Włosy w grach wideo: jak i jakie technologie wykorzystano do ich stworzenia

Spis treści:

• Lata 90. XX wieku: Siatki poligonalne i pierwsze kroki w symulacji
• Lata 2000.: Nowe możliwości cieniowania
• Lata 2010. XXI wieku: Dążenie do realizmu
• Teraźniejszość i przyszłość

W artykule w magazynie Vice zauważono, że ewolucję grafiki 3D w grach wideo można prześledzić poprzez fryzury postaci. Wraz z rozwojem technologii ten element obrazu staje się coraz bardziej realistyczny. Jednak tworzenie włosów w grach, podobnie jak animacja twarzy, pozostaje wyzwaniem dla programistów i artystów, zwłaszcza dążących do realistycznej grafiki. Kwestie fizyki włosów, oświetlenia i interakcji z otoczeniem wymagają znacznego wysiłku i innowacyjnych rozwiązań. Skuteczna implementacja tych aspektów przyczynia się do ogólnej jakości gry i zapewnia głębsze zanurzenie w rozgrywce.

Aby zrozumieć, dlaczego tworzenie włosów w grach wideo jest złożonym zadaniem, ważne jest cofnięcie się do początków i przeanalizowanie ewolucji technologii w tej dziedzinie. Tworzenie realistycznych włosów wymaga uwzględnienia wielu czynników, w tym fizyki, tekstur i animacji. Z biegiem czasu technologia uległa poprawie, ale wyzwania pozostały. Na przykład realistyczne modelowanie włosów wymaga znacznych zasobów obliczeniowych, co jeszcze bardziej komplikuje zadanie dla programistów. Co więcej, charakterystyka różnych rodzajów włosów i ich interakcja ze światłem dodają dodatkowych poziomów złożoności. Dlatego tworzenie realistycznych włosów w grach pozostaje ważnym i interesującym tematem, wymagającym ciągłego doskonalenia i innowacji.

Lata 90. XX wieku: Siatki wielokątne i pierwsze kroki w symulacji

Pierwsze próby tworzenia unikalnych fryzur dla postaci pojawiły się w grach 3D na początku lat 90. W grach tych włosy postaci były reprezentowane przez zestaw wielokątów i stanowiły ważną część modelu postaci. Tekstury służyły do ​​oddzielenia granic fryzur od ogólnej siatki wielokątnej. Nawet w przypadku modeli low-poly artyści starali się stworzyć elementy przypominające fryzury, od kucyków po strzyżenia na jeża, jak na przykład w grze Virtua Fighter z 1993 roku. Te wczesne eksperymenty położyły podwaliny pod późniejszy rozwój grafiki gier wideo, w których personalizacja postaci, w tym fryzur, zyskała na znaczeniu.

Jeśli projekt postaci wymaga długich włosów, stwarza to dodatkowe wyzwania. Po pierwsze, istnieje ryzyko przekroczenia dozwolonej liczby wielokątów, co może negatywnie wpłynąć na wydajność. Na przykład w pierwszej części Tomb Raidera, z powodu ograniczeń technicznych związanych z kolizjami i limitem wielokątów, długie włosy Lary Croft zostały zastąpione kokiem. To rozwiązanie ilustruje, jak potrzeba optymalizacji grafiki może wpływać na projektowanie postaci w grach wideo.

Długie włosy, w przeciwieństwie do krótkich fryzur i bród, stanowiły pewne wyzwanie w formacie siatki wielokątów. W takich przypadkach siatka była przymocowana do głowy postaci, co skutkowało nienaturalnym rozciąganiem się tekstury podczas obracania szyi. Co więcej, jeśli włosy były związywane w długi kucyk lub warkocz, konieczne było dodatkowe opracowanie animacji. Wymagało to dodatkowych zasobów i wysiłku, aby uzyskać naturalny ruch, który jest niezbędny do stworzenia realistycznego doświadczenia w grze.

