Реализм и оптические эффекты
Зачем фотореалистичным играм нужна постобработка? Потому что они не всегда пытаются изобразить реальный мир.
Рассмотрим подробно один из неприметных постэффектов, использующихся во многих проектах с реалистичной графикой — хроматические аберрации. Они добавляют небольшое раздробление цветов, «каемку» по контурам объектов. Обычно небольшой эффект аберрации накладывают по краям экрана, и он присутствует на протяжении всего игрового процесса.
Пример действия хроматической аберрации из документации Unity
Часто хроматизм может служить в качестве временной индикации. В таком случае аберрации сильно увеличивают и растягивают по всему экрану, чтобы они были заметны. Прием используется, чтобы показать получение урона или низкий уровень здоровья персонажа.
Получение урона — Last of Us Part II, Naughty Dog (2020)
Низкий уровень здоровья — SOMA, Frictional Games (2015)
В отдельных случаях сильные хроматические аберрации применяют для отражения необычной среды: это может быть сновидение или, например, пребывание в галлюцинациях.
Галлюцинации — Rise of the Tomb Raider, Crystal Dynamics (2015)
В жизни этот эффект называется «хроматизм увеличения» и возникает во время съемки. Он обусловлен структурой линз объектива. Любое цветное изображение формируется световым спектром лучей. Каждый цвет имеет свою длину волны. Из-за этого он по-разному преломляется, проходя через линзу. То есть лучи синего цвета преломляются линзами сильнее, чем, например, красного, потому что у коротких волн степень преломления выше. На выходе изображение, собранное из лучей различных цветов, может не совпадать между собой и иметь немного отличающиеся размеры. Эффект усиливается к краям линзы из‑за увеличения угла преломления. Поэтому аберрации заметны на краях экрана.
Пример хроматизма увеличения
Если хроматизм увеличения — это искажение в фотосъемке, какая у него связь с компьютерной графикой? Дело в том, что все «реальные» изображения мира на экранах компьютеров — «запечатленная», а не фактическая реальность. Это результат работы камер и линз. И графику видеоигр люди видят на своих мониторах точно так же, как наблюдают фотографии, видеозаписи и кино. Можно сказать, происходит некоторое искажение, ведь запечатленный на камеру мир воспринимается как правдоподобный, хотя съемка имеет собственные, характерные несовершенства. Различные аберрации и деформации складываются в целый «стиль».
Пример до и после удаления аберраций на этапе обработки фотографии
То, как видят глаза человека, сильно разнится с эффектами, присущими фотографии. Зрение чрезвычайно комплексно: оно совмещает картинку из двух окуляров в единое изображение, имеет слепые зоны (например, полностью игнорирует наличие носа), обладает периферийным зрением. Много ли видеоигр добавляли снизу в середине экрана черное пятно, изображая нос? Это кажется чрезмерной, ненужной имитацией, которая к тому же не сработает корректно, потому что игры — простое плоское изображение, такое же, как фото. Именно стилю фотографии и видеосъемки компьютерные игры часто пытаются всячески подражать.
Аберрации экрана — Banishers: Ghosts of New Eden, Don’t Nod (2024)
Почему нельзя обойтись высокополигональными моделями, качественными текстурами и освещением? Неужели без небольших хроматических аберраций визуал станет заметно менее реалистичным? Даже с правдоподобными ассетами реализм может оказаться парадоксально далеко — ведь рендер будет слишком идеальным.
Аберрации — дефект, который фотографы всегда пытаются убирать. Игры, наоборот, заимствуют несовершенства фотосъемки, преобразовывая их в полноценный «стиль».
Аберрации в режиме замедления времени — Outer Worlds, Obsidian Entertainment (2019)
Идеальный снимок без искажений возможен. Но человек ежедневно наблюдает сотни изображений разного качества и так или иначе привыкает к эффектам «бракованности». Многим игрокам не нравится хроматическая аберрация, им кажется, что она делает визуал менее четким. Однако в компьютерном рендере глаз может зацепиться не только за «нереалистичную» картину, но и наоборот — за слишком «стерильную».
