Εν αναμονή του PS5 και του Project Scarlett, που θα υποστηρίζουν ray tracing, άρχισα να σκέφτομαι τον φωτισμό στα παιχνίδια. Βρήκα υλικό όπου ο συγγραφέας εξηγεί τι είναι το φως, πώς επηρεάζει το σχεδιασμό, αλλάζει το παιχνίδι, την αισθητική και την εμπειρία. Όλα με παραδείγματα και στιγμιότυπα οθόνης. Κατά τη διάρκεια του παιχνιδιού δεν το παρατηρείτε αμέσως.
Εισαγωγή
Ο φωτισμός δεν είναι μόνο για να μπορεί ο παίκτης να δει τη σκηνή (αν και αυτό είναι πολύ σημαντικό). Το φως επηρεάζει τα συναισθήματα. Πολλές τεχνικές φωτισμού στο θέατρο, τον κινηματογράφο και την αρχιτεκτονική χρησιμοποιούνται για να ενισχύσουν το συναίσθημα. Γιατί οι σχεδιαστές παιχνιδιών δεν πρέπει να δανείζονται αυτές τις αρχές; Η σύνδεση μεταξύ εικόνας και συναισθηματικής απόκρισης παρέχει ένα άλλο ισχυρό εργαλείο που σας βοηθά να εργαστείτε με τον χαρακτήρα, την αφήγηση, τον ήχο, τη μηχανική του παιχνιδιού κ.λπ. Ταυτόχρονα, η αλληλεπίδραση του φωτός με την επιφάνεια σάς επιτρέπει να επηρεάσετε τη φωτεινότητα, το χρώμα, την αντίθεση, τις σκιές και άλλα εφέ. Όλα αυτά καταλήγουν σε μια βάση που κάθε σχεδιαστής πρέπει να κυριαρχήσει.
Ο σκοπός αυτού του υλικού είναι να προσδιορίσει πώς ο σχεδιασμός φωτισμού επηρεάζει την αισθητική του παιχνιδιού και την εμπειρία χρήστη. Ας δούμε τη φύση του φωτός και πώς χρησιμοποιείται σε άλλους τομείς της τέχνης για να αναλύσουμε τον ρόλο του στα βιντεοπαιχνίδια.
«Λίμνη των Κύκνων», Alexander Ekman
I - Φύση του φωτός
«Χώρος, φως και τάξη. Αυτά είναι τα πράγματα που χρειάζονται οι άνθρωποι όσο χρειάζονται ένα κομμάτι ψωμί ή ένα μέρος για να μείνουν για τη νύχτα», Le Corbusier.
Το φυσικό φως μας καθοδηγεί και μας συνοδεύει από τη στιγμή της γέννησης. Είναι απαραίτητο, καθιερώνει τον φυσικό μας ρυθμό. Το φως ελέγχει τις διαδικασίες του σώματός μας και επηρεάζει το βιολογικό ρολόι. Ας καταλάβουμε τι είναι η φωτεινή ροή, η ένταση του φωτός, το χρώμα και τα εστιακά σημεία. Και τότε θα καταλάβουμε από τι αποτελείται το φως και πώς συμπεριφέρεται.
1 - Αυτό που βλέπει το ανθρώπινο μάτι
Το φως είναι το μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που γίνεται αντιληπτό από το μάτι. Σε αυτή την περιοχή, τα μήκη κύματος κυμαίνονται από 380 έως 780 nm. Την ημέρα βλέπουμε χρώματα χρησιμοποιώντας κώνους, αλλά τη νύχτα το μάτι χρησιμοποιεί ράβδους και βλέπουμε μόνο αποχρώσεις του γκρι.
Οι βασικές ιδιότητες του ορατού φωτός είναι η κατεύθυνση, η ένταση, η συχνότητα και η πόλωση. Η ταχύτητά του στο κενό είναι 300 m/s, και αυτή είναι μια από τις θεμελιώδεις φυσικές σταθερές.
Ορατό ηλεκτρομαγνητικό φάσμα
2 - Κατεύθυνση διάδοσης
Δεν υπάρχει ύλη στο κενό και το φως ταξιδεύει ευθεία. Ωστόσο, συμπεριφέρεται διαφορετικά όταν συναντά νερό, αέρα και άλλες ουσίες. Κατά την επαφή με μια ουσία, μέρος του φωτός απορροφάται και μετατρέπεται σε θερμική ενέργεια. Κατά τη σύγκρουση με ένα διαφανές υλικό, ένα μέρος του φωτός απορροφάται επίσης, αλλά το υπόλοιπο περνά από μέσα. Τα λεία αντικείμενα όπως ο καθρέφτης αντανακλούν το φως. Εάν η επιφάνεια ενός αντικειμένου είναι ανώμαλη, το φως διασκορπίζεται.
Διεύθυνση διάδοσης του φωτός
3 - Βασικά χαρακτηριστικά
Φωτεινή ροή. Η ποσότητα φωτός που εκπέμπεται από μια πηγή φωτός.
Μονάδα μέτρησης: lm (αυλός).
Η δύναμη του φωτός. Η ποσότητα του φωτός που μεταφέρεται σε μια συγκεκριμένη κατεύθυνση.
Μονάδα μέτρησης: cd (candela).
Φωτισμός. Η ποσότητα του φωτός που πέφτει σε μια επιφάνεια.
Illuminance = φωτεινή ροή (lm) / εμβαδόν (m2).
Μονάδα μέτρησης: lx (lux).