W oryginalnym Tomb Raiderze animacja postaci nie była tworzona przy użyciu szkieletu, jak to często bywa we współczesnych grach, ale w oparciu o stawy. Stawy były małymi fragmentami siatki wielokątów, które kontrolowały obrót poszczególnych części ciała. Programując ruch stawów, twórcy mogli tworzyć różne pozy dla bohaterki, tworząc na ich podstawie cykle animacji. Wraz z wydaniem Tomb Raider 2, Core Design zdołało zaimplementować kosę do gry jako osobną siatkę, co znacznie poprawiło odbiór wizualny postaci i animację.

Fryzura Lary została stworzona z wykorzystaniem wielu stawów, co pozwoliło na realistyczną animację zsynchronizowaną z ruchami postaci. Na przykład, gdy Lara upadała, jej warkocz unosił się, a gdy skakała poziomo, odchylał się do tyłu. Dynamika stawów fryzury zależała również od bodźców reagujących na warunki otoczenia. Na otwartej przestrzeni warkocz mógł kołysać się na wietrze, a pod wodą skręcał się i stopniowo unosił. To podejście było innowacyjne jak na tamte czasy, biorąc pod uwagę generalnie statyczny charakter fryzur w grach wideo. Wprowadzenie takich technologii sprawiło, że interakcje w rozgrywce stały się bardziej żywe i angażujące, zwiększając zainteresowanie graczy wizualnymi aspektami postaci.

W połowie lat 90. rozpoczęły się pierwsze eksperymenty z symulacją ruchu w grach wideo. Uderzającym przykładem jest Virtua Fighter 3, który wykorzystywał fizykę do tworzenia realistycznych animacji. Szczególnie godne uwagi są ruchy długich włosów postaci, jak na przykład kucyk Aoi Umenokoji, co dowodzi, że rozgrywka w dużym stopniu opiera się na fizyce. Rozwój ten był ważnym krokiem w ewolucji grafiki i animacji w grach wideo, otwierając nowe możliwości tworzenia bardziej żywych i dynamicznych postaci.

W Drakan: Order of the Flame długi kucyk bohaterki Rynn dynamicznie kołysze się podczas biegu, tworząc realistyczny efekt ruchu. Podczas skoku jej kucyk lekko się unosi, dodając rozgrywce klimatu i wizualnego polotu. Te szczegóły podkreślają wyrafinowanie animacji postaci i pomagają graczom zanurzyć się w świecie gry.

Powyższe przykłady są jednak wyjątkowe. Jak wspomniano wcześniej, twórcy gier zazwyczaj unikają długich włosów. Jeśli długie włosy są obecne w grach, najczęściej mają ograniczoną dynamikę i są kontrolowane przez predefiniowane animacje. Wynika to z ograniczeń technicznych i konieczności optymalizacji wydajności, co sprawia, że ​​implementacja realistycznego ruchu włosów jest trudnym zadaniem.

Ograniczenia techniczne zmusiły deweloperów i projektantów do skupienia się na mechanice rozgrywki i tworzeniu środowiska, co doprowadziło do tego, że szczegółowość wyglądu postaci była często rekompensowana teksturami i efektownymi skórkami. To wyjaśnia, dlaczego wygląd Julii z filmu animowanego „Heavy Metal 2000” został zmieniony w grze Heavy Metal F.A.K.K. 2, a jej luksusowe włosy zastąpiono prostszym kokiem. Dzięki temu podejściu udało nam się zachować wysoką jakość rozgrywki, nawet jeśli wizualne cechy postaci zostały uproszczone.

Jeśli w grze występują postacie z długimi, falującymi włosami, stają się one integralną częścią wielokątnej siatki modelu, płynnie przechodząc w plecy. W przypadku ekstremalnie długich włosów, renderowanie tekstur jest wykorzystywane do uzyskania realistycznego efektu. Umożliwia to tworzenie bardziej szczegółowych i atrakcyjnych obrazów, co pomaga poprawić wizualne postrzeganie gry i zwiększa zainteresowanie postaciami.

W latach 90. i na początku XXI wieku do tworzenia fryzur stosowano unikalne podejście. Włosy często skracano lub formowano w proste geometryczne wzory. Tekstury służyły do ​​wizualizacji futra lub zarostu, co dodawało realizmu. Ten styl stał się ikoną swoich czasów i wpłynął na późniejsze trendy w projektowaniu postaci.