Исправить такую ситуацию возможно либо поднимая планку качества визуала еще выше, либо используя постпроцессинг. Второй подход проще и дешевле.
Чтобы скрыть «стерильный рендер», постпроцессы в играх воссоздают дефекты не только из фотографии, но и из кино. Примечательно, что постепенно в кинематографе несовершенства становятся полноценным знаком качества. Режиссеры часто предпочитают анаморфные линзы и винтажные камеры. Такая аппаратура создает интересную игру бликов, характерные линии от источников света на объективе и интенсивное боке — размытость изображения вне фокуса.
Сравнение боке у анаморфных линз (сверху) и сферических (снизу)
Имитируя кинематографические эффекты в компьютерных играх, стоит понимать их природу. Например, «полосы» лучей света на экране — особенность именно анаморфного объектива. Для сферических линз и блики, и боке будут выглядеть иначе. При направлении камеры на яркий источник будут выстраиваться ореолы световых пятен, а не полосы.
Сравнение бликов у анаморфных линз (сверху) и сферических (снизу)
Таким образом, смешать на одной виртуальной сцене световые эффекты от нескольких разных линз или, к примеру, не сочетающиеся блики с боке некорректно. Заметит ли это человеческий глаз — сложно сказать, но если разработчик имитирует какой-то эффект, он должен понимать специфику его происхождения. В частности, стоит иметь в виду: по умолчанию Depth of Field и Lens Flares в движке Unreal Engine имитируется именно эффект сферических линз.
Разные значения эффекта Lens Flares в Unreal Engine 4
И боке, и блики размывают изображение, и это может работать как художественный инструмент. Хорошо иллюстрирует это фильм «Бэтмен» 2022 года, срежиссированный Мэттом Ривзом. Кинокартина тяготеет к использованию несовершенств и искажений. Многие шоты нарочито перебирают с глубиной резкости, чтобы оставлять различимыми лишь важные элементы кадра. Больше половины изображения часто находится в размытии, сцены оказываются «захламлены» объектами переднего плана в расфокусе: зритель может наблюдать за героями сквозь лобовое стекло, решетку. В сценах под дождем создатели накладывали поверх камеры дополнительные прозрачные поверхности, чтобы на них скапливалось больше воды и создавало визуальный шум.
«Бэтмен», реж. Мэтт Ривз (2022)
Вместе это составляет уникальное стилистическое решение. Оно работает с акцентами внимания зрителя и возводит «размытость» до уровня полноценного приема.
«Бэтмен», реж. Мэтт Ривз (2022)
СТИЛИСТИКА РАЗМЫТОСТИ
Нечеткость в объективе — это направление, с которым видеоигры работают мало. У виртуальной камеры изначально не существует таких ограничений, как фокусное расстояние или несовершенная линза. Оттого особо примечательны настройки камер, имитирующие глубину резкости — они внедрены во многие игровые движки, например, Unreal Engine и Unity. Очередная иллюстрация того, как видеоигры тянутся к воссозданию кино вместо реальности.
Настройки фокусного расстояния камеры в Unreal Engine 5
Тем не менее, «стиль размытости» все еще не ограничивается простой глубиной резкости, речь идет о нарочитом визуальном шуме. Он создается и благодаря запачканной камере, и композиции кадра, и блюру, и бликам, часто возникающим, когда источник света даже не находится в пределах обзора. В видеоиграх воплощение такого стиля выходит ограниченным: блики привязаны к источникам света и перестают действовать вне поля зрения, а грязь на экране представляет неподвижная Dirt Mask, то есть статичная картинка грязи.
