Технологии: Эффекты в компьютерных играх

Спецэффекты нужны не только в кино, но и в компьютерных играх. Причем то, что для киношников не составляет никакого труда, может вызвать у разработчиков игр головную боль. Первое, что приходит на ум, — это тени. Если при натурных съемках они получаются сами собой, да и при рендеринге 3D-сцен рейтрейсеры делают неплохие тени, то в играх…

…в играх использовать рейтрейсеры пока невозможно из-за недостаточной производительности компьютеров. Самый простой способ создания тени, падающей от объекта на плоскость, — это разместить под объектом полигон с заранее заготовленной полупрозрачной текстурой, повторяющей форму тени. Или же, если объект и источник света неподвижны, тень можно нарисовать на текстуре пола. Но если объект будет двигаться относительно источника света, то и тень должна меняться.

В таких случаях придется рисовать объект дважды. Один раз таким, каким мы его будем видеть, а второй раз путем несложных проекционных преобразований изменив его так, чтобы по форме он точно соответствовал своей тени. После чего объект окрашивается в полупрозрачный серый цвет и отрисовывается на полу. Этот метод, однако, подходит, только когда тень падает на плоскость, а если под объектом сложная рельефная поверхность?

Для таких случаев существует технология теневых объемов (Shadow Volume). Нам придется дважды нарисовать часть сцены, на которую может попасть тень. Сначала для отбрасывающего тень объекта строится трехмерное тело, соответствующее той части пространства, которую он затеняет. Например, для круга — это будет конус, а для треугольника — пирамида. Понятно, что построить такое тело для объекта сложной формы непросто, хотя можно построить отдельный объем для каждого полигона, а потом их объединить. После чего встроенными средствами видеокарты мы можем отсечь часть сцены, не попадающую в теневой объем. Затем, отсекая то, что не попало в объем, нарисуем ту же сцену, но с приглушенными цветами. Этот метод позволяет рисовать тени, которые одни сложные объекты отбрасывают на другие не менее сложные, а также на самих себя. В последнем случае придется рисовать объект столько раз, сколько в нем содержится полигонов. Shadow Volume подходит не только для создания теней, но и для имитации ярких пучков света. В этом случае объем будет соответствовать пучку света, а части сцены, попадающие внутрь пучков, будем рисовать ярче, чем остальные. Если же тела, соответствующие теневым объемам, сделать полупрозрачными, то лучи будут отчетливо видны в пространстве. Останется только решить проблему просвечивания пучков через объекты сцены.

Метод Shadow Mapping позволяет делать тени, отбрасываемые предметами на себя. Для этого в точке освещения создается виртуальная камера, и все точки, которые ей «видны», заносятся в специальный буфер. Они рисуются освещенными, а все остальные затененными. Перечисленные методы делают так называемые жесткие тени, имеющие четкую границу с освещенными частями сцены. В реальности же края теней чаще всего размыты, из-за того что источники света не точечные и свет отражается от различных предметов. Чтобы имитировать такие тени, можно одним из предложенных методов несколько раз нарисовать их, постепенно уменьшая размеры и увеличивая затемненность, и таким образом получить плавный переход.

Современные видеокарты поддерживают пиксельные шейдеры, с помощью которых можно получить очень неплохие тени. Для каждого пиксела задается программа, позволяющая определить его освещенность и сделать цвет ярче или темнее. Так можно сгенерировать жесткие или мягкие тени. Единственный недостаток этого метода — код шейдера для каждой сцены придется писать практически заново.

Плоское зеркало сделать достаточно просто, нарисовав с обратной стороны то, что должно в нем отражаться. Стеклянные полы делаются таким же способом: под полом рисуется перевернутая комната со всей обстановкой, а пол делается полупрозрачным. Таким образом, нижняя комната будет восприниматься как отражение верхней, и в зависимости от степени прозрачности пола он может казаться как зеркальным, так и едва отражающим.

Но если понадобится сделать отражающим предмет сложной формы? Можно, конечно, для каждого полигона нарисовать перевернутую сцену. Но человек устроен так, что ему трудно оценить, насколько реально выглядит отражающая поверхность сложной формы, главное, чтобы блестело и контуры угадывались.

Поэтому такие отражения делают «нечестно», натягивая на объект специальную текстуру. Существенно упростить эту задачу может автоматическая генерация текстур. Обычно используют сферическую или кубическую генерацию: вокруг объекта создаются обтянутые текстурой виртуальные куб или шар, которые и проецируются на объект. Соответственно для шара достаточно одной текстуры, а для куба потребуются все шесть.