Λάμψη. Αυτό είναι το μόνο βασικό χαρακτηριστικό του φωτός που αντιλαμβάνεται το ανθρώπινο μάτι. Από τη μία πλευρά, λαμβάνει υπόψη τη φωτεινότητα της πηγής φωτός, από την άλλη, την επιφάνεια, πράγμα που σημαίνει ότι εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον βαθμό ανάκλασης (χρώμα και επιφάνεια).
Μονάδα μέτρησης: cd/m2.
4 - Θερμοκρασία χρώματος
Η θερμοκρασία χρώματος μετριέται σε Kelvin και αντιπροσωπεύει το χρώμα μιας συγκεκριμένης πηγής φωτός. Ο Βρετανός φυσικός Γουίλιαμ Κέλβιν ζέστανε ένα κομμάτι άνθρακα. Έγινε καυτός, λαμπυρίζοντας σε διαφορετικά χρώματα που αντιστοιχούσαν σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Στην αρχή το κάρβουνο έλαμπε σκούρο κόκκινο, αλλά καθώς θερμαινόταν το χρώμα άλλαξε σε έντονο κίτρινο. Στη μέγιστη θερμοκρασία, το εκπεμπόμενο φως έγινε μπλε-λευκό.
Φυσικό φως, 24 ώρες, Simon Lakey
II - Τεχνικές Σχεδιασμού Φωτισμού
Σε αυτήν την ενότητα, θα εξετάσουμε ποια μοτίβα φωτισμού μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να επηρεάσουν την εκφραστικότητα του περιεχομένου/εικαστικών. Για να γίνει αυτό, θα εντοπίσουμε τις ομοιότητες και τις διαφορές στις τεχνικές φωτισμού που χρησιμοποιούνται από καλλιτέχνες και σχεδιαστές φωτισμού.
1 – Chiaroscuro και tenebrism
Το Chiaroscuro είναι μια από τις έννοιες της θεωρίας της τέχνης που αναφέρεται στην κατανομή του φωτισμού. Χρησιμοποιείται για την εμφάνιση μεταπτώσεων τόνου για τη μετάδοση της έντασης και της διάθεσης. Ο Georges de La Tour είναι διάσημος για τα έργα του με νυχτερινό κιαροσκούρο και σκηνές που φωτίζονται από τη φλόγα του κεριού. Κανένας από τους προκατόχους του καλλιτέχνες δεν έκανε τέτοιες μεταβάσεις τόσο αριστοτεχνικά. Το φως και η σκιά παίζουν ζωτικό ρόλο στη δουλειά του και αποτελούν μέρος της σύνθεσης σε μια μεγάλη ποικιλία και συχνά εναλλακτικές παραλλαγές. Η μελέτη των πινάκων του de La Tour βοηθά στην κατανόηση της χρήσης του φωτός και των ιδιοτήτων του.
Georges de La Tour «Penitent Mary Magdalene», 1638-1643.
α - Υψηλή αντίθεση
Σε αυτόν τον πίνακα, το ανοιχτόχρωμο πρόσωπο και τα ρούχα ξεχωρίζουν στο σκούρο φόντο. Χάρη στην υψηλή αντίθεση των τόνων, η προσοχή του θεατή εστιάζεται σε αυτό το μέρος της εικόνας. Στην πραγματικότητα δεν θα υπήρχε τέτοια αντίθεση. Η απόσταση μεταξύ του προσώπου και του κεριού είναι μεγαλύτερη από ότι μεταξύ του κεριού και των χεριών. Ωστόσο, σε σύγκριση με το πρόσωπο, βλέπουμε ότι ο τόνος και η αντίθεση στα χέρια είναι σίγαση. Ο Georges de La Tour χρησιμοποιεί διαφορετικές αντιθέσεις για να τραβήξει την προσοχή του παρατηρητή.
β - Περίγραμμα και ρυθμός φωτός
Λόγω της μεγάλης διαφοράς στους τόνους, εμφανίζονται περιγράμματα σε ορισμένες περιοχές κατά μήκος των άκρων του σχήματος. Ακόμη και στα πιο σκοτεινά σημεία του πίνακα, στον καλλιτέχνη άρεσε να χρησιμοποιεί διαφορετικούς τόνους για να τονίζει τα όρια του θέματος. Το φως δεν συγκεντρώνεται σε μια περιοχή, γλιστράει προς τα κάτω: από το πρόσωπο μέχρι τα πόδια.
γ - Πηγή φωτός
Στα περισσότερα έργα του Georges de La Tour, χρησιμοποιεί κεριά ή λάμπες ως πηγή φωτός. Η εικόνα δείχνει ένα αναμμένο κερί, αλλά γνωρίζουμε ήδη ότι το chiaroscuro εδώ δεν εξαρτάται από αυτό. Ο Georges de La Tour τοποθέτησε το πρόσωπο σε σκούρο φόντο και τοποθέτησε ένα κερί για να δημιουργήσει μια απότομη μετάβαση μεταξύ των τόνων. Για υψηλή αντίθεση, οι ανοιχτοί τόνοι αντιπαρατίθενται με τους σκούρους τόνους για να επιτευχθεί το βέλτιστο αποτέλεσμα.
δ — Chiaroscuro ως σύνθεση γεωμετρικών σχημάτων
Αν απλοποιήσουμε το φως και τη σκιά σε αυτό το έργο, βλέπουμε βασικά γεωμετρικά σχήματα. Η ενότητα των ανοιχτόχρωμων και σκούρων τόνων σχηματίζει μια απλή σύνθεση. Δημιουργεί έμμεσα μια αίσθηση χώρου στην οποία η θέση των αντικειμένων και των μορφών δείχνει το προσκήνιο και το φόντο, δημιουργώντας ένταση και ενέργεια.
