Оптимизация 3D-пайплайнов — «Как делают игры. 318»

Как моделируют объекты и почему текстурирование всё больше напоминает создание материалов.

Мы поговорили про 3D-пайплайны в производстве игр, которые помогают упростить себе жизнь при разработке игр. Также рассказали про перспективные профессии и новые технологии в сфере 3D.

В гостях:

Ведущие – Сергей Галёнкин и Михаил Кузьмин.

Послушать выпуск можно на сайте КДИ, в Apple Podcasts, Google Podcasts.

Александр Бирюков начал путь в индустрии в 26 лет. Он переехал в Петербург и сразу же начал работать в компании Sperasoft. До этого он учился самостоятельно по туториалам на YouTube. В Sperasoft он проработал пять лет над такими проектами, как Mass Effect: Andromeda, Anthem, после этого перешёл на проект Overkill’s The Walking Dead, где начал пробовать себя на лидерских позициях. После этого он стал лидом на ремастере Saints Row: The Third.

Примерно в это время китайская мобильная компания tap4fun искала специалистов из западной индустрии, чтобы продвигать свои игры на западную аудиторию. Компания открыла большой офис в Таиланде, где занималась прототипированием новых IP и подбором визуальных стилей.

Бирюков проработал там год, но понял, что мобильные игры — это не его. Он хотел уехать обратно, но начался карантин, и пришлось задержаться в Таиланде. На фрилансе он устроился в небольшой российский стартап. Затем он получил оффер от британской компании Sumo Digital — им нужен был Senior Character Artist в офис в городе Ньюкасл. Переезд был сложным, потому что все границы были закрыты. Но итоге у него получилось доехать через Дубай и Украину.

Иван Ветошкин рассказал, что у него схожая история. В 22 года переехал в Петербург, устроился в Sperasoft в 2012 году. Проработал там семь с лишним лет, вырос с джуниора до лида проекта. Потом получил предложение от Digital Forms и перешёл туда как аутсорс-менеджер.

В Sperasoft он несколько раз занимался организацией буткемпов. Буткемп — это обучающая программа, когда людей берут на стажировку и тренируют по реальным пайплайнам. Потом нанимают лучших из лучших и оставляют их работать на этой программе. Сейчас в Digital Forms Ветошкин занимается связями с клиентами, управлением проектов, планированием — младшей продюсерской деятельностью. Digital Forms, как и многие аутсорс-компании в Петербурге, образована выходцем из Sperasoft.

По опыту Ветошкина, клиенты из крупных компаний всегда чрезвычайно удивлены тем, насколько много знают специалисты в русских аутсорсинговых компаниях. Многие сотрудники интересуются вещами, которые напрямую не связаны с их обязанностями, но позволяют лучше понимать процесс создания игры. Они не просто клепают контент, а погружены в разработку.

Бирюков рассказал, что аутсорс-команды постоянно сотрудничают с множеством крупных студий, что позволяет обмениваться опытом и растить своих специалистов. Например, Sperasoft сотрудничала с BioWare, Ubisoft и другими крупными студиями.

По словам Бирюкова, сейчас в больших компаниях укрепляется тенденция снижения количества сотрудников в офисе — всё больше отдают на аутсорс. К примеру, в Sumo очень мало художников по персонажам.

Галёнкин рассказал, что это связано с двумя вещами. Во-первых, выросло качество аутсорса. Во-вторых, фокус всё больше смещается на разработку «живых» проектов, поэтому заранее сложно определить, каким будет объём работы. Когда выпускаете игру, проверяете, зашло или нет. Если аудитории внезапно нравится, то нужно срочно наращивать объёмы контента. Своими силами это сделать крайне сложно.

Бирюков рассказал, что всё начинается с того, как концепт-художник придумывает скетч модели, которую нужно сделать. Обычно это скетч с одной стороны, передающий общую идею. А 3D-художник пытается передать всё это с помощью 3D. Сначала он делает высокополигональную модель, которая может состоять из 10-100 миллионов полигонов, в зависимости от сложности. Затем он использует её для создания низкополигональной версии, которая может содержать от 200 до 50 тысяч полигонов. Именно эта низкополигональная версия пойдёт в игру.

Для модели нужно сделать развёртку — представить её в виде плоскости, по которой рисуются текстуры. Сейчас создание текстур похоже на подготовку материала — нужно определить, какая у него шероховатость, как сильно он блестит, насколько он чистый или грязный, есть ли у него эффекты потёртости. После этого происходит интеграция в движок, где проверяют, насколько хорошо он смотрится под разными источниками освещения, как выглядит ночью и днём, в дождливую и в сухую погоду.