Чтобы создать эффект отражения, необходимо в качестве текстур для объекта с автоматической генерацией текстурных координат подать фотографию сцены, сделанную из центра объекта. Для сферического способа придется использовать сверхширокоугольный объектив с захватом в 360 градусов, иначе предмет будет отражать только часть сцены. А для кубического подойдет и с 90-градусным. Если сцена, которую необходимо отражать, статична, то текстуры можно заготовить заранее, если же она изменяется, то ее придется фотографировать прямо в процессе работы программы. Точно так же можно создать и эффект преломления, достаточно просто-напросто перевернуть текстуры.

Во многих играх чуть ли не каждую секунду что-то взрывается и горит. Для создания взрывов существует несколько подходов. Самый простой из них — это технология, основанная на 2D-спрайтах. Взрыв представляет собой последовательность быстро меняющихся текстур (точно так же можно сделать и огонь, только последовательность должна быть зацикленной). Поскольку это объект двумерный, нужно, чтобы взрыв был всегда обращен «лицом» к игроку. К сожалению, такие взрывы трудно разнообразить. Игра, в которой все взрывы одинаковые, будет выглядеть странно, а каждый новый тип взрыва потребует свою уникальную последовательность спрайтов (кстати, огонь можно разнообразить, просто сдвинув последовательность текстур по фазе). Такие взрывы нельзя располагать очень близко к игроку, иначе их плоская природа будет заметна.

Более сложные и впечатляющие эффекты создаются при помощи систем частиц. Тут киноиндустрия и разработчики игр идут нога в ногу. Ведь в кино на обработку каждого кадра компьютер может потратить достаточно большое время, а в игре это неприемлемо. А вот создание взрывов при помощи геометрии применяется только при разработке игр. Взрывы создаются как специфическая комбинация текстурированных особым образом сфер и других фигур. Такие взрывы гораздо менее требовательны к вычислительным ресурсам, чем сделанные на основе систем частиц, и зачастую дают неплохие результаты, ни в чем не уступающие им.

Практически все дымы в играх — это системы частиц, а вот для создания огня есть свой специфический способ, основанный на 3D-текстурах. Объемная текстура — это аналог обычной плоской текстуры, только теперь каждая вершина имеет не две, а три координаты, что позволяет накладывать на полигон такие цвета, какие соответствовали бы треугольнику в 3D-текстуре с углами в нужных точках. Огонь представляет собой изменяющееся тело, текстурированное таким образом, и за счет структуры 3D-текстуры достигается мерцание огня. Потенциально этот способ может давать очень хорошие результаты, но он довольно сложен в реализации.

Различного рода туманы часто используются в играх. Раньше главным предназначением тумана было скрыть границы сцены. Например, на открытой местности можно было не рисовать все объекты до горизонта, а просто затуманить их. Такой способ достаточно примитивно реализуется, просто, в зависимости от удаления точек от камеры, к их цвету подмешивался цвет тумана. Позже туман стали использовать для придания определенной атмосферы, тут он уже должен был быть не на всей сцене, а только на определенных ее участках. Для этого очень хорошо подходил вершинный туман; при его использовании для каждой вершины указывался не только цвет, но и «туманная» координата, в зависимости от которой и подмешивался цвет тумана. Интересный эффект стелящейся над землей пелены достигается набором полупрозрачных горизонтальных плоскостей, по которым в различных направлениях могут двигаться едва различимые текстуры.

Уже сейчас качество эффектов в играх оставило далеко позади некоторые фильмы прошлого, и можно с уверенностью сказать, что то, чем нас сейчас удивляет кинематограф, в недалеком будущем можно будет увидеть и на экране монитора в реальном времени.

ФМ-ВЕЩАНИЕ: Занимательная футурология

По традиции все «взрослые» колумнисты в начале года делают прогнозы на новый год, а в конце года обязательно подводят итоги (которые, как обычно, показывают, что «оракул» редко ошибается). Такие прогнозы, вспоминая старый анекдот из области теории вероятностей, делать нетрудно: «Какова вероятность того, что, выйдя из подъезда, вы встретите китайца»? (В связи с объявленным годом Китая в России и России в Китае.) Очевидно — 50%. Исходя из этого, попробую и я дать свой первый прогноз на будущее. Естественно, меня больше всего интересует интернет-рынок и состояние софтверной индустрии в России.

