूंगा।

मैं मूल बातें समझाकर शुरू करूंगा जो हर खेल के लिए बहुत समान हैं, लेकिन मैं वॉच डॉग्स की कुछ तकनीकों और दृश्य प्रभावों को भी देखूंगा।

मैं RenderDoc नामक एक टूल का उपयोग करूंगा , जिसे मैंने अपने खाली समय में लिखा था। इसका उपयोग ग्राफिक्स के साथ समस्याओं को डीबग करने के लिए किया जाता है - उपकरण आपको एक ग्राफिक फ्रेम को भागों में विघटित करने की अनुमति देता है, और इसके लिए धन्यवाद हम देखेंगे कि यह कैसे एक साथ हो जाता है।


यह एनीमेशन एक फ्रेम का हिस्सा दिखाता है जिसे धीरे-धीरे ग्राफिक कार्ड के साथ प्रदान करने की प्रक्रिया में बनाया जा रहा है।

अधिकांश लोग जानते हैं कि कंप्यूटर ग्राफिक्स (और किसी अन्य वीडियो के ग्राफिक्स) में अभी भी फ़्रेमों की एक श्रृंखला होती है, जिनमें से प्रत्येक को एक दूसरे के एक निश्चित अंश के लिए प्रदर्शित किया जाता है। सिनेमा में, पारंपरिक रूप से 24 फ्रेम प्रति सेकंड (फ्रेम प्रति सेकंड, एफपीएस) का उपयोग किया जाता है, टेलीविजन में आवृत्ति लगभग 24-30 फ्रेम होती है। खेलों में, एफपीएस परिवर्तनशील हो सकता है क्योंकि प्रत्येक फ्रेम में बहुत सारे काम किए जाते हैं। 30 से नीचे एक आवृत्ति ड्रॉप अवांछनीय है, हालांकि यह अक्सर होता है। आमतौर पर कंसोल गेम के लिए ऊपरी सीमा 60 एफपीएस है। डेवलपर्स 30 या 60 की आवृत्ति को लागू करना चाहते हैं, जो खेल के लक्ष्यों पर निर्भर करता है। एक पीसी पर, एक उच्च फ्रेम दर के साथ एक प्रदर्शन के साथ, आप 90, 120 या उससे अधिक प्राप्त कर सकते हैं। इन विशिष्ट नंबरों का कारण ऊर्ध्वाधर सिंक्रनाइज़ेशन (vsync) है, जिसके बारे में हम नीचे चर्चा करेंगे।

मानसिक रूप से, हम इस कार्य को विपरीत दिशा से देख सकते हैं - यह देखने के बजाय कि एफपीएस आवृत्ति कितनी अधिक है, हम देखते हैं कि प्रत्येक फ्रेम के लिए कितना कम समय आवंटित किया जाता है। यदि हम चाहते हैं कि खेल 30 एफपीएस की आवृत्ति के साथ काम करे, तो हमारे पास फ्रेम के लिए आवश्यक सभी कार्यों को पूरा करने के लिए केवल 33 मिलीसेकंड है। 60 एफपीएस पर, समय आधा है - लगभग 17 मिलीसेकंड। यहां तक ​​कि एक कंप्यूटर के लिए, यह अवधि बहुत बड़ी नहीं है, जिसे काम करने की आवश्यकता होती है। आपको मात्राओं का अंदाजा लगाने के लिए, फिर, मोटे अनुमान के अनुसार, गोली लगभग 1 मीटर प्रति मिलीसेकंड चलती है।

हम मुख्य रूप से पीसी के बारे में बात करेंगे क्योंकि यह मंच खुला है, और मैं गैर-प्रकटीकरण समझौतों (एनडीए) का उल्लंघन किए बिना डर ​​के बारे में बात नहीं कर सकता। वैसे भी, मूल रूप से मैं इस बारे में बात करूंगा कि कंसोल पर बहुत अलग क्या नहीं है, लेकिन अगर कुछ अलग है, तो मैं इस पर जोर दूंगा। मोबाइल प्लेटफ़ॉर्म के लिए, पीसी हार्डवेयर / कंसोल और मोबाइल हार्डवेयर के बीच अधिकांश अंतर मेरे लेख के विषय के लिए प्रासंगिक नहीं हैं।


ईमानदारी से, मैंने इस तस्वीर को यहां रखा ताकि आप समझ सकें कि लेख में केवल पाठ नहीं होगा।

यह वह कार्य है जो हमें दिलचस्पी देता है - हम इस बारे में चिंता नहीं करेंगे कि इसकी सभी AI गणनाएं कैसे की जाती हैं, या वस्तुओं को स्थानांतरित करने के लिए भौतिक सिमुलेशन कैसे किया जाता है। "ग्राफिक्स प्रोग्रामिंग" नामक अनुशासन की सीमाएं धुंधली होती हैं, लेकिन मैं कहूंगा कि ग्राफिक्स प्रोग्रामिंग तब शुरू होती है जब हमारे पास फ्रेम बनाने के लिए आवश्यक सभी जानकारी होती है: हम जानते हैं कि क्या होता है, सभी बनावट और मॉडल मेमोरी में होते हैं (डिस्क पर नहीं) ), एनिमेशन पहले से ही एनिमेटेड हैं, भौतिकी को गिना जाता है, और हमें बस स्क्रीन पर प्रदर्शन के लिए एक तैयार फ्रेम तैयार करना है।

मैं जोड़ूंगा कि मैं एक 3D गेम पर काफी पारंपरिक प्रतिपादन के साथ विचार करूंगा, जैसे वॉच डॉग्स - कई मूल सिद्धांत 2D गेम्स पर लागू होते हैं, लेकिन उन पर अवधारणाओं को प्रदर्शित करना थोड़ा अधिक कठिन है। मैं यह भी समझाऊंगा (विशेष रूप से ग्राफिक प्रोग्रामर को) कि मैं मुख्य रूप से समझने के लिए प्रयास कर रहा हूं, इसलिए, शायद, मैं संदिग्ध स्पष्टीकरण का उपयोग करूंगा यदि वे मुझे अपना लक्ष्य प्राप्त करने की अनुमति देते हैं।

भाग 2. फ्रेम में क्या होता है

ज्यादातर समय हम केवल एक फ्रेम को देखेंगे और बिल्डिंग ब्लॉक्स के बारे में बात करेंगे जो गेम एक तैयार फ्रेम बनाने के लिए उपयोग करता है। साथ ही इस हिस्से में कई नई खूबसूरत तस्वीरें भी होंगी।

कई तरीके हैं जो बिल्डिंग ब्लॉक्स से एक फ्रेम इकट्ठे किए जाते हैं। समाप्त छवि जो खिलाड़ी देखता है वह तुरंत प्रदान नहीं की जाती है। इसे कई साल पहले ही खींच लिया गया था, लेकिन आधुनिक ग्राफिक्स इंजन लगभग हमेशा किसी न किसी तरह के पूर्वप्रयोग का उपयोग करते हैं। स्क्रीन पर तैयार फ्रेम को प्रदर्शित करने से पहले, ग्राफिक्स इंजन विभिन्न प्रकार के कई मध्यवर्ती चित्र बनाता है जो अंतिम छवि की गणना करने में मदद करते हैं।

ये चित्र इंजन के प्रकार और उन तकनीकों पर निर्भर करते हैं जो ग्राफिक्स प्रोग्रामर को लागू करने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, यदि वह चाहता है कि सूरज की रोशनी सही छाया बनाए, तो छाया के लिए एक प्रकार की छवि की आवश्यकता होगी। उसे खिलाड़ी द्वारा संचालित कार पर सही प्रतिबिंबों की भी आवश्यकता हो सकती है, और इसके लिए, उसे प्रतिबिंबों के साथ एक और छवि की आवश्यकता होती है।