2 – Βασικές τεχνικές κινηματογραφικού φωτισμού
2.1 - Φωτισμός από τρία σημεία
Ένας από τους πιο δημοφιλείς και επιτυχημένους τρόπους για να φωτίσετε οποιοδήποτε αντικείμενο είναι ο φωτισμός τριών σημείων, ένα κλασικό σχέδιο του Χόλιγουντ. Αυτή η τεχνική σας επιτρέπει να μεταφέρετε τον όγκο ενός αντικειμένου.
Φως κλειδιού (Key Lighting, δηλαδή η κύρια πηγή φωτός)
Αυτό είναι συνήθως το πιο ισχυρό φως σε κάθε σκηνή. Μπορεί να προέρχεται από οπουδήποτε, η πηγή του μπορεί να είναι στο πλάι ή πίσω από το θέμα (Jeremy Byrne «Digital Lighting and Rendering»).
Fill Lighting (δηλαδή ελαφρύ για τον έλεγχο των αντιθέσεων)
Όπως υποδηλώνει το όνομα, χρησιμοποιείται για να «γεμίσει» και να αφαιρέσει τις σκοτεινές περιοχές που δημιουργούνται από το βασικό φως. Το φως πλήρωσης είναι αισθητά λιγότερο έντονο και είναι τοποθετημένο υπό γωνία ως προς την κύρια πηγή φωτός.
Φωτισμός φόντου (οπίσθιος φωτισμός, δηλαδή διαχωριστικό φόντου)
Χρησιμοποιείται για να μεταφέρει τον όγκο της σκηνής. Διαχωρίζει το θέμα από το φόντο. Όπως το φως πλήρωσης, το φως του φόντου είναι λιγότερο έντονο και καλύπτει μεγαλύτερη περιοχή του θέματος.
2.2 - Κάτω
Λόγω της κίνησης του Ήλιου, έχουμε συνηθίσει να βλέπουμε τους ανθρώπους να φωτίζονται από οποιαδήποτε γωνία, αλλά όχι από κάτω. Αυτή η μέθοδος φαίνεται πολύ ασυνήθιστη.
Frankenstein, James Whale, 1931
2.3 - Πίσω
Το αντικείμενο είναι τοποθετημένο μεταξύ της πηγής φωτός και του θεατή. Εξαιτίας αυτού, εμφανίζεται μια λάμψη γύρω από το αντικείμενο και τα υπόλοιπα μέρη του παραμένουν στη σκιά.
«E.T. the Extra-Terrestrial», Στίβεν Σπίλμπεργκ, 1982
2.4 - Πλαϊνή
Αυτός ο τύπος φωτισμού χρησιμοποιείται για να φωτίσει τη σκηνή από το πλάι. Δημιουργεί καθαρή αντίθεση που αποκαλύπτει τις υφές και τονίζει τα περιγράμματα του θέματος. Αυτή η μέθοδος είναι κοντά στην τεχνική chiaroscuro.
Blade Runner, Ridley Scott, 1982
2.5 - Πρακτικός φωτισμός
Αυτός είναι ο πραγματικός φωτισμός στη σκηνή, δηλαδή λάμπες, κεριά, οθόνη τηλεόρασης και άλλα. Αυτό το πρόσθετο φως μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αυξήσει την ένταση του φωτισμού.
"Barry Lyndon", Stanley Kubrick, 1975
2.6 - Ανακλώμενο φως
Το φως από μια ισχυρή πηγή διασκορπίζεται από έναν ανακλαστήρα ή κάποια επιφάνεια, όπως ένας τοίχος ή η οροφή. Με αυτόν τον τρόπο, το φως καλύπτει μια μεγαλύτερη περιοχή και κατανέμεται πιο ομοιόμορφα.
The Dark Knight Rises, Κρίστοφερ Νόλαν, 2012
2.7 - Σκληρό και μαλακό φως
Η κύρια διαφορά μεταξύ σκληρού και απαλού φωτός είναι το μέγεθος της πηγής φωτός σε σχέση με το θέμα. Ο Ήλιος είναι η μεγαλύτερη πηγή φωτός στο Ηλιακό Σύστημα. Ωστόσο, είναι 90 εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά μας, που σημαίνει ότι είναι μια μικρή πηγή φωτός. Δημιουργεί σκληρές σκιές και, κατά συνέπεια, σκληρό φως. Εάν εμφανιστούν σύννεφα, ολόκληρος ο ουρανός γίνεται μια τεράστια πηγή φωτός και οι σκιές είναι πιο δύσκολο να διακριθούν. Αυτό σημαίνει ότι εμφανίζεται ένα απαλό φως.
3D παραδείγματα με LEGO, João Prada, 2017
2.8 - Υψηλή και χαμηλή ένταση
Ο φωτισμός υψηλής έντασης χρησιμοποιείται για τη δημιουργία πολύ φωτεινών σκηνών. Συχνά είναι κοντά στην υπερέκθεση. Όλες οι πηγές φωτός είναι περίπου ίσες σε ισχύ.
Σε αντίθεση με τον φωτισμό υψηλής έντασης, με χαμηλούς τόνους η σκηνή είναι πολύ σκοτεινή και μπορεί να υπάρχει μια ισχυρή πηγή φωτός σε αυτήν. Ο κύριος ρόλος δίνεται στις σκιές, όχι στο φως, για να μεταδώσει μια αίσθηση σασπένς ή δράματος.