Lata 2000.: Nowe możliwości cieniowania

Sytuacja zmieniła się wraz z rozwojem silników gier, które zaczęły obsługiwać większą liczbę wielokątów w scenach i shaderów z efektami przezroczystości. Podstawowa struktura siatek włosów pozostała nierozerwalnie związana z modelem postaci. Wprowadzenie map przezroczystości umożliwiło jednak artystom 3D tworzenie bardziej zróżnicowanych i realistycznych wariantów fryzur. Ta innowacja znacząco poprawiła percepcję wizualną postaci i poszerzyła możliwości kreatywne w branży gier.

Poniższe zdjęcie przedstawia model Yuny z gry Final Fantasy X, wydanej w 2001 roku. Zwróć uwagę na strukturę jej włosów, stworzoną techniką drabinkową z teksturami o przezroczystym efekcie na końcach. Prześwitujące końcówki i przerzedzenie sprawiają, że fryzura Yuny wygląda bardziej naturalnie i realistycznie. Ta szczegółowa fryzura podkreśla wysoką jakość grafiki i dbałość o szczegóły, charakterystyczne dla serii Final Fantasy.

W Silent Hill 2 technika modelowania włosów została zaimplementowana inaczej. Na przykład końcówki włosów Marii to płaszczyzny przypominające wstążki, które wykorzystują shadery do stworzenia efektu transparentności. Kluczową cechą jest możliwość dynamicznego przesuwania wielokątnych pasm, co dodaje realizmu. Ta metoda sprawdza się również w przypadku krótkich fryzur, pozwalając podkreślić grzywkę. Takie podejście do renderowania włosów pomaga nadać postaciom głębi i wyrazistości, co jest ważnym aspektem klimatu gry.

Przedstawiony kolaż pokazuje, że modelka ma oddzielne siatki rzęs, które zostały utworzone za pomocą lekko wypukłych płaszczyzn. Takie podejście pozwala nam zachować naturalny skręt rzęs i zapewnia ich realistyczny wygląd.

Zdjęcie, na którym włosy sięgają poniżej ramion, często uzupełniają wstążki z wielokątów, optycznie wydłużające fryzurę. Doskonałym przykładem jest model Claudii z gry Silent Hill 3, w którym wykorzystanie takich elementów podkreśla osobowość i atmosferę postaci.

Metal Gear Solid 2: Sons of Liberty (2001) charakteryzuje się ciekawym podejściem do projektowania Raidena: jego fryzura jest przedstawiona jako oddzielna siatka, która zastępuje część jego głowy. Takie podejście pozwala na bardziej realistyczny ruch włosów podczas dynamicznych przerywników filmowych. Co więcej, podejście to wiąże się z unikalnym elementem rozgrywki – możliwością wyposażenia Raidena w dodatkowe peruki w różnych kolorach. Peruki te nie tylko zmieniają wygląd postaci, ale także posiadają unikalne cechy, które wpływają na rozgrywkę. Dodaje to grze element różnorodności i strategii, pozwalając graczom dostosować styl gry do swoich preferencji.

Mapy przezroczystości znacznie poprawiły realizm włosów postaci w grach. Nadal jednak pozostaje wyzwanie, jakim jest oddanie naturalnej dynamiki włosów w ruchu.

Silnik gry The Legend of Zelda: The Wind Waker, wydanej w 2002 roku, wprowadził innowacyjne technologie, takie jak symulacja ubioru, elastyczne obiekty, w tym liny, oraz realistyczny ruch włosów. Dzięki tym ulepszeniom nawet stylizowana, minimalistyczna grzywka Linka płynnie reagowała na jego ruchy, dodając rozgrywce głębi i dynamiki. Te elementy nie tylko poprawiły wrażenia wizualne, ale także sprawiły, że gra stała się dla graczy bardziej wciągająca i realistyczna.

W kontekście tworzenia zwierząt i stworzeń, twórcy często wykorzystują nie tylko technikę pracy z płaszczyznami, ale także specjalne shadery imitujące fakturę futra. Choć struktura modelu wielokątnego pozostaje niezmieniona, kluczową cechą jest zastosowanie innowacyjnych technologii renderowania. Shadery te pozwalają na realistyczne renderowanie futra, dodając głębi i szczegółowości, co znacząco poprawia atrakcyjność wizualną modeli. Zastosowanie takich technologii jest kluczowym krokiem w tworzeniu wysokiej jakości grafiki w grach wideo i animacjach.