वॉच डॉग्स फ्रेम के निर्माण में उपयोग की जाने वाली मध्यवर्ती छवियों के विभिन्न उदाहरण।

इस लेख में, मैं वॉच डॉग्स फ्रेम में इस्तेमाल की गई प्रत्येक छवि पर विचार नहीं करूंगा, लेकिन केवल मूल वाले, ताकि आप कुछ सीख सकें। यह एक ऐसा क्षेत्र है जिसमें ग्राफिक्स अनुसंधान लगातार हो रहे हैं और नई तकनीकें उभर रही हैं। नवाचार छोटे स्तर पर भी उत्पन्न होते हैं, लेकिन जब विपणन आपको कुछ नए ग्राफिकल फ़ंक्शन के बारे में बताता है, तो यह आमतौर पर ऐसे सुधारों को संदर्भित करता है।

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इन मध्यवर्ती छवियों में से प्रत्येक भी छोटे टुकड़ों से बनाया गया है। दृश्य में प्रत्येक वस्तु या संबंधित वस्तुओं के समूह को अलग से एक बनावट मॉडल के रूप में बनाया जाता है। एक गेम विकसित करते समय, कलाकार इन मॉडलों को 3 डी संपादक में बनाते हैं और उनके लिए सभी आवश्यक संसाधन बनाते हैं। फिर इन मॉडलों को स्तर संपादक का उपयोग करके दुनिया में रखा गया है और एक आभासी शहर धीरे-धीरे उनसे बनाया गया है।

शायद, लगभग हर कोई यह जानता है, और यदि आपने पिछले 20 वर्षों में वास्तविक समय के 3 डी ग्राफिक्स के विकास को देखा है, तो आप जानते हैं कि आज कितने अधिक जटिल मॉडल बन गए हैं। ग्राफिक्स के गठन के पहले चरणों में, बनावट मानचित्रण एक महंगी प्रक्रिया थी और यदि संभव हो तो, इसे उसी रंग के साथ वस्तुओं को चित्रित करके निपटाया गया था। बनावट केवल उन तत्वों जैसे आंखों या चेहरे के लिए छोड़ दी गई थी जिन्हें वास्तव में विस्तार की आवश्यकता थी।

3 डी मॉडल में पूरी तरह से परस्पर त्रिकोण होते हैं जो वस्तु का आकार बनाते हैं। प्रत्येक त्रिभुज के तीन बिंदु होते हैं जिन्हें कोने कहा जाता है, और चूंकि त्रिकोण एक-दूसरे से जुड़े होते हैं, इसलिए कोने कई त्रिकोणों द्वारा साझा किए जा सकते हैं। हम इस पर बाद में वापस आएंगे क्योंकि कोने और त्रिकोण पर्याप्त महत्वपूर्ण हैं। यह भी याद रखने योग्य है कि कुछ वस्तुएं, उदाहरण के लिए, चरित्र या पेड़, प्रतिपादन से पहले एनिमेटेड होनी चाहिए। मॉडल मानक स्थैतिक रूप में बनाया गया है, और प्रत्येक फ्रेम में एनिमेशन लागू होते हैं। हम इस पर भी लौटेंगे।


यह एनीमेशन के बाद Aiden Pierce के सिर का एक 3D मॉडल है। त्रिकोण दिखाई देते हैं क्योंकि वे सपाट होते हैं और चिकने नहीं होते हैं, जैसा कि आमतौर पर होता है।

3D मॉडल में अधिक विवरण जोड़ने के लिए, बनावट को सुपरिंपोज किया जाता है। बनावट नियमित रूप से फ्लैट छवि फाइलें हैं, आमतौर पर वर्ग या आकार में सरल, जैसे कि 2: 1 अनुपात के साथ आयताकार। 3 डी मॉडल पर अधिक जटिल प्रक्रिया का उपयोग करके बनावट को सुपरइम्पोज किया जाता है, जिसके बारे में मैं नीचे और अधिक विस्तार से चर्चा करूंगा, लेकिन वैचारिक रूप से यह उपहार लपेटने की प्रक्रिया के समान है। पेपर रैपर के एक साधारण दोहराए जाने वाले पैटर्न के बजाय, छवि बिल्कुल रैपर के आकार से मेल खाती है। यदि आपने गोंद के साथ विधानसभा के लिए पेपर मॉडल देखे, तो सिद्धांत समान है।

यह सादृश्य आप जितना सोच सकते हैं, उससे अधिक उपयुक्त है, क्योंकि ये बनावट आमतौर पर "3 डी मॉडल" को एक फ्लैट खाली में बनाया जाता है, जैसा कि एक पेपर मॉडल के साथ किया जाता है, जिसके बाद इसके ऊपर एक बनावट तैयार की जाती है। यह तैनाती अक्सर स्वचालित रूप से की जाती है, लेकिन विशेष रूप से जटिल वस्तुओं के मामले में मैन्युअल रूप से किया जा सकता है।


यह ऊपर दिखाए गए एडेन पियर्स हेड मॉडल के अनुरूप बनावट है। दांत और जीभ के लिए कुछ हिस्से हैं। ध्यान दें कि उसके माथे के ऊपर का क्षेत्र बनावट वाला नहीं है क्योंकि यह स्थायी रूप से Aiden Pearce ™ Legendary Baseball Cap द्वारा कवर किया गया है।

टिप्पणी

जब खुलासा होता है, तो ऑब्जेक्ट के कुछ हिस्सों को अधिक विस्तार की आवश्यकता होती है, जबकि अन्य घटते हैं।

बहुत बार वे मॉडल के विभिन्न "खाल" के बारे में बात करते हैं, खासकर अनुकूलन पात्रों के मामले में। आज, जिसे "त्वचा" कहा जाता है, आमतौर पर मॉडल में छोटे बदलावों को संदर्भित करता है - एक नई बेल्ट या एक अलग टोपी - लेकिन शुरू में यह शब्द इस बारे में आया क्योंकि एक ही मॉडल का उपयोग किया गया था, लेकिन बनावट बदल गई (या "त्वचा" - शाब्दिक रूप में अनुवाद करता है) "त्वचा") एक चरित्र बनाने के लिए जो अलग दिखता है। आज भी, इस तरह की बनावट की मदद से, आप एनपीसी या ऑब्जेक्ट की महान परिवर्तनशीलता बना सकते हैं, जो समय और पैसा बचाता है - आपको कई अद्वितीय 3 डी मॉडल बनाने की आवश्यकता नहीं है। विभिन्न कपड़े Aiden पहन सकते हैं अक्सर एक ही मॉडल के विभिन्न बनावट होते हैं।


यहाँ 3 डी मॉडल के सिर रोटेशन का एक संक्षिप्त स्निपेट है। केवल बनावट, और अधिक कुछ नहीं।

जिस फ्रेम पर हम विचार कर रहे हैं, उसमें लगभग 1700 वस्तुएं हैं जो मुख्य रेंडरिंग भाग में हैं। उनमें से कुछ एक ही मॉडल होंगे - वस्तुओं जैसे कि बर्तन और कचरे के डिब्बे में फूल वास्तव में कभी भी अलग-अलग नहीं बनाए जाते हैं, यह एक मॉडल या विभिन्न स्थानों में रखे गए कई मॉडल हैं। हालाँकि, फ़्रेम को पूरा करने के लिए तैयार की गई वस्तुओं की अनुमानित मात्रा 4700 के करीब है - इससे हमें अंदाजा होता है कि इन सभी मॉडलों को प्रस्तुत करने के अलावा कितने अतिरिक्त काम किए जाने की आवश्यकता है।

आइए किसी वस्तु के दूसरे उदाहरण को देखें - Aiden द्वारा पहनी गई एक बेसबॉल टोपी।



यह एक बनावट और बनावट वाला बेसबॉल कैप मॉडल है। यह देखा जा सकता है कि बनावट अलग-अलग हिस्सों से बनी है जो मॉडल से जुड़े हैं।

