Neste post, falarei sobre a história da texturização em videogames tridimensionais. Desde a primeira aparição do 3D em tempo real nos consoles domésticos, percorremos um longo caminho, mas ainda hoje, ao criar texturas de jogos, foram aplicadas algumas práticas que têm suas raízes naqueles primeiros anos.
Primeiro, vamos falar um pouco sobre o básico - as diferenças entre renderização em tempo real e cenas pré-renderizadas. A renderização em tempo real é usada na maioria dos jogos 3D. A máquina neste caso desenha a imagem em tempo real. Criar um único quadro de uma cena pré-renderizada requer grande poder de computação.
Por isso, obtemos diferentes níveis de qualidade. A renderização em tempo real é necessária para jogos para interatividade. Elementos estáticos, como inserções cinematográficas ou planos de fundo fixos, podem ser criados pela pré-renderização. A diferença nos resultados foi enorme. Aqui estão os antecedentes pré-renderizados e o personagem em tempo real do jogo de 1999:
A pré-renderização permitiu criar várias cenas que eram caras para renderizar, o que poderia levar horas ou até dias para renderizar um único quadro. Para uma foto ou filme, isso é bastante normal. Mas os jogos precisam renderizar constantemente de 30 a 60 quadros por segundo. Portanto, no início dos jogos em 3D, houve grandes simplificações.
Nos consoles de 16 bits, o Star Fox foi um dos primeiros exemplos de 3D em tempo real, mas o Donkey Kong Country também estava neles, nos quais gráficos 3D pré-renderizados eram convertidos em sprites (com paletas de cores bastante simplificadas). Durante muito tempo, nada mais poderia parecer tão bom em tempo real.
Quando mudamos para consoles 3D reais (como N64 e PS1), finalmente vimos do que a renderização em tempo real não era capaz. Você não pode usar fontes de luz para fazer sombras ou iluminação na cena, os materiais não respondem à luz, não há um "mapeamento de relevo", apenas geometria e texturas de baixa resolução. Como os artistas conseguiram lidar com isso?
Por exemplo, informações sobre iluminação eram desenhadas em texturas (sombras, realces, profundidades) ou pintadas em cada vértice de um triângulo, ou as duas abordagens eram usadas. As sombras dos caracteres eram geralmente texturas simples que se seguiam ao personagem. Lançar as sombras corretas era impossível.
Era possível obter o sombreamento mais simples nos modelos, mas ele geralmente não possuía as informações de iluminação corretas. Jogos como Ocarina of Time e Crash Bandicoot usavam muitas informações de iluminação, gravadas em texturas e desenhando nos vértices da geometria. Isso tornou possível tornar várias áreas mais claras, mais escuras ou dar-lhes uma certa sombra.
Naqueles dias, para superar essas limitações, era necessária uma grande quantidade de trabalho criativo. Em vários graus, desenhar ou escrever informações de iluminação em texturas ainda é usado hoje. Mas, à medida que a renderização em tempo real melhora, a necessidade de tais técnicas é reduzida.
Portanto, a próxima geração de hardware precisava resolver muitos mais problemas. A próxima geração de consoles - PS2, Xbox e Gamecube - tentou lidar com alguns deles. O primeiro salto notável na qualidade foi um aumento na resolução da textura e melhor iluminação.
Um dos jogos importantes nesse sentido foi Silent Hill 2. O avanço mais sério desse jogo em 2001 foi o uso de sombras em tempo real. Isso significava que parte das informações de iluminação registradas na textura poderia ser excluída, mas, na maioria das vezes, era ativamente usada nesta geração.
O fator decisivo para este e outros jogos daquela época foi a resolução. Devido ao maior número de pixels, eles podem armazenar muito mais micro detalhes. Mas até agora eram apenas informações sobre cores e iluminação difusa. Mapas de relevo e mapas de reflexão raramente eram usados na época. Era impossível obter a reação correta à luz dos materiais.
Havia outra razão para a popularidade das informações de cozimento nas texturas. Nas cenas pré-renderizadas, isso não era um problema: nelas as roupas realmente pareciam tecidos, e o vidro, o cabelo e a pele pareciam convincentes. Para renderização em tempo real, era necessário texturizar em relevo, que aparecia, mas apenas no final desta geração (apenas no xbox).
Mapas de reflexão e normais apareceram em jogos como Halo 2 e Doom 3. Os mapas especulares permitiram que as superfícies respondessem à iluminação muito mais naturalmente, por exemplo, o metal poderia realmente brilhar, e assim por diante. O mapa normal permite gravar muito mais detalhes que não poderiam ser alcançados em objetos com um número tão baixo de polígonos.