По словам Ветошкина, речь идёт не только об ААА, но и о мобильном сегменте. Прослеживается такая динамика, что киноиндустрия придумывает первой, индустрия видеоигр подхватывает, а мобильная индустрия, как более молодая, пользуется наработками и тех, и других.

Первые трёхмерные игры использовали unlit-освещение — освещение было нарисовано прямо на текстурах моделей. Это используется даже сейчас, например, в WoW.

При добавлении новых технологий предыдущий пайплайн дробится, и в него вклиниваются другие параметры. Со временем графика развивалась — разработчики придумали динамическое освещение, которое создавалась при помощи математической модели. Эволюционировали видеокарты, движки, шейдеры. Разработчики захотели передавать свойства материалов более реалистично и придумали normal map. Со временем эту технологию внедрили повсеместно — сейчас невозможно представить ААА-игры без неё.

Потом стали стремиться к более реалистичному, физически верному рендеру — это PBR-текстурирование, которое использует физические свойства материалов. Если раньше нужно было задавать интенсивность блика и глянца двумя разными параметрами, то сейчас это можно регулировать шероховатостью. Сюда же подключаются и более современные технологии, например, RTX, которая позволяет регулировать ещё и степень отражения — всё тем же параметром.

По словам Бирюкова, постоянное улучшение качества графики привело к тому, что нужно подгонять все текстуры под 4K-мониторы. Хотя и эта сфера продолжает меняться — уже придумали иной метод создания текстур, который основан на применении библиотек материалов. Один человек собирает эту библиотеку, а художник отмечает на 3D-модели только те места, где будет использоваться тот или иной материал.

Например, где зелёный цвет — там будут джинсы, где синий — там пластиковые вставки, красный — металлические заклёпки. Этот относительно новый пайплайн, который очень активно использовался в игре Paragon. Он становится всё более популярным и, вероятно, будет развиваться и дальше, поскольку позволяет процедурно создавать определённые эффекты: например, если персонаж свалится в грязь, то она размажется по его модели в нужном месте.

Галёнкин отметил, что при создании Paragon на проработку каждого персонажа уходило по девять месяцев. Бирюков добавил, что этот подход используется для простого создания скинов — он позволяет без особых проблем поменять материал и цвет костюма. Можно сделать его белым, золотым и даже мраморным. Paragon была первопроходцем, поэтому процесс создания и занимал столько времени.

Ветошкин рассказал, что такой подход открывает практически безграничные перспективы для апскейлинга. 4K, 8K — можно просто увеличивать либо количество, либо качество отдельных семплов, и не нужно перерисовывать целиком всю текстуру персонажа.

По словам Бирюкова, пайплайн с текстурными масками ускоряет работу по созданию моделей. К тому же для организации библиотеки достаточно одного человека, а остальные художники просто будут пользоваться его наработками.

Всё это позволяет сделать ассеты унифицированными по цветам и параметрам. Например, есть крашенный металл с царапинами — в нём используется три параметра. Для него не нужно самостоятельно создавать потертости, микроцарапины, отпечатки пальцев. Достаточно просто залить этот материал, и модель уже выглядит реалистично.

Level-art так устроен уже много лет. Объём работы занимает колоссальное количество времени, а библиотека значительно ускоряет процесс. Зачем текстурировать каждый кирпич, если можно использовать семплы? Это же касается и персонажей. Когда человек на 4K-мониторе приближает изображение, он видит поры на коже, и для него это шок.

Бирюков рассказал, что подобный подход используется и в разработке мобильных игр. Например, если нужно нарисовать большой ландшафт, на нём рисуется маска и размечается, где будет песок, где будет трава, где — болото.

Ветошкин добавил, что часто для масок используется не текстура, а точки с разными параметрами цвета и интенсивности. Если нужно изобразить поверхность песка, то эти точки перекрашиваются в соответствующий цвет материала.

По словам Бирюкова, сейчас персонажам в мобильных играх не нужна такая детализация текстур. Их не будут приближать максимально близко, чтобы разглядеть поры. К тому же в мобильных играх всё ещё не могут использовать PBR-текстуры, которые повсеместно применяются в ААА-играх, потому что слишком много текстур уходит на одного персонажа. Нужно иметь текстуру-цвет, текстуру normal map, ещё множество текстур, которые отвечают за дополнительные параметры — металличность, шероховатость, прозрачность, затенение в щелях и так далее.

