{"id":39053,"date":"2019-10-31T22:27:36","date_gmt":"2019-10-31T19:27:36","guid":{"rendered":"https:\/\/prohoster.info\/blog\/kak-osveshhenie-vliyaet-na-gejmdizajn-i-igrovoj-opyt\/"},"modified":"2019-10-31T22:27:36","modified_gmt":"2019-10-31T19:27:36","slug":"kak-osveshhenie-vliyaet-na-gejmdizajn-i-igrovoj-opyt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/prohoster.info\/nl\/blog\/news\/kak-osveshhenie-vliyaet-na-gejmdizajn-i-igrovoj-opyt","title":{"rendered":"Hoe verlichting invloed heeft op gameontwerp en de spelervaring","gt_translate_keys":[{"key":"rendered","format":"text"}]},"content":{"rendered":"

\"Hoe
\n
\nMet in afwachting van de PS5 en Project Scarlett, die ray tracing zullen ondersteunen, na te denken over verlichting in games. Ik vond een materiaal waarin de auteur uitlegt wat licht is, hoe het het ontwerp be\u00efnvloedt, gameplay, esthetiek en ervaring verandert. Alles met voorbeelden en screenshots. Tijdens het spelen let je daar niet altijd meteen op.
\n<\/a><\/noindex><\/p>\n

Inleiding<\/h2>\n

\nVerlichting is niet alleen nodig zodat de speler het zicht op de sc\u00e8ne heeft (hoewel dat erg belangrijk is). Licht be\u00efnvloedt emoties. Veel verlichtingstechnieken in theater, film en architectuur worden gebruikt om de emotionele component te versterken. Waarom zouden game-ontwerpers deze principes niet overnemen? De verbinding tussen het beeld en de emotionele reactie biedt nog een krachtig instrument om te werken met personages, verhaal, geluid, spelmechanica, enzovoort. Daarbij stelt de interactie van licht met oppervlakken ons in staat om invloed uit te oefenen op helderheid, kleur, contrast, schaduwen en andere effecten. Dit vormt de basis die iedere ontwerper moet beheersen.<\/p>\n

Het doel van dit materiaal is om te bepalen hoe het ontwerp van verlichting de esthetiek van een spel en de gebruikerservaring be\u00efnvloedt. We onderzoeken de natuur van licht en hoe het in andere kunstvormen wordt gebruikt om de rol ervan in videogames te analyseren.<\/p>\n

\"Hoe
\nHet Zwanenmeer, Alexander Ekman<\/i><\/p>\n

I \u2014 De natuur van licht<\/h2>\n

\n\u201cRuimte, licht en orde. Dit zijn de dingen waar mensen net zo hard behoefte aan hebben als aan een stuk brood of onderdak.\u201d \u2014 Le Corbusier.<\/p>\n

Natuurlijk licht begeleidt ons sinds de geboorte. Het is noodzakelijk en stelt onze natuurlijke ritmes vast. Licht reguleert de processen van ons lichaam en be\u00efnvloedt onze biologische klokken. Laten we onderzoeken wat lichtstroom, lichtintensiteit, kleur en brandpuntslocaties zijn. En zo begrijpen we waaruit licht bestaat en hoe het zich gedraagt.<\/p>\n

1 \u2014 Wat het menselijk oog ziet<\/h3>\n

\nLicht is een deel van het elektromagnetische spectrum dat door het oog wordt waargenomen. In dit gedeelte van de golflengtes liggen ze in het bereik van 380 tot 780 nm. Gedurende de dag onderscheiden we kleuren dankzij kegeltjes, en 's nachts gebruikt het oog staafjes, waardoor we alleen grijstinten zien.<\/p>\n

De belangrijkste eigenschappen van zichtbaar licht zijn richting, intensiteit, frequentie en polarisatie. De snelheid ervan in vacu\u00fcm bedraagt 300.000.000 m\/s, en dit is een van de fundamentele natuurconstanten.<\/p>\n