Silnik AtmosFear, zastosowany w strzelance „Vivisector: The Beast Within”, zasłynął z realistycznego renderowania futra zwierząt i antropomorficznych stworzeń. Gra wyróżnia się wysokiej jakości grafiką, która tworzy realistyczną i wciągającą atmosferę. Efekty wizualne, opracowane przy użyciu technologii AtmosFear, znacząco zwiększają immersję gracza w rozgrywce i czynią ją bardziej ekscytującą.

Informacje o tym, jak Action Forms osiągnął tak imponujący efekt, są bardzo skąpe. W mediach tamtego czasu dominowały jedynie ogólne, entuzjastyczne komentarze. Biorąc pod uwagę, że twórcy gry wykorzystali język wysokiego poziomu HLSL do programowania shaderów, a każdy model zwierzęcia w plikach tekstur gry ma dodatkową maskę z półprzezroczystą warstwą, można wnioskować, że shader futra pikselowego został opracowany w oparciu o złożone obliczenia. Takie podejście znacznie poprawiło efekty wizualne i stworzyło bardziej realistyczną grafikę, co z kolei przyciągnęło uwagę graczy i krytyków do projektu.

W sieci można znaleźć „przepis” na shader, podobny do tego zastosowanego w grze „Vivisector”. Porównując przykłady online z modelami z tej gry, można dojść do wniosku, że twórcy zastosowali podobną technikę. Choć niektórzy użytkownicy uważali, że wizualne odwzorowanie futra w grze Vivisectionist było gorsze niż futra zwierząt w wydanej w tym samym okresie grze Black and White 2, shadery użyte w Vivisectionist były nadal imponujące jak na rok 2005.

W grze Shadow of the Colossus futro gigantycznych stworzeń zostało stworzone za pomocą shadera futra, ale bez konieczności programowania. Na główny model nałożono kilka równoległych płaszczyzn o różnym poziomie przezroczystości. Tworzy to efekt „kolców” z losowo rozmieszczonych obszarów tekstury futra, umożliwiając utworzenie trójwymiarowej tekstury skóry. Takie podejście zapewnia realistyczne przedstawienie zwierząt i dodaje głębi wizualnej percepcji gry, co podkreśla jej wartość artystyczną i osiągnięcia technologiczne w dziedzinie grafiki.

Podejście twórców Shadow of the Colossus pozostaje aktualne we współczesnych grach. Doskonałym przykładem jest gra Stray, wydana w 2022 roku, która wykorzystuje podobną mechanikę i elementy projektowe. To powiązanie między projektami podkreśla wpływ, jaki Shadow of the Colossus wywarł na branżę gier i inspirację, jaką dostarczył nowym deweloperom.

Wróćmy do tematu włosów. W erze siódmej generacji konsol do gier, takich jak PlayStation 3 i Xbox 360, niektóre gry zaczęły tworzyć fryzury jako oddzielne siatki, podobne do omówionego wcześniej modelu Raidena. Pozwoliło to twórcom gier na przypisanie unikalnych właściwości fizycznych różnym częściom włosów, co znacznie poprawiło realizm ich animacji i interakcji z otoczeniem. Dzięki temu krokowi branża gier mogła zbliżyć się do stworzenia bardziej żywych i dynamicznych postaci, co wpłynęło na ogólny poziom immersji i percepcję gier.

W 2007 roku ukazał się slasher Heavenly Sword, wykorzystujący zaawansowaną wersję silnika fizycznego Havok. Technologia ta odegrała kluczową rolę w symulacji włosów głównej bohaterki, Nariko. Chociaż długie, czerwone, wielokątne pasma w trybie dynamicznym wyglądały czasami nieco chaotycznie, odważny, fantasy look stał się charakterystyczną cechą postaci. Heavenly Sword zyskało uznanie za innowacyjną grafikę i wciągającą rozgrywkę, dzięki czemu stało się przełomowym tytułem w branży gier wideo.