Ветошкин отметил, что многие передовые технологии не используются на мобильных устройствах просто из-за недостаточной производительности. Если ПК и игровые консоли эволюционируют в соответствии с требованиями геймеров, то телефон в основном предназначен не для игр. Никто не будет встраивать туда мощный графический процессор.

По словам Бирюкова, 3D-художникам важно иметь некоторые технические знания. Если делать обычный стол, нужно планировать его оптимизацию на раннем этапе. Допустим, у него есть четыре ножки и крышка. Если каждую ножку сделать не уникальной, а повторяющейся — это уже экономия текстур. Также стол можно визуально разрезать на четыре части, затекстурить только одну четверть и отзеркалить. Если вы будете делать царапины, то их нужно добавлять после отзеркаливания.

После подготовительного этапа моделится high-poly. На этом этапе тоже есть множество вещей, которые нужно учитывать. К примеру, у модели стола лучше сгладить острые углы — так она будет выглядеть выразительнее. Затем идёт этап low-poly и развёртка. После этого наступает этап окрашивания. Но это ещё не конец.

Дальше начинается интеграция стола в движок. Там начинаются другие сложности. К примеру, нужно продумать, как этот стол будет взаимодействовать с 3D-персонажем. Для объекта делается дополнительная скрытая 3D-модель коллизий — максимально упрощённая примитивная форма стола. Но для оптимизации нужно подумать, будет ли игрок или предметы помещаться под этот стол. Если нет — весь стол можно сделать отдельным кубом. Если будут, то каждая ножка и крышка — отдельный куб.

Low-poly версия красивого стола с детализацией может содержать от 1 до 2 тысяч полигонов. Чтобы оптимизировать его с точки зрения освещения, можно внутри него спрятать упрощённую модель, которая будет отбрасывать тень.

Также нужно сделать разные уровни детализации. Допустим, в нашем столе 2 тысячи полигонов. Для него можно сделать ещё три типа детализации: на небольшом расстоянии — 1 тысяча полигонов, дальше — 500, потом — 250. Соответственно, чем дальше игрок, тем ниже детализация стола.

По словам Ветошкина, у современных движков нет проблем с тем, чтобы просчитать коллизию для меша с десятками тысяч полигонов. Но представьте, что это происходит в открытом мире. Человек из одного конца карты стреляет из супермощного оружия, и игре нужно просчитать, попадёт ли снаряд в скалу. Это может оказаться ресурсоёмкой задачей. Все эти вещи нужно упрощать.

Бирюков рассказал, что для оптимизации персонажей создаётся одна уникальная голова, подходящая для мужчин и женщин. Для неё создают единую лицевую анимацию, которую связывают со скелетом, а затем из этой головы лепятся все остальные персонажи в игре: женщины, мужчины, орки, дворфы. Таким способом, анимация уже готова: NPC может говорить, моргать, и он будет переиспользовать одну и ту же геометрию. Так можно быстро создать много персонажей для игры.

Это в целом касается скелетов персонажей. Именно поэтому во многих играх у женских персонажей такие же широкие плечи, как у мужчин. Очень удобно, когда один и тот же скелет можно использовать для большей части анимаций. К примеру, для женских персонажей нужно делать отдельную анимацию походки, но стрелять из пистолета она будет так же, как персонаж мужчина. Просто делается ретаргетинг анимаций либо на различные скелеты, либо меняется масштаб скелета. В Cyberpunk 2077 для детских персонажей используются уменьшенные взрослые персонажи, поэтому они выглядят комично.

Есть совершенно разные способы оптимизировать разработку, чтобы сэкономить ресурсы. К примеру, при создании The Last of Us Part II художникам даже не нужно было рисовать ржавчину, грязь, вмятины на машинах — нужно просто бросить автомобиль в окружение, и он автоматически подстроит свой внешний вид. Например, если повышается уровень воды, то он будет обрастать грязью. Подобные динамические изменения настраиваются в самом материале.

Бирюков добавил, что в некоторых играх Sony очень хорошая работа с камерой и ракурсами — разработчики хорошо понимают, где именно будут находиться пользователи, чтобы показать им впечатляющий уровень графики. К примеру, в God of War, когда Кратос идёт по вершине горы по очень красивому снегу — этот перешеек очень узкий, потому что технологии позволяют сделать такой снег только на очень маленьком участке локации. Авторы смогли искусно скрыть технические ограничения и показать игру в выгодном виде.

