Графика в компьютерных играх

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………………………….3

1. Компьютерная графика. Виды компьютерной графики………………………….......4

1.1 Двухмерная графика……………………………………………………………….4

1.2 Векторная графика…………………………………………………………………4

1.3 Растровая графика………………………………………………………………….5

1.4 Фрактальная графика………………………………………………………………5

1.5. Трёхмерная графика………………………………………………………………6

1.6. CGI графика………………………………………………………………………..6

2. Области применения компьютерной графики……………………………………………...7

3. Недавно вышедшие игры, их игровые движки……………………………………………..8

Заключение……………………………………………………………………………………...15

ВВЕДЕНИЕ

В первой главе вы узнаете какие виды графики существуют, их описание и области их применения.

Во второй главе будут описаны новейшие игры, в которых установлены самые передовые игровые движки, с помощью которых разработчики добились практически фотореалистичной картинки.

В выводе подводится итог всего выше перечисленного.

1. КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА. ВИДЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

1.1 Двумерная графика

Двумерная компьютерная графика классифицируется по типу представления графической информации, и следующими из него алгоритмами обработки изображений. Обычно компьютерную графику разделяют на векторную и растровую, хотя обособляют ещё и фрактальный тип представления изображений.

1.2 Векторная графика

Векторная графика представляет изображение как набор геометрических примитивов. Обычно в качестве них выбираются точки, прямые, окружности, прямоугольники, а также, как общий случай, кривые некоторого порядка. Объектам присваиваются некоторые атрибуты, например, толщина линий, цвет заполнения. Рисунок хранится как набор координат, векторов и других чисел, характеризующих набор примитивов. При воспроизведении перекрывающихся объектов имеет значение их порядок.

Изображение в векторном формате даёт простор для редактирования. Изображение может без потерь масштабироваться, поворачиваться, деформироваться, также имитация трёхмерности в векторной графике проще, чем в растровой. Дело в том, что каждое такое преобразование фактически выполняется так: старое изображение (или фрагмент) стирается, и вместо него строится новое. Математическое описание векторного рисунка остаётся прежним, изменяются только значения некоторых переменных, например, коэффициентов.

При преобразовании растровой картинки исходными данными является только описание набора пикселей, поэтому возникает проблема замены меньшего числа пикселей на большее (при увеличении), или большего на меньшее (при уменьшении). Простейшим способом является замена одного пикселя несколькими того же цвета (метод копирования ближайшего пикселя: Nearest Neighbour). Более совершенные методы используют алгоритмы интерполяции, при которых новые пиксели получают некоторый цвет, код которого вычисляется на основе кодов цветов соседних пикселей. Подобным образом выполняется масштабирование в программе Adobe Photoshop (билинейная и бикубическая интерполяция).

Вместе с тем, не всякое изображение можно представить как набор из примитивов. Такой способ представления хорош для схем, используется для масштабируемых шрифтов, деловой графики, очень широко используется для создания мультфильмов и просто роликов разного содержания.

1.3 Растровая графика

Рис.1. Пример векторной графики.

Растровая графика всегда оперирует двумерным массивом (матрицей) пикселей. Каждому пикселю сопоставляется значение яркости, цвета, прозрачности — или комбинация этих значений. Растровый образ имеет некоторое число строк и столбцов.

Без особых потерь растровые изображения можно только лишь уменьшать, хотя некоторые детали изображения тогда исчезнут навсегда, что иначе в векторном представлении. Увеличение же растровых изображений оборачивается видом на увеличенные квадраты того или иного цвета, которые раньше были пикселями.

В растровом виде представимо любое изображение, однако этот способ хранения имеет свои недостатки: больший объём памяти, необходимый для работы с изображениями, потери при редактировании.

1.4 Фрактальная графика.

Рис.2. Пример растровой графики.

Фрактал — объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Поскольку более детальное описание элементов меньшего масштаба происходит по простому алгоритму, описать такой объект можно всего лишь несколькими математическими уравнениями.

Фракталы позволяют описывать целые классы изображений, для детального описания которых требуется относительно мало памяти. С другой стороны, фракталы слабо применимы к изображениям вне этих классов.

Рис. 3. Пример Фрактальной графики

1.5 Трёхмерная графика

Трёхмерная графика оперирует с объектами в трёхмерном пространстве. Обычно результаты представляют собой плоскую картинку, проекцию. Трёхмерная компьютерная графика широко используется в кино, компьютерных играх.

Трехмерная графика бывает полигональной и воксельной. Воксельная графика аналогична растровой. Объект состоит из набора трехмерных фигур, чаще всего кубов. А в полигональной компьютерной графике все объекты обычно представляются как набор поверхностей, минимальную поверхность называют полигоном. В качестве полигона обычно выбирают треугольники.