टिप्पणी

बनावट पर बेसबॉल टोपी का छज्जा और मुख्य हिस्सा स्पर्श नहीं करता है, क्योंकि स्कैन काफी जटिल हो सकता है और, यदि आवश्यक हो, तो कई अलग-अलग हिस्सों में प्रदर्शन किया जा सकता है। कभी-कभी, दृश्यमान समस्याओं और सीम के बिना जटिल आकार के एक मॉडल की बनावट के लिए उचित मात्रा में कौशल की आवश्यकता होती है।

वही सिद्धांत जो हमने Aiden के सिर के साथ देखा था, वह टोपी पर लागू होता है। वास्तव में, यदि हम अलिखित प्रदर्शन करने के लिए आवश्यक विशिष्ट बनावट और संख्याओं को अनदेखा करते हैं, तो सिद्धांत हमेशा समान होता है।

यह दिखाने के लिए कि विकास के दौरान क्या गलत हो सकता है, और यह प्रदर्शित करने के लिए कि प्रोग्रामिंग ग्राफिक्स के दौरान आप कैसे मज़े कर सकते हैं, हम एक छोटा सा प्रयोग कर सकते हैं। चूंकि अधिकांश बनावट में एक मानक वर्ग आकार होता है, और मॉडल पर बनावट को लपेटने और खुलासा करने की विधि भी समान होती है, तो उनके साथ थोड़ा क्यों नहीं खेलते हैं? अगर हम Aiden के सिर की बनावट को बेसबॉल कैप मॉडल में लागू करते हैं तो क्या होगा?


पहले से ही Aiden Pierce लीजेंडरी बेसबॉल कैप के समान नहीं है।

जहां बेसबॉल कैप की बनावट पर एक लोगो था, कान और दांत सिर की बनावट पर स्थित हैं। जहां एक छज्जा था, वहां केवल सिर की बनावट पर बाल थे। ओवरले बिल्कुल समान है, लेकिन एक अलग बनावट का उपयोग किया जाता है। बेशक, यह उदाहरण खेल में एक गलती होगी, लेकिन इस बारे में सोचें कि क्या किया जा सकता है यदि आप बनावट को चेतन करते हैं या इसे झिलमिलाहट करते हैं - खेल में इन चीजों का उपयोग विभिन्न प्रभावों के लिए किया जाता है जिन्हें आप अब नोटिस कर सकते हैं। विशेष रूप से, गेम सेंट्स रो 4 "सिमुलेशन" के विशेष प्रभावों के लिए समान उपयोग करता है।

इसके परिणामों के बारे में सोचने के लिए भी उपयोगी होगा - खेल बहुत सावधानी से मॉडल और बनावट के जोड़े को मिलाते हैं, अर्थात, सबसे अनोखी मॉडल को अपने स्वयं के अनूठे बनावट से मेल खाना चाहिए।

बेशक, यह नियम निरपेक्ष नहीं है - कुछ मामलों में, अंतरिक्ष को बचाने के लिए, बनावट एक मानक दोहराए जाने वाला पैटर्न है जिसका उपयोग कई वस्तुओं के लिए किया जा सकता है। वस्तुओं के लिंक किए गए सेट - उदाहरण के लिए, समाचार-पत्र - अलग-अलग अखबारों के लिए एक ही बनावट का उपयोग कर सकते हैं, प्रत्येक अखबार बनावट का एक छोटा सा हिस्सा ले सकता है।

फिर भी, इसका मतलब है कि अंतिम छवि बनाने के लिए, सभी भवन ब्लॉकों को मौजूद होना चाहिए, अर्थात्, बहुत सारे आवश्यक मॉडल और बनावट प्राप्त की जा सकती है। अगले भाग में, हम इस बारे में बात करेंगे कि कुछ पहलुओं, जैसे कि प्रतिबिंब, को सही ढंग से लागू करना बहुत मुश्किल है। मैं इस बारे में भी बात करूंगा कि कैसे समय और संसाधनों को बचाने के लिए खेल छोटी चाल का उपयोग करते हैं।

भाग 3. आपको क्या आकर्षित करने की आवश्यकता नहीं है

अक्सर, प्रोग्रामिंग ग्राफिक्स सही समझौता करने के लिए एक दर्जन विभिन्न बाधाओं को संतुलित करने का कार्य करते हैं। पिछले भाग में, हमने देखा कि हर बार एक दृश्य खींचा जाता है, इसे कई छोटे भवन ब्लॉकों - लोगों, कारों, सड़क के संकेतों, इमारतों से इकट्ठा किया जाता है। स्क्रीन पर जो कुछ भी है वह व्यक्तिगत घटकों से बना है जिसे खींचने की आवश्यकता है। कई सूक्ष्म संतुलन संचालन हैं जो हम यहां चर्चा करेंगे।

केंद्रीय प्रोसेसर और ग्राफिक्स कार्ड फ्रेम को रेंडर करने पर एक साथ काम करते हैं। शेष गेम को सीपीयू में निष्पादित किया जाता है, इसलिए यह तय करता है कि वर्तमान फ्रेम में किन वस्तुओं को खींचा जाना चाहिए, जहां कैमरा दिख रहा है, और कौन सा एनिमेशन खेला जाता है। एक ग्राफिक कार्ड एक "वर्कहॉर्स" है जो रेंडर करने वाले पिक्सल में शामिल सभी जटिल काम करता है, यही वजह है कि यह एक अलग विशेष उपकरण है।

यह पता चला है कि सीपीयू और ग्राफिक्स कार्ड दोनों की गणना की गति या मात्रा पर सीमाएं हैं, लेकिन ये विभिन्न प्रकार के प्रतिबंध हैं।

सामान्य तौर पर, सीपीयू अपने काम के अपने हिस्से में अधिक रुचि रखता है: हमें कुल कितनी वस्तुओं को खींचने की आवश्यकता है? ये वस्तुएं कितनी अलग हैं - क्या यह 100 समान रोशनी है, या 100 झाड़ियों / पौधों / पेड़ हैं? क्या ये ऑब्जेक्ट एनिमेटेड हैं, क्या वे गतिशील रूप से आगे बढ़ रहे हैं, और उनमें से कौन स्थिर या गतिहीन हैं?

पहली चीज़ जो हम लोड को कम करने के लिए करते हैं, वह यह है कि केवल वही दिखाई दे जो स्क्रीन पर दिखाई देता है। यह स्पष्ट प्रतीत होता है, लेकिन कार्यान्वयन के लिए सावधानीपूर्वक काम करने की आवश्यकता होती है। यह मत भूलो कि हम प्रत्येक फ्रेम को खरोंच से बनाते हैं, इसलिए प्रत्येक फ्रेम में हमें प्रत्येक ऑब्जेक्ट को देखने और यह निर्धारित करने की आवश्यकता है कि यह दिखाई दे रहा है या नहीं। इसका मतलब यह है कि प्रत्येक खेल में खिलाड़ी के पीछे हर जगह एक काला शून्य होता है, और जब वह वस्तुओं और लोगों को नहीं देखता है, तो वे अस्तित्व में रहते हैं।


इस एनीमेशन में, हम खिलाड़ी के पीछे खालीपन दिखाते हुए, कैमरा घुमाते हैं। चौकस दर्शकों को लगेगा कि यह पूरी तरह से खाली नहीं है ...