Бирюков рассказал, что сейчас игры по уровню качества уже мало отличаются от кино. Раньше художник по персонажам делал всё: голову, тело, одежду. Сейчас его работа разбивается на отдельные специализации. К примеру, уже есть художники, который занимаются только игровыми волосами. Эта работа малоинтересна большинству, потому что она кропотливая. Персонаж может состоять из 20 тысяч полигонов, в причёска — из 30 тысяч.

Отдельно выделяется ещё одна профессия — художник, который занимается исключительно пошивом одежды. В современных играх стараются передать фактуру складок на одежде максимально реалистично. Недавно появилась программа Marvelous Designer, которая изначально разрабатывалась для модельеров одежды — там есть выкройки и лекала по всем законам пошива одежды. Но 3D-художники увидели впечатляющую симуляцию ткани в этой программе и начали использовать её в своих целях.

Ветошкин добавил, что такому специалисту мало просто повторить выкройку. Этот человек должен обладать знаниями настоящего портного. Также ему нужно будет оптимизировать эту выкройку под фигуру персонажа и сформировать складки так, чтобы они хорошо смотрелись в динамике. К примеру, в серии FIFA уже много лет используют три разных типа складок: для поворотов направо, налево и для прямого положения.

Часто разработчики детально прорабатывают отдельные аспекты сцены, чтобы добиться реализма. К примеру, в MGS V, в самой первой сцене, где персонаж с голым торсом ползёт по горящему госпиталю, можно заметить, как у него, в зависимости от положения тела, напрягаются разные мышцы. На самом деле мышц нет. Разработчики сделали модель персонажа в разных позах и запекли normal map. А в игре движок в реальном времени выдаёт определённые участки из нужного набора.

Даже облаками иногда занимается отдельный человек. По словам Бирюкова, поскольку сейчас делается всё больше игр с открытым миром, много внимания уделяется небу — оно занимает почти 40% экрана. Соответственно, есть отдельный художник, который рисует облака в различных погодных условиях.

Ранее Бирюков занимался препродакшеном мобильных игр, поэтому он поделился своим опытом. Его команда изначально планировала, какие модели освещения будут использоваться в игре. Это очень важно в мобильной игре, потому что от этого отталкиваются все остальные модели и текстуры. Команда покупала модели на стоках, собирала из этого игру, добавляла персонажей и логику, источники освещения, материалы. После этого шли проверки по всем метрикам — было важно узнать, насколько игра будет нагружать систему.

Только после этого можно было определить количество ассетов и приблизительное число полигонов. Грамотный препродакшен поможет избежать многих более поздних проблем.

Ветошкин рассказал, что художнику нужно быть готовым, что за работу придётся отчитываться. Если вы планируете попасть в большую студию, вам придётся уметь работать с таск-трекерами. На постсоветском пространстве менеджеры относятся к этому не слишком ответственно — большая часть не заинтересована в том, чтобы трекать задачи как следует. Из-за этого не видно частые ошибки и не понятно, где можно оптимизировать пайплайн.

По словам Бирюкова, в студиях чаще всего используются 3ds Max или Autodesk Maya. Большие компании содержат штат технических художников, которые создают плагины и скрипты, заточенные чисто под проект — они позволяют интегрировать модель в движок, минуя кучу стадий. Но всё равно нужно иметь представление, как работать с основными пакетами этих программ.

Houdini позволяет процедурно создавать огромные локации и заполнять их. Всё это позволяет сильно ускорить создание игр. Например, раньше нужно было генерировать сотни камней. Houdini может автоматически создать различные вариации камней и расставить их по уровню, в зависимости от географических свойств ландшафта. Но в Houdini сложно разобраться — нужно перестраивать мышление после работы с другими 3D-пакетами. Ты делаешь не саму модель, а инструкцию, по которой будет создаваться генератор этих моделей.

Изначально это киношная программа с очень дорогой лицензией. Но компания решила продвигаться в игровой индустрии, поэтому сделала отдельную лицензию для инди-разработчиков за 250 долларов и бесплатную лицензию для обучения.

Также для ускорения создания арта можно использовать программу Substance Alchemist. Она применяет ИИ для воссоздания материалов. К примеру, можно пойти на улицу, сфотографировать кирпичную кладку, закинуть в Alchemist, и она попробует достроить остальные параметры: блеск, шероховатость и так далее. Так художник сможет намного быстрее превратить этот материал в текстуру.