Pod koniec dekady artyści zaczęli aktywnie wykorzystywać technikę mapowania małych płaszczyzn za pomocą półprzezroczystych tekstur. Tekstury te tworzono na podstawie wymodelowanych krzywych włosów, które następnie wbudowywano w zestawy map. Znane jako karty lub arkusze włosów, mapy te nakładano na małe płaszczyzny, umożliwiając realistyczne odwzorowanie szczegółów. W rezultacie fragmenty wielokątów były równomiernie rozłożone na modelu bazowym, co znacznie poprawiało jakość wizualną i wiarygodność przedstawianych obiektów. Technika ta stała się ważnym krokiem w rozwoju wysokiej jakości grafiki i animacji 3D.

Gears of War 2 była jedną z pierwszych gier, w których zastosowano technikę półprzezroczystych tekstur do tworzenia realistycznych efektów. Skupiska płaszczyzn z takimi teksturami nie tylko dodawały fryzurom objętości wizualnej, ale także zapewniały bardziej realistyczny wygląd zarostu. Zaledwie dziesięć lat temu brody i zarost były tworzone za pomocą tekstur lub dodatkowego reliefu siatki wielokątnej, co znacznie ograniczało możliwości wizualne gier. Nowoczesne technologie pozwalają na osiągnięcie nowego poziomu szczegółowości i realizmu, dzięki czemu gra jest bardziej angażująca i immersyjna.

Technika Hair Cards lub Hair Sheets opiera się na zasadach podobnych do tworzenia rzęs i kształtowania pasm włosów. Proces ten wymaga jednak większej uwagi, ponieważ długość poszczególnych „kawałków” może się różnić, podobnie jak ich tekstura. Tworzy to bardziej naturalnie wyglądającą bazę, ponieważ pasma są formowane za pomocą krzywych, a nie tworzone ręcznie lub uzyskiwane za pomocą fotoskanowania. Pozwala to na wyższy poziom realizmu w obrazach włosów, co czyni tę technikę szczególnie popularną w modelowaniu i animacji 3D.

Zakres zastosowań płaszczyzn znacznie się poszerzył, a artyści zaczęli ich używać do kształtowania brwi. Ta metoda zyskała popularność ze względu na precyzję i możliwość tworzenia naturalnego wyglądu. Wykorzystanie płaszczyzn w sztuce kosmetycznej pomaga osiągnąć idealną symetrię i podkreślić indywidualne rysy twarzy.

Lata 2010.: W pogoni za realizmem

W latach 2010. twórcy gier znacznie zwiększyli nacisk na realizm włosów postaci. Poligonalna siatka fryzury przekształciła się w oddzielny element, przypominający perukę, stworzoną z licznych kart włosów. To podejście pozwoliło na stworzenie bardziej szczegółowych i naturalnie wyglądających włosów, co ostatecznie poprawiło percepcję wizualną postaci w grze i zwiększyło poziom immersji. Wykorzystanie kart włosów stało się standardem branżowym, umożliwiając artystom i projektantom osiąganie imponujących rezultatów graficznych.

Ta metoda nie tylko zapewniła niezbędny poziom realizmu, ale także umożliwiła szybką zamianę jednej siatki na inną, gdy wygląd postaci zmienił się w trakcie gry. To podejście okazało się również skuteczne w tworzeniu postaci niezależnych (NPC), umożliwiając ponowne wykorzystanie tych samych elementów. Obecnie formowanie włosów z pojedynczych siatek lub grup siatek jest uważane za powszechną praktykę w branży gier.