«THX 1138», Τζορτζ Λούκας, 1971
2.9 - Φωτισμός με κίνητρο
Αυτός ο φωτισμός μιμείται το φυσικό φως - ηλιακό, σεληνόφως, φώτα δρόμου κ.λπ. Χρησιμοποιείται για την ενίσχυση του πρακτικού φωτισμού. Ειδικές τεχνικές βοηθούν να γίνει φυσικός ο παρακινούμενος φωτισμός, για παράδειγμα, φίλτρα (gobos) για τη δημιουργία του εφέ των παραθύρων με κουρτίνα.
Drive, Nicolas Winding Refn, 2011
2.10 — Εξωτερικό φως
Αυτό μπορεί να είναι το φως του ήλιου, το φως του φεγγαριού ή τα φώτα του δρόμου που είναι ορατά στη σκηνή.
«Πολύ περίεργα πράγματα. Season 3", Duffer Brothers, 2019
III - Βασικά στοιχεία απόδοσης
Οι σχεδιαστές επιπέδου κατανοούν τη σημασία του φωτισμού και τον χρησιμοποιούν για να επιτύχουν μια συγκεκριμένη αντίληψη της σκηνής. Για να φωτίσουν ένα επίπεδο και να επιτύχουν τους επιθυμητούς οπτικούς στόχους τους, πρέπει να αναγνωρίσουν τις στατικές πηγές φωτός, τις γωνίες διάδοσής τους και τα χρώματα. Θέτουν μια συγκεκριμένη ατμόσφαιρα και την απαραίτητη επισκόπηση. Αλλά όλα δεν είναι τόσο απλά, επειδή ο φωτισμός εξαρτάται από τεχνικά χαρακτηριστικά - για παράδειγμα, από την ισχύ του επεξεργαστή. Επομένως, υπάρχουν δύο τύποι φωτισμού: προ-υπολογισμένος φωτισμός και απόδοση σε πραγματικό χρόνο.
1 - Προυπολογισμένος φωτισμός
Οι σχεδιαστές χρησιμοποιούν στατικό φωτισμό για να καθορίσουν τα χαρακτηριστικά φωτισμού κάθε πηγής—συμπεριλαμβανομένης της θέσης, της γωνίας και του χρώματός της. Συνήθως, η εφαρμογή καθολικού φωτισμού σε πραγματικό χρόνο δεν είναι δυνατή λόγω προβλημάτων απόδοσης.
Ο προαποδομένος στατικός καθολικός φωτισμός μπορεί να χρησιμοποιηθεί στους περισσότερους κινητήρες, συμπεριλαμβανομένων των Unreal Engine και Unity. Ο κινητήρας «ψήνει» τέτοιο φωτισμό σε μια ειδική υφή, τον λεγόμενο «light map» (lightmap). Αυτοί οι χάρτες φωτός αποθηκεύονται μαζί με άλλα αρχεία χάρτη και ο κινητήρας έχει πρόσβαση σε αυτά κατά την απόδοση της σκηνής.
Η ίδια σκηνή: χωρίς φωτισμό (αριστερά), με άμεσο φωτισμό μόνο (μέση) και με έμμεσο παγκόσμιο φωτισμό (δεξιά). Έργα τέχνης από το Unity Learn
Εκτός από τους χάρτες φωτός, υπάρχουν χάρτες σκιών, οι οποίοι, κατά συνέπεια, χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία σκιών. Πρώτον, όλα αποδίδονται λαμβάνοντας υπόψη την πηγή φωτός - δημιουργεί μια σκιά που αντανακλά το βάθος pixel της σκηνής. Ο χάρτης βάθους pixel που προκύπτει ονομάζεται σκιώδης χάρτης. Περιέχει πληροφορίες σχετικά με την απόσταση μεταξύ της πηγής φωτός και των πλησιέστερων αντικειμένων για κάθε pixel. Στη συνέχεια εκτελείται μια απόδοση, όπου κάθε pixel στην επιφάνεια ελέγχεται σε σχέση με τον σκιώδη χάρτη. Εάν η απόσταση μεταξύ του εικονοστοιχείου και της πηγής φωτός είναι μεγαλύτερη από αυτή που καταγράφεται στον σκιώδη χάρτη, τότε το εικονοστοιχείο βρίσκεται σε σκιά.
Αλγόριθμος για την εφαρμογή σκιωδών χαρτών. Εικονογράφηση από το OpenGl-tutorial
2 - Απόδοση σε πραγματικό χρόνο
Ένα από τα κλασικά μοντέλα φωτισμού για πραγματικό χρόνο ονομάζεται μοντέλο Lambert (από τον Ελβετό μαθηματικό Johann Heinrich Lambert). Κατά την απόδοση σε πραγματικό χρόνο, η GPU συνήθως στέλνει αντικείμενα ένα-ένα. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί την οθόνη του αντικειμένου (τη θέση του, τη γωνία περιστροφής και την κλίμακα) για να προσδιορίσει ποια από τις επιφάνειές του πρέπει να σχεδιαστεί.
Στην περίπτωση του φωτισμού Lambert, το φως προέρχεται από κάθε σημείο της επιφάνειας προς όλες τις κατευθύνσεις. Αυτό δεν λαμβάνει υπόψη ορισμένες λεπτές αποχρώσεις, για παράδειγμα, αντανακλάσεις (άρθρο του Chandler Prall). Για να φαίνεται η σκηνή πιο ρεαλιστική, εφαρμόζονται πρόσθετα εφέ στο μοντέλο του Lambert - λάμψη, για παράδειγμα.