Пример постпроцесса анаморфных бликов с использованием буфера глубины — Everspace 2, Rockfish Games (2021)
На примере с фильмом «Бэтмен» видно, как композиция кадра работает на усиление размытия через разноплановость. В играх это почти нереализуемо, так как зачастую человек сам управляет камерой: выбирает ракурсы и является «оператором». При этом глаза игрока действуют в отрыве от виртуальной камеры: они наблюдают только за определенной частью экрана. Поэтому предугадать, смотрит ли человек вдаль или, например, на персонажа — то есть следует ли размыть задний план или передний — становится просто недостижимо. Можно сказать, это главная причина, по которой использование «глубины резкости» в играх ограничено кат-сценами или отдельными режимами, вроде прицеливания или осмотра предметов. Лишь в эти моменты части экрана, которые нужно размыть, заранее ясны.
Размытие фона в режиме прицеливания — Hunt: Showdown, Crytek (2018)
Размытие фона в режиме осмотра объекта — Fort Solis, Fallen Leaf & Black Drakkar Games (2023)
Одним из немногих устоявшихся эффектов в играх, относящимся к стилю «размытости», можно назвать Bloom — он воссоздает небольшое рассеянное свечение вокруг ярких частей изображения. Низкие параметры «блума» добавляют плавное размытие, подражая артефактам, возникающим при направлении реальной камеры на слишком яркие объекты. Однако высокие значения этого постпроцесса применяются на все изображение, сглаживая жесткие края геометрии и делая общую картину более «затушеванной», мягкой.
Fable: The Lost Chapters, Lionhead Studios (2005)
К такой сильной постобработке часто прибегали игры середины нулевых, чтобы смягчить впечатление от низкополигональных моделей или недостаточно высокого уровня графики. Также текстуры невысокого разрешения и низкая дальность прорисовки работали в унисон с «блумом», совместно усиливая его эффект.
Fallout 3, Bethesda (2008)
Визуальные решения середины 2000-х годов могут показаться игрокам современности слишком мутными, неудобными из-за «блума». Сейчас, в период популярности ремастеров и ремейков, во многих переизданиях этих игр убрали излишнее свечение, вернули высокую дальность прорисовки и добавили высококачественные текстуры. Теперь игроки стали отмечать потерянную «атмосферу»: чрезмерную четкость и в то же время затемненность пейзажей.
Сравнение оригинала и ремастера Beyond Good & Evil, Ubisoft (2003/2024)
Вопрос игровой «атмосферы» эфемерен, это отдельная большая дискуссия. Но пропавшую мягкость изображения обеспечивал именно обозначенный выше шейдер. Стоит сказать, эффект «блума» часто ассоциируется с магическим, сказочным или ностальгическим антуражем и за пределами игр. В кинематографе сцены часто обрабатывают аналогичным образом, чтобы создать ощущение воспоминаний или сна. Такой устоявшийся контекст дает визуалу нулевых хорошо состариться и добавляет ту самую ностальгическую магию.
Воспоминания о Дяде Бене — Человек-паук 2, реж. Сэм Рейми (2004)
Видение с Дамблдором — Гарри Поттер и Дары смерти — Часть 2, реж. Дэвид Йейтс (2011)
Идентичность «мутного» оформления игр середины двухтысячных годов можно обозначить как отдельный визуальный стиль. Они опирались на постпроцессинг, чтобы скрыть шероховатости графики. Теперь такие фильтры навевают ощущения ностальгии.
Metal Gear Solid 3: Snake Eater, Konami (2004)
Резонно отметить еще одно настроение, создаваемое эффектом Bloom — сказочность. Эффект очень идет проектам в жанре фэнтези. Как уже было сказано, он помоет скрывать дальность прорисовки, поэтому «блум» остается полезным и в играх более поздних лет. Да, со временем появились более «тяжелые» текстуры и модели, но их требовалось оптимизировать: при удалении от объектов подгружается более простая геометрия. «Блум» помогает скрыть этот процесс в таких проектах, как, например, Dark Souls 3.
Dark Souls 3, From Software (2016)
В продолжение темы «размытости» стоит вернуться еще раз к хроматическим аберрациям и рассмотреть пример вышедшей два года назад A Plague Tale: Requiem. По краям экрана можно заметить не просто цветную кайму по контурам объектов, но и дополнительное размытие. Такое искажение линз, когда размывается зона вне фокуса, называется сферохроматизм. Стоит отметить, многие аберрации влекут за собой дополнительную утрату четкости, поэтому хорошо, что игра обращает на это внимание. Так эффект передается правдоподобнее и ближе к первоисточнику — оптике.