इस मामले में किसी भी व्यावहारिक नियमों को विकसित करना मुश्किल है, लेकिन सामान्य तौर पर, आप अंतरिक्ष की कमी के बारे में चिंता किए बिना दृश्य में लगभग 1000 वस्तुओं को आकर्षित कर सकते हैं। हालांकि, यदि आपको 5,000 ऑब्जेक्ट्स को रेंडर करने की आवश्यकता है, तो आपको ट्रिक्स का उपयोग करने के बारे में सोचना चाहिए। यह मत भूलो कि अधिकांश खेलों में जहां खिलाड़ी कैमरे को नियंत्रित कर सकता है, हम यह नहीं जान सकते कि वह किस कोण पर दिखेगा, इसलिए आपको पैंतरेबाज़ी के लिए जगह बचाने की आवश्यकता है।

यह पता चला है कि बहुत सारे ट्रिक हैं जो आपको लगभग पूरी तरह से वैध संसाधन का उपयोग करने की अनुमति देते हैं, और वे विशेष रूप से वॉच डॉग्स जैसे खेलों में महत्वपूर्ण हैं। आप सीमाओं के जितना करीब आते हैं और उतनी ही दृश्य गुणवत्ता आप वस्तुओं की एक ही संख्या से प्राप्त कर सकते हैं, बेहतर खेल दिखेगा।

यहां तक ​​कि अगर आप दृश्य में आपके सामने क्या है, यह देखते हैं, इसका मतलब यह नहीं है कि पूरे शहर को आकर्षित करना आवश्यक है। यदि बाईं या दाईं ओर एक बहुत बड़ी इमारत है, तो उसके पीछे सब कुछ अदृश्य हो जाता है, इसलिए आप इसे आकर्षित नहीं कर सकते। इसी तरह, दूरी में कुछ ऑब्जेक्ट बहुत छोटे हो जाते हैं, इसलिए हमें दूरी में छोटे पौधों और झाड़ियों को आकर्षित करने के बारे में चिंता करने की ज़रूरत नहीं है।


यह एनीमेशन दिखाता है कि यदि आप सड़क पर नीचे जाते हैं, जो हम देखते हैं, तो आगे की गलियों में कुछ भी नहीं है, लेकिन एक महान दूरी पर विवरण छोटा हो जाता है।

वास्तव में, इस दृश्य में अभी भी बहुत सी वस्तुएं हैं जो परिणामस्वरूप अदृश्य हो जाएंगी। इस क्षेत्र में बहुत कुछ खोजा जाना बाकी है और विभिन्न परिष्कृत तकनीकों को लागू किया जाना चाहिए। आपको हमेशा समझौता करना पड़ता है, लेकिन यदि आप थोड़ा समय बिता सकते हैं, या लगभग कोई अतिरिक्त प्रयास के साथ 100 वस्तुओं को प्रदान करने से बचने के लिए बहुत स्मार्ट तरीके से आ सकते हैं, तो हम दृश्य को और भी जटिल या सघन बना सकते हैं।

इसके अलावा, एक और छोटी समस्या है। कुछ मामलों में, हमें एक ऐसी इमारत खींचनी होगी जो स्क्रीन पर मुश्किल से दिखाई देती है और इससे बहुत आगे निकल जाती है। यह संसाधनों को बर्बाद करता है। हम हमेशा इन वस्तुओं को कई भागों में विभाजित कर सकते हैं, फिर प्रत्येक भाग को खींचा जा सकता है या छोड़ दिया जा सकता है, अर्थात् कम अपशिष्ट होगा। अब, तथापि, हम जब वे पर प्रदान की गई वस्तुओं की कुल संख्या में वृद्धि हुई है कर रहे हैं स्क्रीन पर, और विपरीत समस्या बना चुके हैं!

यह उदाहरण सैकड़ों में से एक है, लेकिन इस पर यह समझाना आसान है कि क्या निर्णय लेने हैं और प्रत्येक खेल के लिए सही संतुलन बिंदु खोजने के लिए कौन से प्रयोग करने हैं।

चूंकि वॉच डॉग्स से हमारे शॉट की कार्रवाई शहर में होती है, इसलिए हम इसे ऊपर से लगभग समझ सकते हैं कि वास्तव में क्या खींचा जा रहा है। इस स्थिर चित्र में, यह विशेष रूप से ध्यान देने योग्य है कि वॉच डॉग्स त्रैमासिक कार्य करता है।


अब हम कैमरे के सामने दिखाई देने वाले क्षेत्र को दिखाने के लिए दूर चले जाते हैं (समय बचाने के लिए स्थापना के लिए खेद है)।


अनुमानित कैमरा दृश्यता छवि पर सुपरइम्पोज़्ड है। इस त्रिकोण की चौड़ाई दृश्य के क्षेत्र पर निर्भर करती है - कभी-कभी खेलों में यह एक कस्टम विकल्प होता है, कभी-कभी एक स्थिर मूल्य।


यहां दृश्य का एक वायरफ्रेम प्रदर्शन है, कैमरे का दृश्य क्षेत्र सफेद तक सीमित है।

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आप में से कुछ पहले से ही एक छोटी सी चाल के बारे में सोच सकते हैं जो आपको कुछ निश्चित वस्तुओं को प्रदान करने के प्रतिबंध के आसपास प्राप्त करने की अनुमति देगा - क्यों नहीं एक छोटे से क्षेत्र में वस्तुओं का एक बहुत ही जटिल संयोजन बनाते हैं, नीचे व्यक्तिगत पत्तियों तक? फिर 1000 ऑब्जेक्ट्स ड्राइंग करना पर्याप्त से अधिक होगा।

लेकिन यहाँ हम प्रतिबंधों के एक पूरी तरह से अलग सेट के साथ सामना कर रहे हैं - ग्राफिक्स कार्ड का प्रदर्शन सीमित है, और वस्तु जितनी अधिक जटिल है, उतनी ही अधिक समय लगेगा। यही है, यहां तक ​​कि एक वस्तु, यदि यह काफी जटिल है, तो गेम की फ्रेम दर को 20 एफपीएस तक कम किया जा सकता है। इसमें यह शामिल है कि मैंने क्यों कहा कि वस्तुओं की संख्या पर सीमा फीकी है।

किसी वस्तु पर खर्च किया गया समय मॉडल और बनावट की जटिलता और विस्तार पर निर्भर करता है, साथ ही साथ प्रकाश और छाया के परिष्कार पर भी निर्भर करता है। यही कारण है कि अधिक जटिल या परिष्कृत ग्राफिक्स को लागू करने की कोशिश करने वाले गेम कम जटिल और विस्तृत दृश्यों का उपयोग करते हैं - एक दिशा या किसी अन्य में तराजू को संतुलित करना, इसलिए आप अपने आप को पैंतरेबाज़ी के लिए अधिक स्थान प्रदान कर सकते हैं, जो इस खेल के लिए इतना महत्वपूर्ण नहीं है ।


यह एक तरह का हीट मैप है, जिसमें दिखाया गया है कि किस हिस्से में विशेष रूप से जटिल मॉडल हैं। ध्यान दें कि पेड़ और वनस्पति कितनी समस्याएं पैदा कर सकते हैं।

"विस्तार का स्तर" (LOD) नामक तकनीकों का एक और सेट है, जो विशेष रूप से ऐसी समस्याओं को हल करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस तथ्य के समान है कि हम वस्तुओं की संख्या को अनुकूलित कर सकते हैं, सब कुछ अनावश्यक काटकर, हम "जटिलता" की आपूर्ति को बढ़ा सकते हैं, अनावश्यक को समाप्त कर सकते हैं।

चाल में से एक वास्तव में अच्छी तरह से जाना जाता है - यह बनावट के संकल्प को बदल रहा है। यह विषय आमतौर पर कई अन्य लोगों के साथ मेल खाता है, इसलिए मैं इसे सुलभ तरीके से समझाने की कोशिश करूंगा।

खेलों में बनावट आम तौर पर दो - 512, 1024, 2048, 4096 की शक्ति के आकार के साथ आयतें होती हैं। इसके कई कारण हैं, लेकिन इसका एक फायदा यह है कि आप 1024x1024 के आकार की बनावट ले सकते हैं और आसानी से 512x512 के आकार के साथ इसका एक छोटा संस्करण बना सकते हैं। ।