\"Hoe
\nZichtbaar elektromagnetisch spectrum<\/i><\/p>\n

2 \u2014 Richting van verspreiding<\/h3>\n

\nIn vacu\u00fcm is er geen materie en verspreidt licht zich recht. Het gedraagt zich echter anders wanneer het in contact komt met water, lucht en andere stoffen. Bij contact met een materiaal wordt een deel van het licht geabsorbeerd en omgezet in thermische energie. Bij botsing met een transparant materiaal wordt ook een deel van het licht geabsorbeerd, maar de rest gaat erdoorheen. Licht wordt weerkaatst door gladde objecten zoals een spiegel. Als het oppervlak van het object ruw is, verspreidt het licht zich.<\/p>\n

\"Hoe\"Hoe
\nRichting van lichtverspreiding<\/i><\/p>\n

3 \u2014 Basisparameters<\/h3>\n

\nLichtstroom. De hoeveelheid licht die door de lichtbron wordt uitgezonden.
\nEenheid van meting: lm (lumen).<\/p>\n

\"Hoe
\n
\nLichtsterkte.<\/b> De hoeveelheid licht die in een bepaalde richting wordt afgegeven.
\nEenheid van meting: cd (candela).<\/p>\n

\"Hoe
\n
\nVerlichting. <\/b>De hoeveelheid lichtstroom die op een oppervlak valt.
\nVerlichting = lichtstroom (lm) \/ oppervlakte (m\u00b2).<\/p>\n

Eenheid van meting: lx (lux).<\/p>\n

\"Hoe
\n
\nHelderheid.<\/b> Dit is de enige basisparameter van licht die door het menselijk oog wordt waargenomen. Enerzijds houdt het rekening met de helderheid van de lichtbron, anderzijds met het oppervlak, waardoor het sterk afhangt van de reflectiegraad (van kleur en oppervlak).
\nEenheid van meting: cd\/m\u00b2.<\/p>\n

\"Hoe
\n <\/p>\n

4 \u2014 Kleurtemperatuur<\/h3>\n

\nKleurtemperatuur wordt gemeten in Kelvin en toont de kleur van een specifieke lichtbron aan. De Britse fysicus William Kelvin verhit een stuk kolen. Dit wordt gloeiend heet en verandert van kleur, wat overeenkomt met verschillende temperaturen. Eerst gloeit de kolen donkerrood, maar naarmate deze warmer wordt, verandert de kleur naar felgeel. Bij maximale temperatuur wordt het uitgestraalde licht blauw-wit.<\/p>\n

\"Hoe\"Hoe
\nNatuurlijk licht, 24 uur, Simon Leaky<\/i><\/p>\n

II \u2014 Lichtontwerpmethoden<\/h2>\n

\nIn dit gedeelte bespreken we welke verlichtingpatronen kunnen worden gebruikt om de expressiviteit van de inhoud\/visuals te be\u00efnvloeden. Daartoe defini\u00ebren we de overeenkomsten en verschillen in verlichtingsmethoden die door kunstenaars en lichtontwerpers zijn gebruikt.<\/p>\n

1 \u2014 Licht-schaduw en tenebrisme<\/h3>\n

\nChiaroscuro is one of the concepts of art theory that relates to the distribution of light and shadow. It is used to depict tonal transitions, conveying depth and mood. Georges de La Tour is known for his works featuring nocturnal chiaroscuro and scenes illuminated by candlelight. None of his predecessors explored these transitions as masterfully. Light and shadow play a crucial role in his works and are part of the composition in various and often alternative variations. Studying de La Tour's paintings helps to understand the use of light and its properties.<\/p>\n