Σκίαση Lambert χρησιμοποιώντας μια σφαίρα ως παράδειγμα. Εικονογράφηση από υλικά του Peter Dyachikhin
Οι περισσότεροι σύγχρονοι κινητήρες (Unity, Unreal Engine, Frostbite και άλλοι) χρησιμοποιούν απόδοση φυσικής βάσης (Pysically Based Rendering, PBR) και σκίαση (άρθρο του Lukas Orsvarn). Η σκίαση PBR προσφέρει πιο διαισθητικούς και βολικούς τρόπους και παραμέτρους για την περιγραφή μιας επιφάνειας. Στο Unreal Engine, τα υλικά PBR έχουν τις ακόλουθες παραμέτρους:
- Χρώμα βάσης - Η πραγματική υφή της επιφάνειας.
- Τραχύτητα - πόσο ανομοιόμορφη είναι η επιφάνεια.
- Μεταλλικό—Είτε η επιφάνεια είναι μεταλλική.
- Specular (specularity) - η ποσότητα της λάμψης στην επιφάνεια.
Χωρίς PBR (αριστερά), PBR (δεξιά). Εικονογραφήσεις από το Meta 3D studio
Ωστόσο, υπάρχει μια άλλη προσέγγιση στην απόδοση: η ιχνηλάτηση ακτίνων. Αυτή η τεχνολογία δεν είχε ληφθεί υπόψη στο παρελθόν λόγω προβλημάτων απόδοσης και βελτιστοποίησης. Χρησιμοποιήθηκε μόνο στη βιομηχανία του κινηματογράφου και της τηλεόρασης. Αλλά η κυκλοφορία καρτών βίντεο νέας γενιάς κατέστησε δυνατή τη χρήση αυτής της προσέγγισης στα βιντεοπαιχνίδια για πρώτη φορά.
Το Ray Tracing είναι μια τεχνολογία απόδοσης που δημιουργεί πιο ρεαλιστικά εφέ φωτισμού. Αντιγράφει τις αρχές της διάδοσης του φωτός σε πραγματικό περιβάλλον. Οι ακτίνες που εκπέμπονται από μια πηγή φωτός συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο όπως τα φωτόνια. Ανακλώνται από τις επιφάνειες προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Ταυτόχρονα, όταν οι ανακλώμενες ή άμεσες ακτίνες εισέρχονται στην κάμερα, μεταδίδουν οπτικές πληροφορίες σχετικά με την επιφάνεια από την οποία αντανακλώνται (για παράδειγμα, αναφέρουν το χρώμα της). Πολλά έργα από την E3 2019 θα υποστηρίξουν αυτήν την τεχνολογία.
3 - Τύποι πηγών φωτός
3.1 - Σημείο φως
Εκπέμπει φως προς όλες τις κατευθύνσεις, όπως ακριβώς ένας κανονικός λαμπτήρας στην πραγματική ζωή.
Unreal Engine Documentation
3.2 - Σημείο φως
Εκπέμπει φως από ένα σημείο, με το φως να απλώνεται σαν κώνος. Παράδειγμα πραγματικής ζωής: φακός.
Unreal Engine Documentation
3.3 - Πηγή φωτός με περιοχή (Φως περιοχής)
Εκπέμπει άμεσες ακτίνες φωτός από ένα συγκεκριμένο περίγραμμα (όπως ένα ορθογώνιο ή κύκλο). Ένα τέτοιο φως ασκεί μεγάλη πίεση στον επεξεργαστή, επειδή ο υπολογιστής υπολογίζει όλα τα σημεία που εκπέμπουν φως.
Τεκμηρίωση ενότητας
3.4 - Κατευθυντική πηγή φωτός
Προσομοιώνει τον Ήλιο ή άλλη μακρινή πηγή φωτός. Όλες οι ακτίνες κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση και μπορούν να θεωρηθούν παράλληλες.
Τεκμηρίωση ενότητας
3.5 - Εκπεμπόμενο φως
Μια πηγή εκπομπής φωτός ή υλικά εκπομπής (Emissive Materials στο UE4) δημιουργούν εύκολα και αποτελεσματικά την ψευδαίσθηση ότι ένα υλικό εκπέμπει φως. Υπάρχει ένα θολό αποτέλεσμα φωτός - είναι ορατό αν κοιτάξετε ένα πολύ φωτεινό αντικείμενο.
Unreal Engine Documentation
3.6 - Φως περιβάλλοντος
Μια σκηνή από το Doom 3 φωτίζεται από λαμπτήρες στους τοίχους, ο κινητήρας δημιουργεί σκιές. Αν η επιφάνεια είναι στη σκιά, τη βάφει μαύρη. Στην πραγματική ζωή, τα σωματίδια φωτός (φωτόνια) μπορούν να ανακληθούν από τις επιφάνειες. Σε πιο προηγμένα συστήματα απόδοσης, το φως ψήνεται σε υφές ή υπολογίζεται σε πραγματικό χρόνο (σφαιρικός φωτισμός). Παλαιότερες μηχανές παιχνιδιών - όπως το ID Tech 3 (Doom) - ξόδεψαν πάρα πολλούς πόρους για να υπολογίσουν τον έμμεσο φωτισμό. Για την επίλυση του προβλήματος της έλλειψης έμμεσου φωτισμού χρησιμοποιήθηκε διάχυτο φως. Και όλες οι επιφάνειες ήταν τουλάχιστον ελαφρώς φωτισμένες.
Μηχανή Doom 3 (κινητήρας IdTech 4)
3.7 - Παγκόσμιος φωτισμός
Ο παγκόσμιος φωτισμός είναι μια προσπάθεια υπολογισμού της ανάκλασης του φωτός από το ένα αντικείμενο στο άλλο. Αυτή η διαδικασία φορτώνει τον επεξεργαστή πολύ περισσότερο από το φως του περιβάλλοντος.