Se você trabalha com 3D, sabe o que é um mapa normal. Esse é um tipo de texturização em relevo que permite que as superfícies respondam à iluminação com muito mais detalhes do que a complexidade do modelo. Essa é a textura mais importante usada em quase todos os jogos lançados após esta geração.
Após o advento dos mapas normais, a abordagem dos artistas para criar texturas mudou. Para produzir mapas normais, você precisa gastar muito mais tempo criando o modelo. Tornou-se a norma o uso de ferramentas de escultura como o Zbrush, que permitem transformar modelos de alto poli em texturas que podem ser usadas em objetos de baixo poli.
Antes dessa tecnologia, a maioria das texturas era desenhada à mão ou criada a partir de fotos no Photoshop. Na era do Xbox 360 e PS3, esse método para muitos jogos é coisa do passado, porque, juntamente com um aumento na resolução, a qualidade dos modelos também melhorou.
Além disso, devido ao sombreamento pré-calculado, o comportamento dos materiais melhorou bastante. Para muitos artistas, isso acabou sendo um ponto de virada. Os materiais se tornaram muito mais complicados do que antes. Esta demo de 2005 excedeu tudo o que veio antes dele. Naquela época, não havia nem um Xbox 360.
Uma nova abordagem para a iluminação de palco também apareceu - Modelo de oclusão ambiental. A renderização em tempo real novamente teve que acompanhar o pré-renderizador. AO é muito caro para renderização em tempo real, então os artistas começaram a escrevê-lo em texturas! AO recria sombras indiretas de fontes de luz que são muito pequenas para serem exibidas em detalhes.
Ainda hoje, a AO em tempo real não é 100% alcançável, mas já estamos perto disso! Graças a processos como SSAO e DFAO, a situação melhorou bastante em comparação com o que era há 10 anos. Cartões AO cozidos ainda estão em uso, mas provavelmente quando os renderizadores melhorarem, serão descartados.
Resumindo: na era do PS3 e do X360, vimos um salto ainda maior na resolução em comparação à geração anterior, e novas texturas apareceram para superfícies com sombreamento. E, claro, a qualidade da iluminação melhorou! Você pode obter sombras em tempo real para toda a cena ou reduzir a iluminação para aumentar os detalhes.
Tudo parece estar bem? Mas ainda existem falhas. Baixa resolução de modelos e texturas, além de altos custos devido a novos shaders, e não se esqueça da resolução emitida pelos jogos. Apenas 720p! (Além disso, tons de fontes nas televisões CRT se tornaram um problema).
Outro problema permaneceu nos mapas especulares. Naquele momento, cada objeto tinha apenas uma carta de seu “brilho”. Essa é uma grande limitação. Os materiais pareciam irreais. Portanto, alguns desenvolvedores começaram a dividir mapas de reflexão. Um dos primeiros exemplos foi o jogo Bioshock Infinite.
Os mapas de reflexão agora eram divididos por tipos de materiais (madeira, ouro, concreto, etc.) e por "velhice" (rachaduras, desgaste, etc.). Esse evento coincidiu com o advento de um novo tipo de modelo de sombreamento - Renderização com base física, PBR (renderização fisicamente correta).
Isso nos leva hoje à geração atual. O PBR se tornou um padrão para muitos jogos. Essa técnica foi popularizada pela Pixar, padronizando-a como uma maneira de criar materiais plausíveis em computação gráfica. E pode ser aplicado em tempo real!
Além disso, o setor melhorou o transportador que apareceu na geração anterior - efeitos de tela. Aspectos como correção de tom e correção de cores melhoraram na geração atual. Na geração anterior, isso levaria muito tempo para configurar as texturas.
Se você estiver interessado em aprender mais sobre jogos antigos e suas técnicas de renderização, recomendo a série DF Retro em digitalfoundry. O autor fez um trabalho fantástico ao analisar jogos individuais, como Silent Hill 2.
Apenas para comparação, mostrarei como foram os primeiros jogos em 3D e que tipo de trabalho hoje é necessário para criar a única textura no jogo.
Vamos também mencionar brevemente algumas das técnicas desenvolvidas em épocas anteriores que ainda estão em uso hoje! Existem muitas texturas "estilizadas" que registram informações de iluminação. Mais ativamente, ele usa a Blizzard.
Esta empresa combina limitações técnicas com uma atitude ponderada em relação aos gráficos e obtém resultados surpreendentes. Talvez eles não usem o mesmo monte de texturas que em outros jogos AAA, mas os resultados não podem ser chamados de ruins.
E, às vezes, graças à técnica PBR e texturas desenhadas à mão / simplificadas, você pode ir muito longe. Isso é facilitado pela presença de um mecanismo moderno com muitas funções.