Всеми визуальными преобразованиями в векторной (полигональной) 3D-графике управляют матрицы (см. также: аффинное преобразование в линейной алгебре). В компьютерной графике используется три вида матриц:

• матрица поворота

• матрица сдвига

• матрица масштабирования

Любой полигон можно представить в виде набора из координат его вершин. Так, у треугольника будет 3 вершины. Координаты каждой вершины представляют собой вектор (x, y, z). Умножив вектор на соответствующую матрицу, мы получим новый вектор. Сделав такое преобразование со всеми вершинами полигона, получим новый полигон, а преобразовав все полигоны, получим новый объект, повёрнутый/сдвинутый/масштабированный относительно исходного.

1.6 CGI графика

CGI — неподвижные и движущиеся изображения, сгенерированные при помощи трёхмерной компьютерной графики и использующиеся в изобразительном искусстве, печати, кинематографических спецэффектах, на телевидении и в симуляторах. В компьютерных играх обычно используется компьютерная графика в реальном времени, но периодически добавляются и внутриигровые видео, основанные на CGI. Созданием движущихся изображений занимается компьютерная анимация, представляющая собой более узкую область графики CGI, применимую, в том числе в кинематографе, где позволяет создавать эффекты, которые невозможно получить при помощи традиционного грима и аниматроники. Компьютерная анимация может заменить работу каскадёров и статистов, а также декорации.

Рис.4. Пример CGI графики.

1. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

Научная графика

Первые компьютеры использовались лишь для решения научных и производственных задач. Чтобы лучше понять полученные результаты, производили их графическую обработку, строили графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Первые графики на машине получали в режиме символьной печати. Затем появились специальные устройства — графопостроители (плоттеры) для вычерчивания чертежей и графиков чернильным пером на бумаге. Современная научная компьютерная графика дает возможность проводить вычислительные эксперименты с наглядным представлением их результатов.

Деловая графика.

Область компьютерной графики, предназначенная для наглядного представления различных показателей работы учреждений. Плановые показатели, отчётная документация, статистические сводки — вот объекты, для которых с помощью деловой графики создаются иллюстративные материалы. Программные средства деловой графики включаются в состав электронных таблиц.

Конструкторская графика.

Используется в работе инженеров-конструкторов, архитекторов, изобретателей новой техники. Этот вид компьютерной графики является обязательным элементом САПР (систем автоматизации проектирования). Средствами конструкторской графики можно получать как плоские изображения (проекции, сечения), так и пространственные трёхмерные изображения.

Иллюстративная графика.

Это произвольное рисование и черчение на экране компьютера. Пакеты иллюстративной графики относятся к прикладному программному обеспечению общего назначения. Простейшие программные средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.

Художественная и рекламная графика.

Ставшая популярной во многом благодаря телевидению. С помощью компьютера создаются рекламные ролики, мультфильмы, компьютерные игры, видеоуроки, видеопрезентации. Графические пакеты для этих целей требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти. Отличительной особенностью этих графических пакетов является возможность создания реалистических изображений и «движущихся картинок». Получение рисунков трёхмерных объектов, их повороты, приближения, удаления, деформации связано с большим объёмом вычислений. Передача освещённости объекта в зависимости от положения источника света, от расположения теней, от фактуры поверхности, требует расчётов, учитывающих законы оптики.

1. НЕДАВНО ВЫШЕДШИЕ ИГРЫ, ИХ ИГРОВЫЕ ДВИЖКИ

Star Citizen

Находящаяся в разработке компьютерная игра в жанре космического симулятора для персонального компьютера. В настоящее время игра находится в разработке у Cloud Imperium Games Corporation, основанной Крисом Робертсом (англ.)русск. совместно с Ortwin Freyermuth в апреле 2012 года. Предыдущие работы Робертса включали такие игры, как Wing Commander, Privateer, Freelancer, Starlancer и другие. Сделана игра на игрвом движке под названием "CryEngine 4".

CryEngine 4-го поколения

Игровой движок, разрабатываемый компанией Crytek. В отличие от предыдущих движков компании, новый CryENGINE не будет идентифицироваться номерами версий. Причина такого изменения, по словам компании, в том, что со времени релиза CryENGINE 3, движок претерпел значительные изменения и более не является тем же самым движком, а постоянные обновления и улучшения будут поддерживать его на высоком уровне конкурентоспособности. CryENGINE официально анонсирован 21 августа 2013 года. Первая игра, в которой был задействован обновленный CryENGINE — Ryse: Son of Rome разработанный компанией Crytek.