Unreal Engine Documentation
IV - Σχεδιασμός φωτισμού στα βιντεοπαιχνίδια
Η οπτική σύνθεση (θέση φωτός, γωνίες, χρώματα, οπτικό πεδίο, κίνηση) έχει μεγάλο αντίκτυπο στο πώς αντιλαμβάνονται οι χρήστες το περιβάλλον του παιχνιδιού.
Ο σχεδιαστής Will Wright μίλησε στο GDC για τη λειτουργία της οπτικής σύνθεσης σε ένα περιβάλλον gaming. Συγκεκριμένα, κατευθύνει την προσοχή του παίκτη σε σημαντικά στοιχεία - αυτό συμβαίνει ρυθμίζοντας τον κορεσμό, τη φωτεινότητα και το χρώμα των αντικειμένων στο επίπεδο.
Όλα αυτά επηρεάζουν το gameplay.
Η σωστή ατμόσφαιρα εμπλέκει συναισθηματικά τον παίκτη. Οι σχεδιαστές πρέπει να φροντίσουν για αυτό δημιουργώντας οπτική συνέχεια.
Η Maggie Safe El-Nasr πραγματοποίησε πολλά πειράματα - προσκάλεσε χρήστες που δεν ήταν εξοικειωμένοι με τα σκοπευτικά FPS να παίξουν Unreal Tournament. Λόγω κακού σχεδιασμού φωτισμού, οι παίκτες παρατήρησαν τους εχθρούς πολύ αργά και πέθαναν γρήγορα. Στενοχωρηθήκαμε και στις περισσότερες περιπτώσεις εγκαταλείψαμε το παιχνίδι.
Το φως δημιουργεί εφέ, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί διαφορετικά στα βιντεοπαιχνίδια από ότι στο θέατρο, τον κινηματογράφο και την αρχιτεκτονική. Από σχεδιαστική άποψη, υπάρχουν επτά κατηγορίες που περιγράφουν τα μοτίβα φωτισμού. Και εδώ δεν πρέπει να ξεχνάμε τα συναισθήματα.
Σχεδιαστικά στοιχεία σε επίπεδο τέχνης, Jeremy Price
1 - Οδηγός
Uncharted 4
Στα 100 πράγματα που κάθε σχεδιαστής πρέπει να γνωρίζει για τους ανθρώπους, η Susan Weinschenk διερευνά τη σημασία της κεντρικής και περιφερειακής όρασης.
Δεδομένου ότι η κεντρική όραση είναι το πρώτο πράγμα που βλέπουμε, θα πρέπει να περιλαμβάνει κρίσιμα στοιχεία που πρέπει να δει ο παίκτης όπως προορίζεται από τον σχεδιαστή. Η περιφερειακή όραση παρέχει πλαίσιο και ενισχύει την κεντρική όραση.
Τα παιχνίδια Uncharted είναι ένα καλό παράδειγμα - το φως εισέρχεται στο κεντρικό οπτικό πεδίο και καθοδηγεί τον παίκτη. Αλλά εάν στοιχεία στην περιφερειακή όραση έρχονται σε σύγκρουση με την κεντρική όραση, η σύνδεση μεταξύ σχεδιαστή και παίκτη καταρρέει.
Μέχρι την αυγή
Χρησιμοποιεί φωτισμό για να καθοδηγήσει τη συσκευή αναπαραγωγής. Ο δημιουργικός διευθυντής του στούντιο Will Byles είπε: «Η μεγαλύτερη πρόκληση για εμάς ήταν να δημιουργήσουμε μια ατμόσφαιρα φόβου χωρίς να σκοτεινιάζουν τα πάντα. Δυστυχώς, όταν η εικόνα γίνεται πολύ σκοτεινή, η μηχανή παιχνιδιού προσπαθεί να την κάνει πιο φωτεινή και το αντίστροφο. Έπρεπε να εφεύρουμε νέες τεχνικές για να αντιμετωπίσουμε αυτό το πρόβλημα».
Όπως μπορείτε να δείτε στην παρακάτω εικόνα, το ζεστό φως ξεχωρίζει στο μπλε φόντο, τραβώντας την προσοχή του παίκτη.
2 - Φωτισμός/Καδράρισμα
Resident Evil 2 Μετατροπή
Ο φωτισμός στο RE2 Remake μπορεί να αλλάξει το πλαίσιο. Καθώς περπατάτε στους σκοτεινούς διαδρόμους του αστυνομικού σταθμού Raccoon City, η κύρια πηγή φωτός είναι ο φακός του παίκτη. Αυτό το είδος φωτισμού είναι ένας ισχυρός μηχανικός. Η αλλαγμένη προοπτική τραβάει το βλέμμα του παίκτη στη φωτισμένη περιοχή και κόβει οτιδήποτε άλλο λόγω της έντονης αντίθεσης.
Dark Souls I
Ο Τάφος των Γιγάντων είναι μια από τις πολύ σκοτεινές τοποθεσίες του παιχνιδιού με πολλούς επικίνδυνους βράχους. Μπορεί να περάσει αν προσέχετε τις λαμπερές πέτρες και κινηθείτε προσεκτικά για να μην πέσετε. Πρέπει επίσης να προσέχετε τα λευκά λαμπερά μάτια, γιατί αυτός είναι ο εχθρός.
Η ακτίνα φωτισμού από τη συσκευή αναπαραγωγής μειώνεται σημαντικά, η ορατότητα στο σκοτάδι είναι περιορισμένη. Κρατώντας τον φακό στο αριστερό χέρι, ο παίκτης αυξάνει τόσο τον φωτισμό όσο και το οπτικό του πεδίο. Ταυτόχρονα, ο φακός μειώνει σημαντικά τη ζημιά που προκαλείται και πρέπει να επιλέξετε: ορατότητα ή προστασία.