\"Hoe
\nGeorges de La Tour \"The Repentant Mary Magdalene\", 1638-1643.<\/i><\/p>\n

a \u2014 Hoge contrast<\/h4>\n

\nIn this painting, the bright face and clothing stand out against a dark background. Due to the high tonal contrast, the viewer's attention is focused on this part of the image. In reality, such contrast would not exist. The distance between the face and the candle is greater than that between the candle and the hands. However, in comparison to the face, we see that the tone and contrast on the hands are muted. Georges de La Tour uses varying contrasts to draw the observer's attention.<\/p>\n

\"Hoe
\n <\/p>\n

b \u2014 Contour en ritme van licht<\/h4>\n

\nDue to the high tonal difference, contours appear in some areas along the edges of the figure. Even in the dark parts of the painting, the artist liked to use different tones to emphasize the object's boundaries. Light is not concentrated in one area; it flows downwards: from the face to the feet.<\/p>\n

\"Hoe
\n<\/p>\n

c \u2014 Lichtbron<\/h4>\n

\nIn most of his works, Georges de La Tour uses candles or lamps as a light source. The painting depicts a burning candle, but we already know that the chiaroscuro here does not depend on it. Georges de La Tour placed the face against a dark background and positioned the candle to create a sharp transition between tones. For high contrast, bright tones are juxtaposed with dark ones, achieving an optimal effect.<\/p>\n

\"Hoe
\n<\/p>\n

d \u2014 Chiaroscuro als een compositie van geometrische vormen<\/h4>\n

\nIf we simplify light and shadow in this work, we see basic geometric shapes. The unity of light and dark tones forms a simple composition. It indirectly establishes a sense of space, where the arrangement of objects and figures suggests the foreground and background, creating tension and energy.<\/p>\n

\"Hoe
\n<\/p>\n

2 \u2014 Basis filmische belichtingstechnieken<\/h3>\n

<\/p>\n

2.1 \u2014 Driepuntsbelichting<\/h4>\n

\nEen van de meest populaire en succesvolle manieren om elk object te belichten, is driepuntsbelichting, een klassieke Hollywoodtechniek. Deze techniek maakt het mogelijk om diepte in het onderwerp over te brengen.<\/p>\n

Hoofdbelichting (Key Lighting)<\/b>
\nDit is over het algemeen het krachtigste licht in elke sc\u00e8ne. Het kan van overal komen, de bron kan aan de zijkant of achter het object zijn (Jeremy Birn \u00abDigitale belichting en rendering\u00bb).<\/p>\n

\"Hoe
\n
\nVullicht (Fill Lighting)<\/b>
\nUit de naam blijkt al dat dit wordt gebruikt om de donkere gebieden, die de hoofdbelichting cre\u00ebert, 'in te vullen'. Vullicht is aanzienlijk minder intens en staat onder een hoek ten opzichte van de hoofdbelichting.<\/p>\n

\"Hoe
\n
\nAchtergrondbelichting (Backlighting)<\/b>
\nDit wordt gebruikt om diepte aan de sc\u00e8ne te geven. Het scheidt het object van de achtergrond. Net als vullicht is achtergrondbelichting minder intensief en beslaat een groter gebied van het object.<\/p>\n

\"Hoe
\n<\/p>\n

2.2 \u2014 Van onderaf<\/h4>\n

\nVanwege de beweging van de zon zijn we gewend om mensen vanuit elke hoek belicht te zien, maar niet van onderen. Deze manier ziet er heel ongewoon uit.<\/p>\n

\"Hoe
\n\u00abFrankenstein\u00bb, James Whale, 1931<\/i><\/p>\n

2.3 \u2014 Van achteren<\/h4>\n

\nHet object bevindt zich tussen de lichtbron en de toeschouwer. Hierdoor ontstaat er een gloed rond het object, terwijl de andere delen in de schaduw blijven.<\/p>\n

\"Hoe
\n\u00abE.T. the Extra-Terrestrial\u00bb, Steven Spielberg, 1982<\/i><\/p>\n