जिन कारणों के लिए मैं नीचे चर्चा करूंगा, यह हमेशा आवश्यक है कि बनावट में सभी प्रकार के छोटे संस्करण हों। यही है, 1024x1024 के आकार वाली बनावट में 512x512, 256x256, 128x128, 64x64, 32x32, 16x16, 8x8, 4x4, 2x2 और 1x1 के छोटे संस्करण होंगे। हालांकि, इसका एक फायदा यह है कि यदि दूर की वस्तुओं का स्क्रीन पर एक छोटा आकार है, तो उनके लिए 1024x1024 बनावट लागू करने का अर्थ है संसाधनों को बर्बाद करना। हम एक ही बनावट के छोटे संस्करणों का उपयोग करके बचा सकते हैं।

इसी तरह, करीब की वस्तुओं को भी बहुत महत्वपूर्ण नहीं माना जा सकता है और उनके लिए छोटे बनावट का उपयोग किया जा सकता है।

टिप्पणी

आमतौर पर, जब कोई खिलाड़ी किसी वस्तु के पास पहुंचता है, तो सबसे बड़ी बनावट का उपयोग किया जाता है, लेकिन जैसा कि ज्यादातर लोगों ने एक विशेष खेल में देखा है, ऐसा हमेशा नहीं होता है और लोडिंग से पहले बनावट बहुत धुंधली दिखती है। यह आमतौर पर होता है क्योंकि बनावट डीवीडी या हार्ड ड्राइव से सीधे ग्राफिक्स कार्ड की मेमोरी में लोड करने के लिए लोड नहीं किया जा सकता है। ज्यादातर ऐसा तब होता है जब कोई खिलाड़ी अचानक अपनी स्थिति बदल लेता है, उदाहरण के लिए, रिस्पना के दौरान, एक नए स्तर या बहुत तेज आंदोलन को लोड करना। अन्य सभी मामलों में, दुनिया भर में खिलाड़ी को स्थानांतरित करने की प्रक्रिया में, बनावट आमतौर पर धीरे-धीरे भरी जाती है।

आप इस सरलीकरण प्रक्रिया को खेल में उपयोग किए जाने वाले मॉडल पर भी लागू कर सकते हैं, हालांकि यह करना अधिक कठिन है। जटिल वस्तुओं के सरलीकृत संस्करण बनाकर, आप यह सुनिश्चित कर सकते हैं कि बड़ी दूरी पर वे जटिलता की सीमित आपूर्ति का हिस्सा नहीं खाते हैं।

सरलीकृत वस्तुओं और फसली मॉडल के लिए धन्यवाद, आप बहुत सारे पैसे बचा सकते हैं और आपको वॉच डॉग्स जैसे किसी भी गेम में इस दृष्टिकोण का उपयोग करना होगा। लेकिन साथ ही, यह संसाधनों की भारी बर्बादी हो सकती है। मॉडलों के कितने सरलीकृत संस्करणों की आवश्यकता है, इसके बारे में बहुत विचारशील और संतुलित निर्णय लेना आवश्यक है। यदि उनमें से बहुत कम हैं, तो आप बहुत अधिक बचत करने में सक्षम नहीं होंगे, या उन्हें बदलते समय गुणवत्ता में ध्यान देने योग्य छलांग होगी। यदि उनमें से बहुत सारे हैं, तो आप स्मृति को बर्बाद कर देंगे और ऑब्जेक्ट बनाने के लिए आवश्यक मानव-घंटे खर्च करेंगे।


यह कैसे जटिल वस्तुओं और पात्रों को एक दूरी पर देखने पर दिखता है जब वे अपने अत्यधिक विस्तृत संस्करणों से अप्रभेद्य होते हैं।

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मुझे उम्मीद है कि अब आपको उन समस्याओं के बारे में पता चल गया है जो ग्राफिक प्रोग्रामर, कलाकार और स्तर के डिजाइनर उच्चतम गुणवत्ता वाले ग्राफिक्स को उच्च गति के साथ संयोजित करने का प्रयास कर रहे हैं। कंसोल पर, यह समीकरण पीसी पर हल करने के लिए थोड़ा आसान है, क्योंकि उपकरण स्थिर है।

पिछले भाग में, मैंने कहा कि मैं इस बारे में बात करूंगा कि प्रतिबिंबों और अन्य समान चीजों को सही ढंग से लागू करना बहुत मुश्किल क्यों है। कारण काफी सरल है - उत्पादकता और संसाधनों का भंडार जो मैं लगातार बात करता रहता हूं, यह इस बात पर निर्भर नहीं करता है कि आपके पास प्रतिबिंब है या नहीं। यदि आप एक प्रतिबिंब बनाना चाहते हैं जो फिर से पूरे दृश्य को प्रदर्शित कर सकता है, तो आपको उन सभी कार्यों को फिर से करना होगा जिनके बारे में मैंने बात की थी। इसके अलावा, प्रतिबिंब बहुत हद तक उस कोण पर निर्भर करते हैं जिस पर हम उन्हें देखते हैं, इसलिए प्रत्येक प्रतिबिंबित वस्तु के लिए सटीक प्रतिबिंब प्राप्त करने के लिए, उन्हें अपना होना चाहिए!

यह बहुत जल्दी नियंत्रण से बाहर हो सकता है, और आमतौर पर ऐसे खेल जिनमें प्रतिबिंब होते हैं वे खुद को कुछ स्वतंत्रता या मान्यताओं की अनुमति देते हैं। खेल बहुत कम ही जटिल वातावरण में प्रतिबिंब बनाते हैं, अधिकतम यह हो सकता है कि यह बाथरूम में एक दर्पण है, जहां इतनी सारी वस्तुएं नहीं हैं, दृश्य की जटिलता छोटी है, और इसलिए आप अतिरिक्त खर्च उठा सकते हैं। शायद खेल में असली प्रतिबिंब केवल पानी के असमान या लहरदार सतहों पर होंगे, ताकि एक बहुत ही मोटा और कम विस्तृत दृश्य भी ठोस प्रतिबिंब बनाने के लिए पर्याप्त हो।

आमतौर पर चिंतनशील सतहों से पूरी तरह से बचना मुश्किल है, यही कारण है कि खेल तत्काल पर्यावरण की पूर्व-रेंडर छवियों का उपयोग करते हैं, जो "यथोचित रूप से अच्छा" परिणाम देता है। लेकिन वे करीब जांच नहीं करते हैं, और यदि आप प्रतिबिंबों को करीब से देखते हैं, तो आप देखेंगे कि यह एक नकल है। आधुनिक तकनीकें हैं जो कुछ स्थितियों में प्रतिबिंब बनाने में मदद करती हैं, और शायद बाद में मैं उनके बारे में बात करूंगा, लेकिन इस तरह के पूर्व-प्रदान ("पूर्व-प्रदान किए गए") चित्र अभी भी आवश्यक हैं।


इस प्रदान की गई छवि को "घन मानचित्र" कहा जाता है। यह उस जगह के संबंध में पूरी तरह से सही नहीं है जहां एडेन खड़ा है, लेकिन उसके काफी करीब है।

देखो कुत्तों वास्तविक समय में प्रतिबिंब प्रस्तुत करता है। मैंने इस सवाल की विस्तार से जांच नहीं की, लेकिन मेरा मानना ​​है कि वे हमेशा चरित्र के सड़क पर होने पर गाया जाता है, और मुख्य रूप से उस कार पर अपनी सटीक प्रतिबिंब प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है जिसमें वह बैठा हो, जिससे छवि में सुधार हो और उसे वास्तविकता का थोड़ा आभास हो । चूंकि खिलाड़ी हमेशा अपनी कार और उसके तत्काल वातावरण पर केंद्रित होता है, अन्य कारों पर गलत प्रतिबिंब का तथ्य मुश्किल से ध्यान देने योग्य है।