3 - Αφήγηση
Prey
Δεδομένου ότι ο σταθμός όπου λαμβάνει χώρα η δράση βρίσκεται σε τροχιά, το παιχνίδι έχει έναν ειδικό κύκλο φωτός. Καθορίζει την κατεύθυνση του φωτός και, κατά συνέπεια, επηρεάζει πολύ το παιχνίδι. Αυτό το παιχνίδι καθιστά πιο δύσκολη την εύρεση αντικειμένων και τοποθεσιών από ό,τι συνήθως. Σε απομακρυσμένα τμήματα, ο παίκτης μπορεί να λύσει προβλήματα κοιτάζοντάς τα από μια γωνία από το εσωτερικό του σταθμού και από μια άλλη οπτική γωνία από έξω.
Alien απομόνωση
Στο Alien, το φως χρησιμοποιείται για να καθοδηγήσει τον παίκτη και να δημιουργήσει μια αίσθηση φόβου. Ο χρήστης βρίσκεται σε συνεχή ένταση - κάπου εκεί έξω στο σκοτάδι κρύβεται ένας ξενομόρφος.
4 - Καμουφλάζ
Splinter Cell: Μαύρη λίστα
Το φως σε αυτό όχι μόνο καθοδηγεί τον χρήστη, αλλά χρησιμοποιείται και ως μηχανικός παιχνιδιού.
Σε πολλές τοποθεσίες, οι παίκτες χρησιμοποιούν σκιές για να παραμείνουν σε μια ασφαλή πορεία και να αποφύγουν τους εχθρούς. Στο Splinter Cell, ο ρόλος του "ορατόμετρου" παίζεται από το φως στον εξοπλισμό του χαρακτήρα - όσο πιο κρυμμένος είναι ο παίκτης, τόσο πιο φωτεινό λάμπει το φως.
Σήμα του Ninja
Στο Mark of the Ninja, το φως και το σκοτάδι είναι εντελώς αντίθετα μεταξύ τους. Ο επικεφαλής σχεδιαστής του παιχνιδιού Nels Andersen είπε: «Ο τρόπος που φαίνεται ένας χαρακτήρας δείχνει αν είστε ορατοί ή όχι. Αν είσαι κρυμμένος, είσαι ντυμένος στα μαύρα, μόνο κάποιες λεπτομέρειες επισημαίνονται με κόκκινο· στο φως είσαι εντελώς χρωματισμένος» (άρθρο Mark of the Ninja's Five stealth design rules).
5 - Αγώνας/Αμύνομαι
Alan Wake
Ο φακός στο Alan Wake είναι ένα όπλο. Χωρίς αυτό, είναι αδύνατο να εξαλειφθούν οι εχθροί. Πρέπει να τους ρίξετε φως και να το κρατήσετε για ορισμένο χρόνο - έτσι γίνονται ευάλωτα και μπορούν να σκοτωθούν. Όταν το φως χτυπά τον εχθρό, εμφανίζεται ένα φωτοστέφανο, στη συνέχεια μειώνεται και το αντικείμενο αρχίζει να λάμπει. Σε αυτό το σημείο ο παίκτης μπορεί να πυροβολήσει τον εχθρό.
Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε φωτοβολίδες και χειροβομβίδες κρότου-λάμψης για να εξαλείψετε τους εχθρούς.
Ένα παραμύθι: Αθωότητα
Στο έργο από το Asobo Studio μπορείτε να χρησιμοποιήσετε αρουραίους εναντίον ανθρώπων. Για παράδειγμα, αν σπάσετε το φανάρι ενός εχθρού, θα βυθιστεί αμέσως στο σκοτάδι, το οποίο δεν συγκρατεί τις ορδές των αρουραίων.
6 - Ειδοποίηση/Σχόλια
Deus Ex: Η ανθρωπότητα Divided
Στο Deus Ex, οι κάμερες ασφαλείας παρακολουθούν τι συμβαίνει στο οπτικό τους πεδίο, το οποίο περιορίζεται από έναν κώνο φωτός. Το φως είναι πράσινο όταν είναι ουδέτερα. Έχοντας εντοπίσει έναν εχθρό, η κάμερα αλλάζει το φως σε κίτρινο, εκπέμπει μπιπ και παρακολουθεί τον στόχο είτε για λίγα δευτερόλεπτα είτε μέχρι ο εχθρός να ξεφύγει από το οπτικό του πεδίο. Μετά από λίγα δευτερόλεπτα, το φως γίνεται κόκκινο και η κάμερα ηχεί συναγερμό. Έτσι, η αλληλεπίδραση με τον παίκτη πραγματοποιείται με τη βοήθεια του φωτός.
Hollow Ιππότης
Το Team Cherry's Metroidvania αλλάζει φωτισμό πιο συχνά από ό,τι παρατηρεί ο παίκτης.
Για παράδειγμα, κάθε φορά που κάνετε ζημιά, η εικόνα παγώνει για μια στιγμή και το εφέ του σπασμένου γυαλιού εμφανίζεται δίπλα στον ήρωα. Ο γενικός φωτισμός είναι χαμηλός, αλλά οι πηγές φωτός που βρίσκονται πιο κοντά στον ήρωα (λάμπες και πυγολαμπίδες) δεν σβήνουν. Αυτό βοηθά να τονιστεί η σημασία και η δύναμη κάθε χτυπήματος που δέχεται.