По словам Ветошкина, чтобы попасть в игровую индустрию, нужно уметь всё и сразу, и на достаточно хорошем уровне. Можно найти какую-то нишу и там зарабатывать, но если вы целитесь именно в ААА, нужно обязательно пройти через все этапы. В России есть такая возможность: это буткемпы от крупных аутсорс-студий.

Есть похожий курс у XYZ. Там проходят все этапы самого распространённого пайплайна: high-poly, low-poly, запекание и текстуры. Обязательно нужно пройти это, набить какое-то количество шишек, и после этого вас возьмут куда угодно на джуниора.

Но в любом случае вы должны показать себя как профессионала. Очень важно иметь портфолио. Уровень буткемпера значительно ниже, чем уровень джуна. После прохождения буткемпа большая часть людей уже будет иметь достаточную квалифицию, чтобы занимать позицию джуна. Но на буткемп очень тяжело попасть: Sperasoft берёт десять человек на 500 заявок. Чтобы пройти отбор, в вашем портфолио должны стоять четыре галочки: вы сделали high-poly, low-poly, запекли всё это и затекстурили. Также стоит иметь две-три законченные игровые модели.

Бирюков рассказал, что в VR-игре компьютеру нужно просчитывать в два раза больше информации (на каждый глаз), поэтому оптимизировать стоит более жёстким способом — делать локации меньше, убирать часть интерактивных элементов, использующих физику, уменьшать размеры текстур, чтобы они не вызывали тошноту. Также стоит помнить, что Normal Map — это иллюзия детализации на объекте, поэтому под углом это будет слишком заметно.

По словам Бирюкова, окружение создаётся из модулей: стена, стена с дверью, стена с окном. Из этого собирается дом. Для естественных объектов применяется объект Terrain — он большой, у него плотная сетка, но при этом он оптимизирован под это.

Бирюков рассказал, что такой специальности нет, но опытный художник может завести подмастерье, который будет делать за него всю грязную работу. Опытный художник делает high-poly, отдаёт помощнику, и тот уже занимается технической частью, делает запекание и возвращает опытному художнику, который делает текстуры.

По словам Ветошкина, учиться запекать нужно всем, это несложно. Но при этом он не знает ни одного человека, который может с первого раза без ошибок запечь любой ассет. Чем больше вы работаете в этой среде, тем лучше вы знаете, где искать ошибки.

Бирюков пояснил, что тексель — это показатель количества пикселей в текстуре на 1 м² объекта. С помощью текселя можно подогнать детализацию разных объектов игрового мира друг под друга — чтобы не возникало очевидного несоответствия. Для ААА достаточно текселя размером 1024 на 1 м² — он отлично подойдёт даже для шутера от первого лица. Для игры от третьего лица можно снизить размер вдвое. А в мобильных играх это вообще можно игнорировать.

По мнению Ветошкина, если вы хотите выживать за счёт своего хобби, то рано или поздно вы его возненавидите. Возможно, стоит найти себе второе хобби. Если же вы занимаетесь этим ради постоянного роста, то вам нужно найти в себе силы продолжать делать это.

Бирюков рассказал, что такой подход всегда очень полезен — готовая библиотека ассетов позволит вам намного быстрее выполнять свою работу.

По словам Ветошкина, набор программ меняется от человека к человека — нет каких-либо единых требований. Всё это очень индивидуально. Но вот самые распространённые варианты. Для high-poly: 3ds Max, Maya, Blender, ZBrush. Для low-poly: 3ds Max, Maya, Blender. Чтобы запекать, стоит научиться использовать Marmoset, а для текстурирования — Substance Painter. Бирюков посоветовал делать модели для портфолио сразу в Unreal Engine — это покажет, что вы уже умеете работать с движком.

Бирюков рассказал, что для этого нужно что-то привнести в компанию и решить проблему студии, а не просто делать арт. Если вы просто делаете классных персонажей или коробки, то нет особого смысла в том, чтобы помогать вам с переездом — достаточно будет просто нанять вас в качестве фрилансера. Если же у вас узкая техническая специальность (например, вы работаете в Houdini), то есть больше шансов на переезд.

Также не забывайте про портфолио. Помимо своих стандартных работ, постарайтесь сделать одну особенно выделяющуюся. Если у вас будет что-то подобное в портфолио, то студии сами постараются вас захантить. Не забудьте завести свои страницы на ArtStation и LinkedIn.

Спасибо, что дочитали до конца! Напишите, пожалуйста, в комментариях, что вам понравилось в переводе выпуска подкаста в статью, и в какую сторону нам стоит двигать это направление дальше.

#какделаютигры #кди #опыт