इन प्रतिबिंबों के प्रतिपादन को गति देने के लिए कई अनुमान उपलब्ध हैं। उदाहरण के लिए, प्रतिबिंब में वास्तविक दृश्य के मुकाबले बहुत कम वस्तुओं का प्रतिपादन किया गया है - कुल मिलाकर लगभग 350 - और उनमें से कई पूर्ण संस्करणों की तुलना में बहुत सरल हैं। मुझे संदेह है कि जटिल वस्तुएं, जैसे कि लोग, दूरी की परवाह किए बिना पूरी तरह से त्याग दिए जाते हैं, लेकिन मैंने इस सिद्धांत का परीक्षण नहीं किया है। इसके अलावा, इन वस्तुओं पर कोई छाया नहीं है, और प्रकाश बहुत सरल है - केवल वह जो सूर्य और आकाश से आता है। परावर्तन को जमीन से एक "फिशे" लेंस के रूप में प्रस्तुत किया जाता है, अर्थात, पृथ्वी के परावर्तन स्वयं असंभव हैं, और इसके आगे क्या है इसका विस्तार बहुत कम है।

लेकिन इन सभी सरलीकरणों के साथ, प्रतिबिंब केवल उसी उद्देश्य के साथ सामना करते हैं जो कि इरादा था। यदि आप रेल के नीचे ड्राइव करते हैं, तो आप कार पर एक दृश्य के साथ सही प्रतिबिंब प्राप्त कर सकते हैं, जो व्यवहार में काम नहीं करेगा।

यह निर्णय जानबूझकर और आसान नहीं था। स्टॉक एक स्थिर मूल्य है, इसलिए यदि आप इन प्रतिबिंबों के लिए जगह छोड़ते हैं, तो आपको कुछ और बलिदान करने की आवश्यकता है।


यहाँ आइडेन के चारों ओर के दृश्य के लिए एक बहुत ही "गड़बड़" दृश्य है, जो प्रतिबिंब के लिए बनाया गया है। आप ट्रेन की दो रोशनी और रेल के साथ नेविगेट कर सकते हैं।

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काम का एक और हिस्सा है जिसका मैं यहां उल्लेख करना चाहता हूं - छाया। बाद में मैंने इस बारे में बात करने की योजना बनाई कि छाया कैसे काम करती है, क्योंकि यह एक दिलचस्प विषय है, लेकिन अब सबसे महत्वपूर्ण बात यह याद रखना है कि छाया प्रतिबिंब के समान हैं। प्रत्येक प्रकाश स्रोत को एक छाया की ढलाई को अपने दृष्टिकोण से एक दृश्य छवि प्रदान करनी चाहिए। इस बार काम को सरल बनाने के कई तरीके नहीं हैं - छाया की सही गणना के लिए, प्रत्येक प्रकाश स्रोत में यह छवि होनी चाहिए ।

टिप्पणी

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छाया देने वाले प्रकाश का सबसे स्पष्ट और सबसे महत्वपूर्ण स्रोत सूर्य (या चंद्रमा, अगर रात में बात होती है) है। चूंकि सूरज बहुत बड़ा है, 3-5 चित्र आमतौर पर इसके लिए प्रस्तुत किए जाते हैं, और एक नहीं, जैसा कि हेडलाइट्स या टॉर्च के मामले में।

दुर्भाग्य से, यह उन मामलों में से एक है जहां वॉच डॉग एक अच्छे उदाहरण के रूप में काम नहीं कर सकते हैं। खेल में छाया की गणना काफी जटिल है और, यह मुझे लगता है, शहर में कास्टिंग छाया के मामले के लिए विशेष रूप से अनुकूलित है। इसलिए, मैं सुदूर रो 4 पर बेहतर स्विच कर रहा हूं और इस खेल से एक फ्रेम के उदाहरण पर छाया की गणना पर विचार करता हूं।


यहाँ सुदूर रो 4 से एक दृश्य है जिसे मैं एक उदाहरण के रूप में उपयोग कर रहा हूं।


यहां इस दृश्य की छाया के बारे में जानकारी के साथ एक छवि है - उनमें से प्रत्येक को दृश्य के पूरी तरह से नए प्रतिपादन की आवश्यकता है।

इसलिए, जब हमें प्रकाश स्रोत में छाया कास्टिंग को जोड़ने की आवश्यकता होती है, तो हमें दृश्य को एक बार और प्रस्तुत करना होगा। यहां, आप प्रतिबिंब के मामले में उपयोग किए गए कुछ सन्निकटन का भी उपयोग कर सकते हैं, केवल वे बहुत छोटे हैं। आप छोटी या दूर की वस्तुओं को छोड़ सकते हैं, लेकिन ध्यान रखें कि ये ऑब्जेक्ट छाया डालना नहीं दिखेंगे। आप छवि को बहुत छोटा कर सकते हैं, लेकिन फिर छाया दानेदार और कम विवरण वाली होगी। आमतौर पर ऑब्जेक्ट का बहुत सरलीकृत संस्करण का उपयोग करना संभव नहीं है, क्योंकि तब ऐसा लगेगा कि ऑब्जेक्ट अपने आप पर एक छाया डालता है, या ऑब्जेक्ट और उसकी छाया के बीच अंतराल दिखाई देता है।

एक और परिणाम जो याद करना बहुत आसान है, प्रत्येक प्रकाश स्रोत के लिए छायांकन चित्र बनाने की आवश्यकता है। कई मामलों में, उन्हें जोड़कर प्रकाश स्रोतों को सरल करना संभव है - वॉच डॉग्स में यह कार हेडलाइट्स के साथ होता है।

जब दोनों रोशनी चालू होती है, तो केवल एक प्रकाश स्रोत खींचा जाता है, लेकिन इसका एक विशेष आकार होता है, जिसके कारण यह दो किरणों जैसा दिखता है। यदि हेडलाइट में छाया है, तो यह करना इतना आसान नहीं है, और यह बहुत अधिक ध्यान देने योग्य होगा - जब खिलाड़ी कार के सामने से गुजरता है, तो प्रकाश दो हेडलाइट्स के बीच कहीं से आएगा। शायद तब आपको हेडलाइट्स को अलग करना होगा, लेकिन एक ही समय में, न केवल छाया की गणना के लिए अतिरिक्त लागत होगी, बल्कि आपको नई रोशनी भी खींचनी होगी।

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मुख्य बात जो मैं इस सब के साथ जोर देना चाहता था वह समझौता था। हम निश्चित रूप से इन सभी अनुमानों से छुटकारा पा सकते हैं, लेकिन हमें इस पर अपने संसाधनों का भंडार खर्च करना होगा, अर्थात् कुछ और बलिदान करना होगा। प्रत्येक गेम डेवलपर को यह तय करना होगा कि खेल में ध्यान केंद्रित करना उसके लिए क्या महत्वपूर्ण है, और यह खिलाड़ी को सबसे ज्यादा प्रभावित करेगा या परेशान करेगा।

भाग 4. चोटियों को हिलाना

इस भाग में मैं दृश्य में वस्तुओं को एनिमेट करने के तकनीकी विवरण के बारे में अधिक बात करूंगा।

ग्राफिक्स प्रोग्रामर अक्सर "ग्राफिक्स पाइपलाइन" के बारे में बात करते हैं। 3 डी-ग्राफिक्स एक विधानसभा लाइन की तरह एक स्पष्ट रूप से परिभाषित आंदोलन के साथ एक चरण से दूसरे चरण में हैं, लेकिन यह एक समय में केवल एक वस्तु के साथ काम नहीं करता है।

सभी आधुनिक ग्राफिक्स कार्ड में लगभग एक ही कन्वेयर बेल्ट होता है, उनके पास विशेष उपकरण और सॉफ़्टवेयर होते हैं जो कन्वेयर की गति को अधिकतम करने के लिए सीधे "सिलिकॉन में" फ्लैश होते हैं। बेशक, ग्राफिक्स कार्ड के विभिन्न निर्माताओं और परिवारों के बीच कई भिन्नताएं हैं, लेकिन आमतौर पर हमें इस बारे में चिंता करने की ज़रूरत नहीं है कि वे इस स्तर पर कैसे काम करते हैं।