Istnieje wiele metod tworzenia wielokątnych struktur włosów w grach wideo. Wybór podejścia zależy od stylu wizualnego gry i charakterystyki fryzury postaci. Najczęściej artyści stosują dwie główne metody: rzeźbienie, a następnie mapowanie tekstur lub kształtowanie włosów za pomocą specjalistycznego oprogramowania obsługującego symulacje i proceduralne generowanie krzywych. Splajny są tworzone w obszarach, w których spodziewane są włosy, a następnie przekształcane w krzywe z określonych punktów. Po osiągnięciu pożądanego kształtu projekt jest optymalizowany, a w zależności od złożoności modelu, wynik może zostać wtopiony w jedną lub więcej siatek. Ten proces zapewnia wysoki stopień realizmu i szczegółowości, co jest kluczowe dla współczesnych gier wideo. Warto zauważyć, że tworzenie włosów z wykorzystaniem geometrii proceduralnej i systemów cząsteczkowych w czasie rzeczywistym, zaimplementowanych w Blenderze lub wtyczce Yeti do Maya, daje imponujące rezultaty. Metoda ta jest jednak zasobochłonna, co ma kluczowe znaczenie w tworzeniu gier wideo. Proces symulacji obejmuje ciągłe obliczenia fizyki, zderzeń z innymi obiektami, odbić światła i innych cech każdego pojedynczego włosa. Pomimo wysokich wymagań wydajnościowych, technika ta jest szeroko stosowana w filmach animowanych, gdzie jakość obrazu ma kluczowe znaczenie. Włosy na twarzy i ciele, w tym rzęsy, brwi, zarost, a także włosy na klatce piersiowej i ramionach, zostały sklasyfikowane jako oddzielne grupy siatek. Przykładem są podstawowe kształty siatek tworzone za pomocą kart włosów (Hair Cards), które były używane w grach na początku lat 2010. To podejście pozwala na dokładniejsze wyświetlanie szczegółów i różnorodności włosów w projektach gier, co znacznie poprawia percepcję wizualną postaci.

Metoda generowania fryzur za pomocą płaszczyzn i półprzezroczystych tekstur pozostaje skuteczna pod względem wydajności. Jednak wraz z rozwojem technologii i wzrostem realizmu grafiki w grach wideo pojawiły się nowe wyzwania w tworzeniu wiarygodnych włosów. Współczesne gry wymagają bardziej szczegółowych modeli włosów, co stwarza wyzwanie znalezienia równowagi między jakością grafiki a wydajnością.

Wkrótce wprowadzono nową technologię renderowania, która znacznie poprawiła wyświetlanie włosów w 3D. Technologia ta, znana w branży jako metoda oparta na pasmach, opiera się na koncepcji, że słowo „pasmo” tłumaczy się jako „nić”, a w tym kontekście jako „włosy”. Podstawową zasadą jest to, że fryzura na ekranie jest przekształcana w tysiące, a czasem miliony, zakrzywionych pasm, które reprezentują wirtualne wielokąty. Proces ten jest zazwyczaj przeprowadzany z wykorzystaniem środowiska graficznego Alembic. Charakterystyka wizualna i właściwości fizyczne takich włosów są jak najbardziej zbliżone do włosów rzeczywistych, co pozwala osiągnąć wysoki stopień realizmu w grafice komputerowej. Ta innowacja otwiera nowe horyzonty w tworzeniu postaci i animacji, czyniąc je bardziej naturalnymi i angażującymi dla widzów.

Główną wadą tej metody jest wysoki koszt obliczeniowy rasteryzacji, który wymaga wydajnej karty graficznej. Jednak technologie TressFx firmy AMD i HairWorks firmy NVIDIA, które pojawiły się w latach 2010., skutecznie przyciągnęły uwagę graczy dzięki realistycznej grafice jak na tamte czasy. Stało się to również zachętą dla deweloperów do zwrócenia uwagi na nowe podejścia w tworzeniu grafiki.

TressFx zyskał popularność dzięki integracji z odświeżoną wersją Tomb Raidera, wydaną w 2013 roku. Nowa fryzura Lary Croft nie tylko szczegółowo przedstawiała każdy włos, ale także charakteryzowała się realistyczną fizyką, reagując na ruchy postaci i warunki środowiskowe, takie jak woda, śnieg i wiatr. Obecnie dostępna jest piąta wersja technologii TressFx, którą można zintegrować z silnikiem Unreal Engine, ale na razie tylko w wersjach 4.26 i 4.27. TressFx nadal jest niezbędnym narzędziem dla twórców gier, którzy chcą tworzyć bardziej realistyczne efekty wizualne w swoich projektach.