7 - Χωρισμός
Η οδύσσεια της δολοφονίας της δολοφονίας
Ο κύκλος της ημέρας και της νύχτας είναι κεντρικός στην Οδύσσεια. Το βράδυ, υπάρχουν λιγότερες περιπολίες και ο παίκτης είναι πιο πιθανό να παραμείνει απαρατήρητος.
Η ώρα της ημέρας μπορεί να αλλάξει ανά πάσα στιγμή - αυτό παρέχεται στο παιχνίδι. Τη νύχτα, η όραση των εχθρών εξασθενεί και πολλοί από αυτούς κοιμούνται. Γίνεται πιο εύκολο να αποφύγεις και να επιτεθείς σε αντιπάλους.
Η αλλαγή ημέρας και νύχτας εδώ είναι ένα ειδικό σύστημα, και οι κανόνες του παιχνιδιού αλλάζουν ριζικά ανάλογα με την ώρα της ημέρας.
Μην λιμοκτονούν
Ο προσομοιωτής επιβίωσης Don't Starve δεν λυπάται τους νεοφερμένους τη νύχτα - εδώ το περπάτημα στο σκοτάδι είναι μοιραίο. Μετά από πέντε δευτερόλεπτα, ο παίκτης δέχεται επίθεση και παθαίνει ζημιά. Μια πηγή φωτός είναι απαραίτητη για την επιβίωση.
Οι όχλοι αποκοιμιούνται μόλις πέσει η νύχτα και ξυπνούν με την ανατολή του ηλίου. Μερικά πλάσματα που κοιμούνται κατά τη διάρκεια της ημέρας μπορεί να ξυπνήσουν. Τα φυτά δεν αναπτύσσονται. Το κρέας δεν στεγνώνει. Ο κύκλος της ημέρας και της νύχτας καθιερώνει το σύστημα, χωρίζοντας τους κανόνες του παιχνιδιού σε δύο κατηγορίες.
V - Συμπέρασμα
Πολλές από τις τεχνικές φωτισμού που βλέπουμε σε καλές τέχνες, ταινίες και αρχιτεκτονική χρησιμοποιούνται στην ανάπτυξη παιχνιδιών για να συμπληρώσουν την αισθητική του εικονικού χώρου και να βελτιώσουν την εμπειρία του παίκτη. Ωστόσο, τα παιχνίδια διαφέρουν πολύ από τον κινηματογράφο ή το θέατρο - το περιβάλλον σε αυτά είναι δυναμικό και απρόβλεπτο. Εκτός από το στατικό φωτισμό, χρησιμοποιούνται δυναμικές πηγές φωτός. Προσθέτουν διαδραστικότητα και τα σωστά συναισθήματα.
Το φως είναι ένα ολόκληρο φάσμα εργαλείων. Δίνει στους καλλιτέχνες και τους σχεδιαστές άφθονες ευκαιρίες να ασχοληθούν περαιτέρω με τον παίκτη.
Η ανάπτυξη της τεχνολογίας έχει επίσης επηρεάσει αυτό. Τώρα οι μηχανές παιχνιδιών έχουν πολύ περισσότερες ρυθμίσεις φωτισμού - τώρα δεν είναι μόνο ο φωτισμός των τοποθεσιών, αλλά και η επιρροή στο σχεδιασμό του παιχνιδιού.
Αναφορές
- Seif El-Nasr, M., Miron, K. and Zupko, J. (2005). Έξυπνος φωτισμός για καλύτερη εμπειρία παιχνιδιού. Proceedings of the Computer-Human Interaction 2005, Portland, Oregon.
- Seif El-Nasr, M. (2005). Έξυπνος φωτισμός για περιβάλλοντα παιχνιδιού. Journal of Game Development, 1(2),
- Birn, J. (Επιμ.) (2000). Ψηφιακός φωτισμός & απόδοση. New Riders, Indianapolis.
- Calahan, S. (1996). Αφήγηση ιστοριών μέσω φωτισμού: μια προοπτική γραφικών υπολογιστή. Σημειώσεις μαθήματος Siggraph.
- Seif El-Nasr, M. and Rao, C. (2004). Οπτική κατεύθυνση της προσοχής του χρήστη σε διαδραστικά 3D περιβάλλοντα. Συνεδρία αφίσας Siggraph.
- Reid, F. (1992). Εγχειρίδιο The Stage Lighting Handbook. A&C Black, Λονδίνο.
- Reid, F. (1995). Φωτισμός της Σκηνής. Focal Press, Βοστώνη.
- Petr Dyachikhin (2017), Modern Videogame Technology: Trends and Innovations, πτυχιακή εργασία, πανεπιστήμιο εφαρμοσμένων επιστημών της Σαβόνια
- Κέντρο εκμάθησης Adorama (2018), Basic Cinematography Lighting Techniques, από (https://www.adorama.com/alc/basic-cinematography-lighting-techniques)
- Seif El-Nasr, M., Niendenthal, S. Knez, I., Almeida, P. and Zupko, J. (2007), Dynamic Lighting for Tension in Games, the international journal of computer game research
- Yakup Mohd Rafee, Ph.D. (2015), Εξερευνώντας τη ζωγραφική του Georges de la Tour βασισμένη στη θεωρία Chiaroscuro και tenebrism, University Malaysia Sarawak
- Sophie-Louise Millington (2016), In-Game Lighting: Does Lighting Influence Player Interaction and Emotion in an Environment;, University of Derby
- Prof. Stephen A. Nelson (2014), Properties of Light and Examination of Isotropic Substances, Tulane University
- Creative Commons Attribution-ShareAlike License (2019), The Dark Mod, από (https://en.wikipedia.org/wiki/The_Dark_Mod)
Πηγή: www.habr.com