2.4 \u2014 Van opzij<\/h4>\n

\nDeze belichting wordt gebruikt om de sc\u00e8ne van opzij te verlichten. Het cre\u00ebert een duidelijk contrast dat texturen toont en de randen van het object benadrukt. Deze techniek is verwant aan de chiaroscuro-techniek.<\/p>\n

\"Hoe
\n\u00abBlade Runner\u00bb, Ridley Scott, 1982<\/i><\/p>\n

2.5 \u2014 Praktische belichting<\/h4>\n

\nDit is echte belichting in de sc\u00e8ne, zoals lampen, kaarsen, een televisiescherm en andere. Deze extra lichtbronnen kunnen worden gebruikt om de intensiteit van de belichting te versterken.<\/p>\n

\"Hoe
\n\u00abBarry Lyndon\u00bb, Stanley Kubrick, 1975<\/i><\/p>\n

2.6 \u2014 Weerkaatsend licht<\/h4>\n

\nLicht van een krachtige bron wordt verspreid door middel van een reflector of een oppervlak, zoals muren of een plafond. Op deze manier beslaat het licht een groter gebied en valt het gelijkmatiger.<\/p>\n

\"Hoe
\n\u00abThe Dark Knight Rises\u00bb, Christopher Nolan, 2012<\/i><\/p>\n

2.7 \u2014 Hard en zacht licht<\/h4>\n

\nHet belangrijkste verschil tussen hard en zacht licht is de grootte van de lichtbron in verhouding tot het object. De zon is de grootste lichtbron in ons zonnestelsel. Echter, met een afstand van 90 miljoen kilometer van ons, is het in feite een kleine lichtbron. Dit cre\u00ebert harde schaduwen en dus hard licht. Wanneer er wolken verschijnen, wordt de hele lucht een enorme lichtbron, waardoor schaduwen moeilijker te onderscheiden zijn. Dit leidt tot zacht licht.<\/p>\n

\"Hoe
\n3D-voorbeelden met LEGO, Jo\u00e3o Prada, 2017<\/i><\/p>\n

2.8 \u2014 High en low key<\/h4>\n

\nHigh key verlichting wordt gebruikt om zeer heldere sc\u00e8nes te cre\u00ebren. Het is vaak dicht bij overbelichting. Alle lichtbronnen hebben ongeveer dezelfde sterkte.
\nIn tegenstelling tot high key verlichting is de low key sc\u00e8ne sterk verduisterd, en kan er een krachtige lichtbron aanwezig zijn. De nadruk ligt op de schaduwen in plaats van op het licht, om een gevoel van spanning of dramatiek over te brengen.<\/p>\n

\"Hoe
\n\u00abTHX 1138\u00bb, George Lucas, 1971<\/i><\/p>\n

2.9 \u2014 Gemotiveerde verlichting (Motivated Lighting)<\/h4>\n

\nDeze verlichting imiteert natuurlijk licht \u2014 zonlicht, maanlicht, straatverlichting enzovoort. Het wordt gebruikt om praktische verlichting te versterken. Speciale technieken helpen om gemotiveerde verlichting natuurlijk te laten lijken, bijvoorbeeld filters (gobo) voor het cre\u00ebren van het effect van gehesen gordijnen.<\/p>\n

\"Hoe
\n\u00abDrive\u00bb, Nicolas Winding Refn, 2011<\/i><\/p>\n

2.10 \u2014 Buitenshuis licht<\/h4>\n

\nDit kan zonlicht, maanlicht of straatverlichting zijn die zichtbaar is in de sc\u00e8ne.<\/p>\n

\"Hoe
\n\u00abStranger Things. Seizoen 3\u00bb, de gebroeders Duffer, 2019<\/i><\/p>\n