टिप्पणी

यदि आप रुचि रखते हैं कि सब कुछ एक सार हार्डवेयर स्तर पर कैसे काम करता है, तो मैं ग्राफिक्स पाइपलाइन पर फैबियन गिसेन द्वारा लेखों की एक श्रृंखला की सिफारिश करता हूं। लेखों की यह श्रृंखला बहुत अधिक विस्तृत है और इसमें मेरे पोस्ट की तुलना में बहुत अधिक समझ की आवश्यकता है।

मैं दिलचस्प और महत्वपूर्ण सिद्धांतों की व्याख्या करने के लिए कई विवरणों को छोड़ दूंगा। इस भाग में, हम पाइपलाइन के पहले भाग को देखेंगे, जिसे वर्टेक्स शेडर कहा जाता है।

DirectX 9 की रिलीज़ के बाद लगभग 16 साल पहले शेड्स व्यापक हो गए, जिसमें वर्टेक्स और पिक्सेल शेड्स दिखाई दिए। यह बताने के लिए कि शेड क्या हैं और उनकी तुलना उनके साथ क्या हुआ करती थी, मैं उस काम के बारे में बात करूँगा जो वे करते हैं।


Aiden का कंकाल सिर फिर से हमारे साथ है।

आपको याद दिला दूं कि भाग 2 में, हमने उन मॉडलों की जांच की, जिनसे खेल की दुनिया बनी है। ये पैटर्न व्यक्तिगत बिंदुओं से बने होते हैं जिन्हें कोने कहा जाता है जो त्रिकोण में जुड़े होते हैं। मैंने कहा कि मैं आपको उनके बारे में बाद में बताऊंगा, और अब मैं अपना वादा रखता हूं।

चूंकि खेल की दुनिया में हर चीज में कोने होते हैं, इसलिए इन मॉडलों के साथ जो कुछ भी करने की आवश्यकता होती है, वह कोने के साथ किया जाना चाहिए। जब यह ग्राफिक्स कार्ड की बात आती है, तो यह सभी देखता है कि यह लंबों की एक लंबी सूची है। उसके लिए, वहाँ चल रहे एनिमेशन, या पेड़ों की पत्तियों के बोलबाला, या किसी अन्य अमूर्त अवधारणाओं जैसी चीजें नहीं हैं।

आइए एक सरल उदाहरण देखें कि हमें क्या करना है - दुनिया में वस्तुओं को स्थानांतरित करना और स्थिति बनाना। के साथ शुरू करने के लिए, चलो एक साधारण मामला लेते हैं, एक चरित्र नहीं।

माया और 3 डी स्टूडियो मैक्स जैसे 3 डी संपादकों में वस्तुओं का निर्माण करते समय, कलाकार हमेशा अपनी अलग दुनिया में निर्माण करते हैं। इन वस्तुओं को तुरंत शिकागो के प्रवेश द्वार में नहीं बनाया जाता है, बल्कि, उनका परिवेश मैट्रिक्स से "खाली सफेद कमरे" जैसा दिखता है। प्रत्येक वस्तु परम शून्यता के केंद्र में स्थित है।


यहाँ रेल के नीचे कहीं और ट्रैफ़िक लाइट है, और यह अपनी दुनिया में स्थित है।

डिस्क पर सहेजते समय, मॉडल का कोई पता नहीं है कि यह दुनिया में कहां होगा और इसे कब डाउनलोड किया जाएगा और ग्राफिक्स कार्ड में स्थानांतरित किया जाएगा। इसका मतलब यह है कि जब वस्तुओं को खींचने का समय आता है, तो हमें अपनी दुनिया से उस दृश्य की ओर बढ़ने की जरूरत है, जिसे हम खींचते हैं। यह हर वस्तु के साथ होता है, और यहां तक ​​कि ऐसी गतिहीन वस्तुएं जैसे कि इमारतें और पुल भी अपनी दुनिया से प्रत्येक फ्रेम में दृश्य में जाते हैं।


यहां हमें कई ट्रैफिक लाइट्स पहले से ही आंशिक रूप से निर्मित अंतिम दृश्य में दिखाई देती हैं।

जैसा कि मैंने ऊपर उल्लेख किया है, केवल वही चीजें जिनके साथ हम काम कर सकते हैं वे चोटियां हैं। हम ग्राफिक कार्ड से सिर्फ यह नहीं कह सकते हैं: “क्या आप इस ट्रैफिक लाइट को पुल के नीचे रख सकते हैं? और फिर एक और एक थोड़ा आगे रखा? महान! ”

इसलिए, ग्राफिक कार्ड को यह बताने के बजाय कि उसे ऑब्जेक्ट के साथ क्या करना है, हमें यह कहने की आवश्यकता है कि इसके सभी चक्करों का क्या करना है। यह पता चला है कि इस मामले में सब कुछ बहुत सरल हो जाता है। यदि हम सभी चक्करों को बिल्कुल उसी तरह से बदलते हैं और वे एक-दूसरे के सापेक्ष गतिहीन रहते हैं, तो यह एक वस्तु को पूरी तरह हिलाने के समान है। हमें केवल यह पता लगाना है कि "परिवर्तन" को क्या कहा जाता है।

टिप्पणी

इस सब की गणितीय गणना विशेष रूप से जटिल नहीं है, लेकिन लेख के दायरे से परे हैं। यदि आप पहले से ही रेखीय बीजगणित का अध्ययन कर चुके हैं, तो आपको संभवतः वह सब कुछ पता है जिसकी आपको आवश्यकता है - मूल रूप से यह सब वैक्टर के मैट्रिक्स गुणन में आता है।

वर्टेक्स शेड्स की उपस्थिति से पहले, ग्राफिक्स कार्ड में कोने बदलने के संभावित विकल्प बहुत सीमित थे। उपलब्ध वस्तुओं को हिलाने और घुमाने के साथ-साथ कुछ अन्य संचालन भी थे, लेकिन विशेष रूप से अनावश्यक या जटिल कुछ भी नहीं।

वर्टेक्स शेड्स छोटे कंप्यूटर प्रोग्राम हैं जो एक ग्राफिक्स कार्ड पर चलते हैं। वे एक शीर्ष स्थान लेते हैं, इसके साथ कोई आवश्यक कार्य करते हैं और आउटपुट शीर्ष जारी करते हैं। वे न केवल इसे स्थानांतरित कर सकते हैं, बल्कि उन्हें ऊपर और नीचे कूद भी सकते हैं, निकटतम चोटी से दूर जा सकते हैं, हवा के आधार पर स्विंग कर सकते हैं, एनिमेटेड हो सकते हैं और बहुत कुछ।

मैंने वॉच डॉग्स में इस्तेमाल होने वाले वर्टिकल शेड्स में से एक लिया और इसके साथ थोड़ा प्रयोग करके दिखाया कि यह क्या करता है। यह काफी श्रमसाध्य काम है, लेकिन मैंने पात्रों के लिए इस्तेमाल की जाने वाली वर्टिश शेडर को खोजने और इसे बदलने में कामयाबी हासिल की। त्वचा के लिए उपयोग किया जाने वाला एक और वर्टीकल शेडर है, उदाहरण के लिए, चेहरे और हाथों के लिए, लेकिन आप सिद्धांत को जल्दी समझ जाएंगे।


मैंने एक बहुत ही सरल बदलाव किया जो चरित्र मॉडल में एक मोड़ जोड़ता है, लेकिन बाकी सब कुछ हमेशा की तरह उपयोग किया जाता है।