A Plague Tale: Requiem, Asobo Studio (2022)
Действительно, размытие — та достоверность, которой все еще не хватает игровым камерам (речь не идет о размытии в движении), и которую способна обеспечить постобработка. Но все больше становится заметна большая опасность стилистики, созданной за счет постпроцессов: она может отпугнуть игрока. Нечеткость помешает читаемости игровых объектов, а глазам станет некомфортно. Эта тема будет рассмотрена подробно в одной из следующих глав исследования.
Перегруженность световых эффектов в Killzone: Shadow Fall, Guerrilla Games (2013)
НОВЫЕ АБЕРРАЦИИ
Рассмотрим напоследок, какие эффекты из кино крайне редко воспроизводятся в играх — куда можно двигаться дальше? В частности, есть вариант продолжать исследовать хроматические аберрации и дополнять их деталями, а не использовать доступные по умолчанию. Например, заслуживает упоминания такое искажение как хроматизм положения. Он возникает без увеличения-смещения, равномерно по контурам объектов: обычно это заметно на краях, когда происходит резкий перепад между темным и светлым.
Пример хроматизма положения в фотографии
А вышеупомянутый сферохроматизм вообще-то распространяется не только на углы экрана, но и на любые объекты в расфокусе. A Plague Tale: Innocence качественно демонстрирует, как этот постпроцесс прикручивается к глубине резкости в кат-сценах.
Объекты заднего плана подвержены сферохроматизму в A Plague Tale: Innocence, Asobo Studio (2019)
Сферохроматизм также хорошо показал себя в недавно нашумевших играх Bodycam и Unrecord. Ведь объективы нательных камер, от «лица» которых происходит игровой процесс, часто подвержены оптическим искажениям.
Bodycam, Reissad Studio (2024)
Существует также уникальный тип шейдеров, который можно перепутать с хроматическими аберрациями. Как было сказано ранее, они могут имитировать различные галлюцинации. Некоторые игры используют эту ассоциацию, чтобы передать с помощью аберраций искажения и надломы самой реальности (магические или научные), происходящие в 3D пространстве.
Quantum Break, Remedy Entertainment (2016)
Banishers: Ghosts of New Eden, Don’t Nod (2024)
Фактически такой «пространственный хроматизм» уже граничит с дисперсией и не относится к искажениям самого объектива.
Alan Wake 2, Remedy Entertainment (2023)
Шейдер впечатляюще приправляет фантастические спецэффекты толикой физики, заставляя их преломляться и распадаться на спектр, поэтому определенно достоин упоминания.
Control, Remedy Entertainment (2019)
Завершая этот раздел, хочется поднять исследовательский вопрос: если постэффекты в графически продвинутых играх можно назвать «стилизацией» под кинематограф, а не воссозданием реальности, как добиться идеальной имитации работы оптики? Все просто: следует произвести в виртуальной реальности линзы объективов и просчитать прохождение света через них по‑честному. Контентмейкер Joshua M Kerr провел такой эксперимент в Unreal Engine. В отличие от классического рендера можно заметить естественное появление виньетки (обычно ее также добавляют в постпроцессе), затушеванные края, плавную глубину резкости и зернистое боке.
Сравнение композиции Unreal Engine в стандартном рендере с трассировкой лучей через виртуальные линзы 35 mm
Однако в играх это едва ли появится скоро, ведь подход требует трассировки лучей в реальном времени. Тратить столько ресурсов видеокарты на эффект постобработки — непродуктивно и расточительно. Поэтому инструменты постпроцессинга еще долго будут актуальны.
Постпроцессы, рассмотренные в разделе:
- Хроматическая аберрация - Глубина резкости - Lens Flares - Dirt Mask - Bloom - Виньетирование