Маловероятно, что китайский поисковик Baidu выйдет на российский рынок и начнет конкурировать с Google. Даже самый смелый футуролог будет побит за такие утверждения. Но то, что Mail.ru объединится с «Яндексом» и .masterhost, выйдет на IPO и легким движением руки обгонит по капитализации Google двухлетней давности, даже угадывать не надо. РБК после этого займет достойное второе место и будет, учитывая предстоящий 2008 год, готовиться к очередной эмиссии, которую почти целиком выкупит один из ведущих издательских домов. «Рамблер», видя, что третье место уплывает, срочно проведет вторую эмиссию и на вырученные деньги купит eHouse, объединив две компании, путь и стратегию которых пока никто не понимает. Может быть, новая компания с гипотетическим названием РeHouseР, будет понятнее рунетовским аналитикам. Инвестиционный фонд Финама начнет вкладывать деньги в стартапы (ни до, ни после никому не известные) и к концу года неожиданно выпустит многонациональный сервис для всего постсоветского пространства. Сервис никому не будет нужен, но себя окупит. Одновременно на горизонте возникнет западный инвестиционный фонд FigNam. Он будет рассматривать десятки заявок в неделю на стартапы, связанные с тематикой социальных сетей, и, не удовлетворив ни одной, зарегистрирует сотни патентов в США на компанию NamFig. Лидирующий интернет-магазин достроит автоматизированный склад в Твери, и его арендует Amazon.com, организовав представительство в России под названием «Ам-Озон».

Что же в этой трудной для понимания западного человека ситуации будут делать Yahoo!, Microsoft и Google? Google наконец-то официально объявит о создании российского представительства в Бологом численностью 3000/1000 человек и начнет рекламную кампанию с рассылкой 170 тысяч писем, на которых будет написано: «Вебмастер. Твой чек с заработком 170К рублей на AdSense ты сможешь обналичить в ближайшем отделении Сбербанка!». Microsoft наконец-то назначит в российском представительстве персону, ответственную за интернет-канал, и русифицирует интерфейс Hotmail. В MSN Messenger появится реклама на русском языке, в которой будет рекламироваться Ситибанк. Yahoo!, который уже научился таргетировать на Россию, будет показывать рекламу «Последнего дозора» в личных дневниках ЖЖ-пользователей. На этом продвижение западных порталов в Россию в нынешнем году, видимо, и закончится.

Для софтверной индустрии настанут трудные времена. Во исполнение поручения президента и очередного пинка от премьер-министра министерства, распределяющие деньги, сдадутся на милость лоббистов от офшорного программирования и пропустят изменения в законодательстве. Вслед за тем из отдаленных регионов стройными рядами потянутся в технопарки дивизии программистов-недоучек. После полугодичного дополнительного обучения английскому языку на их основе будут создаваться call-центры, вполне способные конкурировать даже с индийскими (по зарплате, конечно). Через некоторое время выяснится, что индийцы готовы получать еще меньше, и Дубна с Троицком станут городами с преобладанием смуглого цвета кожи. Но это я уже полез в долгосрочное прогнозирование. Вернемся к текущему году.

На антивирусном рынке заметных изменений не произойдет, так как в бета-тестирование четвертой версии русифицированной Microsoft OneCare забудут включить компьютеры с русской Windows. Несколько крупных зарубежных вендоров откроют у нас представительства, но это никому не будет интересно, потому что маркетинговых бюджетов центральные офисы им не выделят. Антипиратские ассоциации продолжат бороться с контрафактом, что приведет к увеличению легальной доли программного обеспечения с 13% до 20% (что само по себе хорошо), но главное, это позволит мне написать «Пираты поневоле-7», получить еще сотни писем от разъяренных сисадминов и снять на этой основе мультфильм для flash-телевидения. Демпинг и откаты как явление не исчезнут. Такое только в дурном сне может привидеться. Но уровень и того и другого настолько возрастет, что компании, использующие эти методы, смогут обеспечить операционную прибыль на рекордном уровне — минус 10%. Да, как же я забыл про родной «Софткей». Чтобы завуалировать реальность своих предыдущих прогнозов, напророчу-ка я ему увеличение оборотов в пять раз. В это даже я сейчас не верю.

Terralab.ru: Железный поток

кэш 16 Мбайт

среднее время поиска 4,6 мс

емкость 150 Гбайт

цена $180

Корпорация Western Digital объявила о выпуске новой модели накопителя класса WD Raptor со скоростью вращения дисков 10 тысяч об./мин. и интерфейсом ATA (SATA). По сравнению с предыдущей моделью WD Raptor этот накопитель имеет вдвое большую емкость и оснащен специальными функциями, повышающими эффективность его работы в серверах и сетевых хранилищах данных: благодаря применению технологии RAFF (Rotary Acceleration Feed Forward) новые винчестеры сохраняют высокую производительность в системах, где вибрация от вращения множества дисков негативно влияет на их надежность. К роме того, новинка демонстрирует одну из лучших в своем классе скорость операций произвольного ввода/вывода с технологией Native Command Queuing (NCQ), которая способствует повышению скорости их работы за счет упорядочивания большого количества одновременно поступающих команд чтения и записи, что характерно для сложных многопользовательских систем.

