在这篇文章中，我将讨论三维视频游戏中纹理的历史。 自从3D实时在家用游戏机上首次出现以来，我们已经走了很长一段路，但是即使到了今天，当创建游戏纹理时，也已经应用了一些起源于早期的实践。
首先，让我们谈一些基础知识-实时渲染和预渲染场景之间的差异。 大多数3D游戏都使用实时渲染。 在这种情况下，机器将实时绘制图像。 若要创建一个预渲染场景的单个帧，则需要强大的计算能力。
因此，我们获得了不同级别的质量。 游戏需要实时渲染才能实现交互性。 可以通过预渲染来创建静态元素，例如电影插入物或固定背景。 结果差异巨大。 以下是1999游戏中的预渲染背景和实时角色：
预渲染使您可以创建一堆渲染成本很高的场景，渲染单个帧可能要花费数小时甚至数天。 对于图片或电影，这是很正常的。 但是游戏需要不断地每秒渲染30-60帧。 因此，在早期的3D游戏中必须进行极大的简化。
在16位游戏机上，Star Fox是实时3D的首批示例之一，但大金刚国家（Donkey Kong Country）也在其中，其中将预渲染的3D图形转换为Sprite（具有大大简化的调色板）。 长期以来，没有其他东西可以像实时一样好了。
当我们切换到真实的3D控制台（例如N64和PS1）时，我们终于看到了实时渲染无法实现的功能。 您不能使用光源来烘烤场景中的阴影或照明，材质不能对光做出响应，没有“凹凸贴图”，只有低分辨率的几何形状和纹理。 艺术家如何应对呢？
例如，有关照明的信息要么在纹理（阴影，高光，深度）上绘制，要么在三角形的每个顶点上绘制，或者同时使用两种方法。 角色阴影通常是跟随角色的简单纹理。 投射正确的阴影是不可能的。
可以在模型上实现最简单的阴影，但是他通常缺少正确的照明信息。 《 Ocarina of Time》和《 Crash Bandicoot》等游戏使用了大量的照明信息，这些信息记录在纹理中并绘制在几何顶点上。 这样就可以使各个区域更亮，更暗，或使其具有一定的阴影。
在那些日子里，为了克服这些限制，需要大量的创意工作。 如今，仍在不同程度上使用绘图或将照明信息写入纹理。 但是随着实时渲染变得更好，对此类技术的需求也减少了。
因此，下一代硬件需要解决更多问题。 下一代游戏机-PS2，Xbox和Gamecube-试图应对其中的一些问题。 质量上的第一个显着飞跃是纹理分辨率的提高和更好的照明。
在这方面，重要的游戏之一是《寂静岭2》。该游戏在2001年的最大突破是实时使用阴影。 这意味着可以排除记录在纹理中的部分照明信息，但是在大多数情况下，它在这一代中得到了积极使用。
那个时代的这个和其他游戏的决定性因素是分辨率。 由于像素数量更多，它们可以存储更多的微观细节。 但到目前为止，仅是有关颜色和漫射照明的信息。 那时很少使用凹凸贴图和反射贴图。 无法从材料获得对光的正确反应。
烘焙信息在纹理中普及的另一个原因是。 在预渲染的场景中，这不是问题，因为它们的衣服看起来确实像织物，玻璃，头发和皮肤看起来令人信服。 对于实时渲染，需要浮雕纹理，并且它会浮雕出现，但仅在这一代末尾出现（仅在xbox上）。
反射和法线贴图出现在《光晕2》和《毁灭战士3》等游戏中。镜面贴图使曲面更自然地响应照明，例如，金属可以真正发光等等。 法线贴图允许您记录更多的细节，这些细节在多边形数量如此之少的对象中无法实现。
如果使用3D，则您知道什么是法线贴图。 这是一种浮雕纹理，可让表面对照明的响应比模型的复杂性更为详细。 这是这一代之后几乎所有游戏中使用的最重要的纹理。
在法线贴图问世之后，艺术家创建纹理的方法发生了变化。 要生成法线贴图，您必须花费更多的时间来创建模型。 使用诸如Zbrush之类的雕刻工具已成为一种规范，它允许您将高多边形模型烘焙到可以在低多边形对象中使用的纹理中。
在使用该技术之前，大多数纹理都是手绘的，或者是在Photoshop中由照片创建的。 在Xbox 360和PS3时代，这种用于许多游戏的方法已经成为过去，因为随着分辨率的提高，模型的质量也得到了改善。
此外，得益于预先计算的阴影，材料的性能已大大改善。 对于许多艺术家来说，这是一个转折点。 材料变得比以前复杂得多。 这个2005年的演示超出了他之前的一切。 当时甚至没有Xbox 360。
还出现了一种新的舞台照明方法-环境光遮挡模型。 实时渲染必须再次赶上预渲染。 AO对于实时渲染而言太昂贵了，因此艺术家才刚刚开始在纹理中编写它！ AO从太小而无法详细显示的光源重新创建间接阴影。
即使在今天，仍无法100％实现实时AO，但我们已经接近做到了！ 由于采用了SSAO和DFAO之类的流程，与10年前相比，情况有了很大的改善。 烘焙的AO卡仍在使用中，但是当渲染器变得更好时，它们将被丢弃。
总结：在PS3和X360时代，与上一代产品相比，我们看到了更大的分辨率提升，并且带有阴影的表面出现了新的纹理。 而且，当然，照明质量也得到了改善！ 您可以获取整个场景的实时阴影，也可以烘烤灯光以增加细节。
一切似乎都还好吗？ 但是仍然存在缺陷。 模型和纹理的分辨率低，加上新着色器带来的高成本，请不要忘记游戏发布的分辨率。 只有720p！ （此外，CRT电视上的字体阴影已成为问题）。
另一个问题仍然是镜面贴图。 当时，每个物体只有一张“光辉”牌。 这是一个很大的限制。 这些材料看起来不真实。 因此，一些开发人员开始分割反射贴图。 最早的例子之一是《生化奇兵：无限》游戏。
现在，将反射图按材质类型（木材，黄金，混凝土等）和“陈年”（裂纹，磨损等）进行划分。 此事件与新型阴影模型（基于物理的渲染，PBR（物理正确的渲染））的出现恰逢其时。
这将我们带到了今天。 PBR已成为许多游戏的标准。 这项技术已被皮克斯（Pixar）普及，并将其标准化为在计算机图形学中创建合理材料的一种方式。 它可以实时应用！
此外，该行业还改进了上一代出现的输送机-屏幕效果。 在当前一代中，诸如色调校正和色彩校正的方面已经得到改进。 在上一代中，这将花费很长时间来设置纹理。
如果您有兴趣了解有关旧游戏及其渲染技术的更多信息，我强烈建议您在digitalfoundry上使用DF Retro系列。 作者在分析单个游戏（例如《寂静岭2》）方面做得非常出色。
为了进行比较，我将向您展示第一个3D游戏的外观以及今天需要什么样的工作来创建游戏中唯一的纹理。
让我们还简要地提到一些在以前时代开发的技术，直到今天仍在使用！ 有许多“风格化”纹理可以记录照明信息。 最活跃的是它使用暴雪。
该公司结合了技术限制和对图形的周到态度，并取得了惊人的成绩。 也许他们没有使用与其他AAA游戏中相同的纹理，但是结果不算差。
有时，借助PBR技术和手绘/简化的纹理，您可以走得很远。 具有许多功能的现代发动机的存在促进了这一点。