ऊपर दिए गए एनीमेशन से पता चलता है कि पात्र किसी तरह से विचलित हैं। यह हमें सिद्धांत पर वापस लाता है "यदि आप प्रत्येक शीर्ष को स्थानांतरित करते हैं, तो यह पूरी वस्तु को स्थानांतरित करने के समान है।" वर्टेक्स शेडर में किया गया परिवर्तन केवल एक समय में एक शीर्ष के लिए काम करता है, लेकिन चूंकि वे सभी एक ही विरूपण के साथ काम करते हैं, इसलिए प्रभाव पूरे ऑब्जेक्ट पर लागू होता है।

आप परिवर्तन के उस हिस्से में भी बदलाव कर सकते हैं, जो "बस जगह में जाने" के लिए जिम्मेदार है, ताकि चरित्र को सही जगह रखने के बजाय, वह उसे जमीन से ऊपर उठा दे। यह भौतिकी की मदद से सिम्युलेटेड नहीं है, इसलिए इसका अन्य वस्तुओं के साथ गुरुत्वाकर्षण या टकराव से कोई लेना-देना नहीं है - यदि हम चाहें, तो हम सभी को हवा में चढ़ा सकते हैं।


इस एनीमेशन में, हमने धीरे-धीरे वर्टिकल शेडर बनाया और ऑब्जेक्ट को कम किया।

जाहिर है, यह सब बहुत रचनात्मक नहीं है, लेकिन यह हमें एक सामान्य विचार देता है कि वर्टेक्स शेड कैसे काम करते हैं - अगर हम अब पेड़ों पर पत्तियों को चेतन करना चाहते थे ताकि वे झूलते रहें, हम उसी चीज के बारे में करेंगे। केवल उठाने और कम करने के बजाय वे हवा की दिशा में झूलते थे। फिर हम हवा की ताकत को बदल सकते हैं ताकि पेड़ कम या ज्यादा बह जाएं।


यहां हम देखते हैं कि जब सब कुछ लगभग सात गुना बढ़ जाता है तो क्या होता है।

मैं थोड़ा सरल करता हूं, लेकिन मूल रूप से अधिकांश शीर्ष शेड का काम "वस्तुओं को जगह में ले जाना" है। अपवाद सभी एनिमेटेड वस्तुएं हैं - लोगों, जानवरों, साथ ही वस्तुओं जैसे कि झूलते हुए रस्सियों, फड़फड़ाने वाले कपड़े आदि।

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लोगों को एक कंकाल और "त्वचा" के उपयोग के विचार से जोड़ा गया है। एक कंकाल एक चलते चरित्र का एक सरल वर्णन है। इस स्तर पर, हम बकल, टोपी या जींस के बारे में चिंतित नहीं हैं जो कि एनिमेटेड नहीं हैं - हम केवल महत्वपूर्ण आंदोलनों के बारे में परवाह करते हैं जो मानव कंकाल के लिए सबसे उपयुक्त हैं।


मानव आकृति का एक साधारण कंकाल यहाँ दिखाया गया है। इसे वॉच डॉग्स से नहीं लिया गया, क्योंकि कंकाल को 3D संपादक के बाहर देखना मुश्किल है।

छवि Attribution-ShareAlike CC BY-SA © MakeHuman टीम 2001-2014 द्वारा लाइसेंस प्राप्त


यह एक स्नैप पोज़ या टी-पोज़ है जो यह दर्शाता है कि एनिमेशन का उपयोग किए बिना कोई चरित्र कैसा दिखता है।

एनिमेशन - दौड़ना, चलना, कूदना - केवल इस कंकाल पर लागू होता है। यह पूरी प्रक्रिया को बहुत सरल बनाता है, क्योंकि हमें हजारों और हजारों चक्करों के बजाय केवल एक सौ हड्डियों पर विचार करने की आवश्यकता है।

कंकाल बनाने के बाद, प्रत्येक शीर्ष को इस स्थिर मुद्रा में एक या अधिक हड्डियों से जोड़ा जाता है, और इस कनेक्शन को "स्किनिंग" कहा जाता है। हाफ-लाइफ 1 के समय, जब इस तकनीक का उपयोग किया जाना शुरू हुआ, प्रत्येक वर्टेक्स केवल एक हड्डी से जुड़ा था। आजकल, वे चार हड्डियों में शामिल हो सकते हैं, जबकि प्रत्येक हड्डी का वजन दिया जाता है, जिस पर शीर्ष पर हड्डी के प्रभाव की डिग्री निर्भर करती है। इसके लिए धन्यवाद, आप एक चिकनी एनीमेशन प्राप्त कर सकते हैं, जिससे हथियारों या पैरों को हिलाने पर हड्डियों को तेज कोण बनाने के बिना विभिन्न क्षेत्रों में अंतर करने की अनुमति मिलती है।


यह कंकाल है जिसे ऊपर जांघ की हड्डी के साथ दिखाया गया है। रंग मॉडल के शीर्ष के सापेक्ष कूल्हे की हड्डी का वजन दिखाते हैं।

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इस तकनीक की अपनी सीमाएँ हैं, खासकर उन जगहों पर जहाँ कपड़े और त्वचा को संकुचित या टिकाया जाता है, उदाहरण के लिए, कोहनी और कंधों पर। यह एक अपूर्ण, लेकिन चेतन करने के लिए बहुत प्रभावी तरीका है। सबसे गंभीर सीमा यह है कि इस तरह सम्मोहक चेहरा एनिमेशन बनाना बहुत मुश्किल है। आप अपने चेहरे पर बहुत सारी "नकली" हड्डियां बना सकते हैं, उदाहरण के लिए भौंहों के लिए और मुंह के आसपास, लेकिन यह मांसपेशियों और त्वचा का सिर्फ एक मोटा अंदाजा होगा।

इस तकनीक की एक अन्य महत्वपूर्ण विशेषता यह है कि शीर्ष और हड्डी की तुलना बहुत विशिष्ट है और इस तुलना से संबंधित है कि यह कैसे किया जाता है। कई अलग-अलग मॉडलों के लिए एनिमेशन का उपयोग करना संभव है, लेकिन प्रत्येक व्यक्तिगत मॉडल जिसमें आप कंकाल का उपयोग करना चाहते हैं, वह हड्डियों से जुड़ा होना चाहिए। कारण यह है कि एनिमेशन अपने कंकाल के सापेक्ष मूल स्थिति से खिसकते हैं। यदि कोने अपेक्षित स्थिति में नहीं हैं, तो समस्याएं पैदा होंगी।


यदि मॉडल उसके द्वारा उपयोग किए गए कंकाल से मेल नहीं खाता है, तो एनिमेशन पूरी तरह से गलत होंगे।


यदि हम चरित्र को दो बार चौड़ा करते हैं, तो हमें ड्रेक के "डोनट्स को मात देने" के समान प्रभाव मिलता है, लेकिन यह ध्यान देने योग्य है कि ब्रश के करीब के एनिमेशन गलत हो जाते हैं, क्योंकि यह वह जगह है जहां वे अपने मूल पदों से सबसे दूर हैं।

पहला एनीमेशन आपको अजीब लग सकता है - इस तरह के गड़बड़ एनिमेशन बहुत बार खेलों में होते हैं। आमतौर पर वे इस तथ्य के कारण होते हैं कि कंकाल पर गलत एनिमेशन लागू होते हैं, या मॉडल गलत कंकाल का उपयोग करता है। जैसा कि बनावट और मॉडल के मामले में, कंकाल, स्किनिंग और मॉडल की तुलना बहुत सावधानी से की जानी चाहिए, अन्यथा परिणाम जल्दी से दुखी हो जाएंगे।

मुझे आशा है कि आपको शीर्ष शेड्स के उद्देश्य के बारे में कुछ विचार मिला है और यह समझ में आया है कि एक स्थिर मॉडल को एक जीवित चरित्र में बदलने के लिए एनिमेशन का उपयोग कैसे किया जाता है।