объем памяти 256/512 Мбайт /1 Гбайт

время работы от батарейки ААА 12 часов

поддерживаемые форматы: MP3, WMA, ASF и OGG

интерфейс USB 2.0

операционные системы: Windows 98/SE/ME/2000/XP, Mac OS 9.2 и выше

габариты 27х68х22,6 мм

вес 23 г (без батареи)

FYO600 выполняет функции MP3-плейера и FM-приемника, умеет записывать радиопередачи и аудиопоток с микрофона, а также может быть использован для хранения данных. Плейер снабжен меню на корейском, английском, японском, китайском (два варианта), русском и испанском языках. Воспроизведение регулируется при помощи пятиполосного графического эквалайзера с шестью предустановленными режимами и возможностью настройки пользователем. Яркая зеленая подсветка позволяет легко читать символы на четырехстрочном жидкокристаллическом дисплее. Для управления и навигации имеется пятипозиционный джойстик.

чипсет Philips SAA7135HL

FM-тюнер c поддержкой RDS

прием телевизионных программ со стереозвуком в формате A2/NICAM

прием радиостанций УКВ/FM-диапазона

запись аудио и видео во всех общедоступных форматах

захват отдельных кадров и серии кадров в формате BMP и JPEG

планировщик заданий

Благодаря раздельному питанию элементов схемы и изменению разводки печатной платы повысилась помехозащищенность, а значит, и качество изображения и звука. Полный набор входов/выходов дает возможность подключить к тюнеру широкий спектр внешних и внутренних аудио/видеоустройств, а дополнительный вход для датчика пульта ДУ позволяет использовать ПК как медиацентр. Тюнер снабжен функцией декодирования RDS (Radio Data System) — текстовой информации, передаваемой на частотах FM-радиостанций. Системные требования: Pentium III 450 МГц или выше; PCI 2.1-совместимый слот; звуковая плата; VGA-плата с поддержкой DX8.1; Windows 98SE/2000/ME/XP.

разрешение 1600 dpi

распознавание перемещения со скоростью до 40 дюймов в секунду и ускорением до 15 g

интерфейс USB

7 независимо программируемых кнопок с возможностью назначения макросов.

габариты 128 х 63,5 х 39,1 мм

Мышь ProSolution V1.6 (обратите внимание на ее разрешение), выпущенная фирмой Razer, предназначена для дизайнеров, работающих в таких областях, как CAD/CAM (Computer Aided Design and Manufacture), PLM (Product Lifecycle Management) и GIS (Geographic Information Systems). Инфракрасный оптический сенсор повышает скорость и точность работы, благодаря чему удается минимизировать число ошибок позиционирования в любой CAD— или CAM-программе и повысить производительность труда. Мышь комплектуется специальными драйверами Razer с настройкой чувствительности на лету.

дисплей TFT 262000 цветов (128x160)

батарея Li-ion 800 мАч

цифровая камера 1,3 Мп

встроенная память 128 Мбайт

видеозапись в формат MJPEG

габариты 89х40х19

цена $450

Новинка, выполненная в формате слайдера, больше напоминает MP3-плейер, чем телефон. Двухдиапазонный (900/1800 МГц) M6100 обладает функциями беспроводного доступа в Интернет через WAP-браузер версии 2.0 и GPRS класса 10, 64-голосной полифонией и MP3-плейером. Производитель оснастил телефон Java MIDP 2.0, что позволит использовать более сложные JAVA-приложения (поддержка тонов, последовательности тонов и WAV-файлов в MIDP-приложениях, игры нового поколения и т. д.). От одной зарядки аппарат работает до 250 часов в режиме ожидания и до четырех часов в режиме разговора. Пользовательский интерфейс стал удобнее; он полностью анимирован, имеет множество настроек и спецэффектов. С компьютером телефон синхронизируется через USB-кабель или интерфейс Bluetooth.

диапазон нагрузки от 10 до 100 кВА

мощность 80 кВт

входное напряжение 400 В

пиковый коэффициент нагрузки 3:1

габариты 1800х1550х800 мм

вес 1500 кг

цена $2500

Новая серия решений APC обеспечивает надежную защиту промышленных установок, участков автоматизированного контроля и ответственных производственных процессов. В конструкции AIS 5000 используется топология двойного преобразования on-line и архитектура модульных компонентов с инвертором, зарядным устройством. ИБП выдерживают высокие пиковые токи и скачки нагрузки без перехода в режим байпаса.