Шейдеры в CryEngine 4 и технология Übershader

Шейдеры в CryEngine 4 пишутся единоразово на языке программирования высокого уровня, а затем автоматически компилируются под каждую платформу. Благодаря этому становится возможным создание таких эффектов, как: «эффект невидимости», мокрые, грязные и замороженные поверхности, которые могут быть «наслоены» одна на другую и объединены с другими шейдерами, симулирующими такие эффекты, как металл, стекло и другие. CryEngine 4 поддерживает попиксельное освещение реального времени, отражения, преломления, эффекты объёмного жара и анимированные текстуры для симуляции окон, пулевых отверстий, поверхностей с солнечными бликами и много других эффектов.

«Übershader» представляет собой одну шейдерную программу со многими особенностями: от одного до четырёх источников света, типы источников света, кубические карты отражений, туман, детализированные текстуры, карты нормалей, зеркальные текстуры и др. Могут быть сгенерированы миллионы комбинаций Übershader. В Übershader используется динамическое ветвление, разделение на множество проходов, уменьшение комбинаций и принятие вариантов с меньшей функциональностью и меньшей требуемой производительностью. Используется асинхронная компиляция шейдеров и распределённая система заданий для компиляции шейдерного кеша.

Quantum Break

Компьютерная игра в жанре шутер от третьего лица, релиз которой состоялся на Xbox One и Windows 10 5 апреля 2016. Ранее заявлялось, что игра будет эксклюзивом для консоли Xbox One. Разрабатывалась финской компанией Remedy Entertainment, а издаётся Microsoft Studios. Игровой процесс представляет собой шутер с элементами укрытий, а также с возможностью применять временные манипуляции.

Northlight Engine

Northlight Engine - графический движок, разработанный компанией Remedy Entertainment и впервые используемый для создания игры Quantum Break. Этот движок был разработан специально для нового поколения консоли (Xbox One), с планами создать более полные и крупномасштабные игры в будущем. Графический движок поддерживает движения лица, сканирование в 4D, реальное освещение и динамическое движение времени, а также открывает возможности для развития более детальных моментов игры.

Far Cry Primal

Компьютерная игра в жанре action-adventure со структурой открытого мира, разработанная студией Ubisoft Montreal при поддержке Ubisoft Toronto, Ubisoft Kiev и Ubisoft Shanghai для платформ PlayStation 4, Xbox One и персональных компьютеров.

Игра вышла на PlayStation 4 и Xbox One 23 февраля 2016 года[2]. Версия для Microsoft Windows вышла 1 марта 2016 года[3]. В отличие от других игр серии Far Cry, события Far Cry Primal происходят в каменном веке, за десять тысяч лет до нашей эры.

Dunia Engine

Dunia Engine — игровой движок, разработанный компанией Ubisoft Montreal для своих внутренних проектов и впервые примененный в шутере от первого лица Far Cry 2.

В дальнейшем использовался в других играх, в том числе Far Cry 3 и Far Cry 4 (в них применяется вторая версия движка — Dunia Engine 2).

Dunia является проприетарным мультиплатформенным игровым движком, который используется Ubisoft лишь для своих, внутренних проектов и не доступен для лицензирования сторонними компаниями. Движок поддерживает DirectX 9, DirectX 10, 10.1 и 11. Слово «dunia» означает «мир», «земля», «жизнь» на языке урду, арабском, курдском, фарси, хинди, малайском, индонезийском и тюркских языках.

Общие характеристики

Dunia Engine имеет следующие особенности:

• Поддержка игровых приставок Microsoft Xbox 360 и Sony PlayStation 3 (а также PlayStation 4 и Xbox One — в Dunia Engine 2);

• Поддержка API DirectX 9, DirectX 10 и DirectX 10.1 (11 — в Dunia Engine 2);[14]

• Разрушаемое окружение;

• Динамическое распространение огня, которое также подвержено влиянию погодных условий;

• Динамическая растительность (англ. RealTree), включая рост и регенерацию растительности;

• Полные циклы дня и ночи, и реалистичная погода (улучшено в Dunia второй версии);

• Поддержка огромных открытых игровых пространств, не поделённых на отдельные уровни;

• Непрямое освещение и технология Radiosity (в Dunia второй версии добавлено также глобальное освещение (Global Illumination);

• Лицевая анимация (улучшено в Dunia второй версии);

• Поддержка технологии amBX от компании Philips, которая предназначается для создания дополнительных специальных эффектов и требует специального аппаратного и технического обеспечения;

• Незаскриптованный (англ. non-scripted) игровой искусственный интеллект;

• Динамическая система музыки.

Project CARS

Project CARS (от англ. community assisted racing simulator — гоночный симулятор, создаваемый при содействии сообщества) — видеоигра в жанре автосимулятора, разрабатываемая британской студией Slightly Mad Studios.