III \u2014 Basisprincipes van rendering<\/h2>\n

\nLevelontwerpers realiseren zich het belang van verlichting en gebruiken dit om een bepaald gevoel van de sc\u00e8ne te cre\u00ebren. Om het niveau te verlichten en de gewenste visuele doelen te bereiken, moeten ze statische lichtbronnen, hun verspreidingshoeken en kleuren bepalen. Ze cre\u00ebren een bepaalde sfeer en het benodigde overzicht. Maar het is niet zo eenvoudig, want verlichting is afhankelijk van technische specificaties, zoals de rekenkracht van de processor. Daarom zijn er twee soorten verlichting: vooraf berekende verlichting en realtime rendering.<\/p>\n

1 \u2014 Vooraf berekende verlichting (Precomputed lighting)<\/h3>\n

\nOntwerpers gebruiken statisch licht om de lichtkenmerken voor elke bron in te stellen \u2014 inclusief positie, hoek en kleur. Meestal is het vanwege prestatieproblemen niet mogelijk om globale verlichting in realtime te implementeren. <\/p>\n

Vooraf berekende statische globale verlichting kan in de meeste engines worden gebruikt, waaronder Unreal Engine en Unity. De engine 'bakt' deze verlichting in een speciale textuur, de zogenaamde 'verlichtingskaart' (lightmap). Deze lightmaps worden opgeslagen samen met andere map-bestanden en de engine verwijst ernaar tijdens het renderen van de sc\u00e8ne. <\/p>\n

\"Hoe
\nDezelfde sc\u00e8ne: zonder verlichting (links), alleen met direct licht (midden) en met indirecte globale verlichting (rechts). Illustraties van Unity Learn<\/i><\/p>\n

Naast lightmaps zijn er schaduwmaps die worden gebruikt voor het cre\u00ebren van schaduwen. Eerst wordt alles gerenderd rekening houdend met de lichtbron \u2014 deze produceert een schaduw die de pixeldiepte van de sc\u00e8ne weerspiegelt. De verkregen kaart van pixeldiepte wordt de schaduwmapping genoemd. Deze bevat informatie over de afstand tussen de lichtbron en de dichtstbijzijnde objecten voor elke pixel. Vervolgens wordt gerenderd, waarbij elke pixel op het oppervlak wordt vergeleken met de schaduwmapping. Als de afstand tussen de pixel en de lichtbron groter is dan die in de schaduwmapping, dan bevindt de pixel zich in de schaduw.<\/p>\n

\"Hoe
\nHet algoritme voor het toepassen van de schaduwmapping. Illustratie van OpenGl-tutorial<\/i><\/p>\n

2 \u2014 Renderen in realtime<\/h3>\n

\nEen van de klassieke verlichtingsmodellen voor realtime wordt het Lambert-model genoemd (naar de Zwitserse wiskundige Johann Heinrich Lambert). Bij realtime rendering stuurt de GPU gewoonlijk objecten \u00e9\u00e9n voor \u00e9\u00e9n. Deze methode gebruikt de weergave van het object (zijn positie, rotatiehoek en schaal) om te bepalen welk oppervlak van het object moet worden gerenderd. <\/p>\n

In het geval van Lambert-verlichting komt het licht van elk punt op het oppervlak in alle richtingen. Hierbij worden sommige nuances niet in acht genomen, zoals reflecties (artikel van Chandler Prall). Om de sc\u00e8ne realistischer te laten lijken, worden er extra effecten aan het Lambert-model toegevoegd \u2014 flitsen bijvoorbeeld.<\/p>\n

\"Hoe
\nLambert-shading aan de hand van een voorbeeld van een bol. Illustratie uit de materialen van Peter Dyachikhin<\/i><\/p>\n

De meeste moderne engines (Unity, Unreal Engine, Frostbite en anderen) maken gebruik van fysiek gebaseerde rendering (Physically Based Rendering, PBR) en shading (artikel van Lucas Orsvarn). PBR-shading biedt intu\u00eftieve en handige methoden en opties voor het beschrijven van oppervlakken. In Unreal Engine hebben PBR-materialen de volgende parameters:<\/p>\n