Madness Engine

Madness Engine является кросс-платформенным игровым движком, и ориентирован на работу с многопроцессорной архитектурой. В первую очередь движок предназначен для использования в гоночных симуляторах.

В стандартные функции движка Madness Engine входят продвинутый искусственный интеллект с системой принятия решения, поддержка NVIDIA PhysX, собственная реализация физики, продвинутая система физики для транспортных средств, реалистичные DOF и motion-blur эффекты, HDR освещение, глобальное освещение и многое другое.

Список игр на движке:

• Project CARS (2015 год)

• Test Drive: Ferrari Racing Legends (2012 год)

• Shift 2 Unleashed (2011 год)

• Need for Speed Shift (2009 год)

Deus Ex: Mankind Divided

Deus Ex: Mankind Divided - мультиплатформенная игра в жанре шутера от первого лица, с элементами ролевой игры и стелс-экшена, разработанная канадской компанией Eidos Montreal и изданная японским холдингом Square Enix. Является продолжением игры Deus Ex: Human Revolution, вышедшей в 2011 году. Анонс игры произошёл 8 апреля 2015 года, а выход игры состоялся 23 августа 2016 года на платформах Microsoft Windows, PlayStation 4 и Xbox One.Действие Mankind Divided разворачивается в 2029 году — спустя два года после событий Human Revolution и за 23 года до событий первой игры Deus Ex. Главным героем игры по-прежнему является Адам Дженсен. На территории России и СНГ игра была издана компанией «Бука» и вышла полностью на русском языке.

Dawn Engine (существенно модифицированный Glacier 2)

Glacier Engine — игровой движок, разработанный датской компанией IO Interactive для использования в собственных проектах. Существует два поколения данной технологии.

Движок Glacier первого поколения содержит несколько инструментов, необходимых для разработки: Visual Scene Editor и Visual Scene Player для работы с кат-сценами, редактор уровней, несколько инструментов для работы с текстурами, объектами и звуком, а также собственные плагины для 3ds Max, Adobe Photoshop и Pro Tools.

Базовая физика позволяет имитировать поведение транспортных средств, столкновения, падение объектов. В более поздних проектах на Glacier engine компания уже отказалась от использования собственного физического движка, встроив коммерческий физический движок Havok.

Для работы со светом поддерживается лайтмапы, попиксельное и повершинное освещение, объёмные лучи и заранее отрисованный (или отображаемый в реальном времени) свет и тени. Также поддерживается MIP-текстурирование и рельефное текстурирование, метод LOD для объектов, инверсная кинематика, а также покадровая и скелетная анимация.

Присутствует поддержка ряда графических пост-эффектов, в числе которых световые блики, motion blur и depth of field. Традиционно для движков своего времени присутствует возможность создавать различные погодные эффекты (например, туман или дождь) при помощи системы частиц, — она же управляет и некоторыми другими эффектами. Поддержка шейдеров позволяет реализовать такие эффекты, как вода с волнами, преломлениями света и отражениями.

Встроенный в Glacier звуковой движок поддерживает потоковое или динамическое воспроизведение музыки на уровне и акустические эффекты для звука, создаваемые при помощи подсистемы A3D или EAX.

Система хранения файлов основана на формате ZIP, что облегчает доступ к архивам с игровыми данными.

Начиная со второго поколения, Glacier 2, движок был существенно переработан. Одним из заметных нововведений стало одновременное отображение больших групп неигровых персонажей, способных взаимодействовать друг с другом и игроком, без заметной потери производительности.

Glacier Engine 1 и его модификации:

• 2000 — Hitman: Codename 47

• 2002 — Hitman 2: Silent Assassin

• 2003 — Freedom Fighters

• 2004 — Hitman: Contracts

• 2006 — Hitman: Blood Money

• 2007 — Kane & Lynch: Dead Men

• 2009 — Mini Ninjas

• 2010 — Kane & Lynch 2: Dog Days

Glacier Engine 2 и его модификации:

• 2012 — Hitman: Absolution

• 2012 — Hitman: Sniper Challenge

• 2016 — Hitman

• 2016 — Deus Ex: Mankind Divided (модифицированная Eidos Montreal версия, названная Dawn Engine)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение хотелось бы сказать, что игровые движки с недавних времён начали бурно развиваться и совершенствовать свои возможности: графику до фотореалистичной, геймплей делать более весёлым, захватывающим и интересным, а физику делать максимально приближённой к реальной. Из этого списка игр ближе всех к идеалу, по мнению авторов, подобралась игра Star citizen! С игровым движком Cry Engine 4.