HairWorks to zaawansowana technologia firmy NVIDIA, która łączy opracowane wcześniej metody renderowania i symulacji włosów, futra i wełny. Wtyczki HairWorks dają artystom możliwość dostosowania gęstości i kształtu włosów w programach do modelowania 3D. Technologia ta znacząco poprawia realizm i jakość renderowania, umożliwiając tworzenie szczegółowych i wiarygodnych obrazów postaci i otoczenia. Użycie HairWorks w projektach przyczynia się do ogólnego wyższego poziomu grafiki i zwraca uwagę na drobne szczegóły, co jest szczególnie ważne w nowoczesnych grach wideo i animacji.

Technologia HairWorks została zaimplementowana w wielu grach z lat 2010., w tym w Far Cry 4, Call of Duty: Ghosts i Wiedźmin 3: Dziki Gon. W Wiedźminie 3 użytkownicy często wyrażali niezadowolenie z nieprawidłowego renderowania włosów Geralta, co doprowadziło do stworzenia specjalnego moda rozwiązującego ten problem. Ten mod zyskał popularność wśród graczy, którzy chcieli poprawić jakość wizualną gry i zwiększyć realizm postaci.

W latach 2010. w branży opracowano różne technologie renderowania i symulacji włosów, które wykorzystano w różnych produktach programowych i silnikach gier. Wiele z tych technologii pozostaje aktualnych do dziś, nadal wpływając na współczesne modelowanie włosów w grafice 3D.

• Silnik Dawn Engine firmy Eidos Montréal posiadał własny system renderowania włosów postaci, który był zasadniczo ulepszoną wersją technologii TressFx. Przykład jego zastosowania można znaleźć w grze Deus Ex: Mankind Divided.
• Silnik Luminous Engine (gry Square Enix) posiadał własną technologię renderowania włosów i futra. Pod koniec dekady stał się znany jako Luminous Hair.
• Wbudowany system włosów silnika Frostbite (Mass Effect: Andromeda, Dragon Age: Inquisition). Mimo że podejście firmy Frostbite było gorsze od innych rozwiązań w branży, pod koniec dekady technologia ta znacząco się rozwinęła, a efekt tej ewolucji można zobaczyć na poniższym filmie. Szczegóły tego podejścia omówimy poniżej.

• Silnik Unreal Engine obsługiwał ulepszone shadery włosów już w czwartej iteracji. Pod koniec dekady wprowadził własny system Groom do tworzenia realistycznych symulacji włosów za pomocą wspomnianej wcześniej metody opartej na pasmach.
• Procedurowa metoda tworzenia włosów i futra w Houdini.
• Różne wtyczki do oprogramowania i silników. Do najsłynniejszych należą XGen z Maya; Ornatix dla 3ds Max oraz wtyczka NeoFur do Unity firmy NeoGlyphic (wsparcie dla tej technologii jest obecnie niedostępne).

Pod koniec dekady technologie silników gier i sprzętu osiągnęły poziom, który pozwalał grom wyświetlać modele wielokątne i tekstury o wysokiej rozdzielczości. Otworzyło to nowe horyzonty dla artystów, którzy zaczęli wdrażać najbardziej złożone i ambitne pomysły. Doskonałym przykładem jest fryzura Aloy z Horizon: Zero Dawn, która stała się jej znakiem rozpoznawczym. Ta fryzura składa się ze 100 000 trójkątów i jest animowana za pomocą 50 krzywych, co pokazuje poziom szczegółowości i dopracowania, jaki osiągnięto we współczesnych grach wideo.

Teraźniejszość i przyszłość

Współcześni twórcy gier nieustannie dążą do doskonałości w renderowaniu włosów w grach wideo, udoskonalając istniejące technologie. W większości gier AAA artyści stosują kompleksowe podejście do tworzenia włosów, łącząc technikę Hair Cards z renderowaniem opartym na pasmach. Pozwala to wydajnej karcie graficznej na uzyskanie szczegółowych włosów, gdzie każde pasmo jest widoczne z bliska. Przy niskich ustawieniach detali lub na słabszych systemach gracze widzą włosy złożone z wielokątnych pasm i półprzezroczystych shaderów. Takie podejście zapewnia równowagę między jakością grafiki a wydajnością, dzięki czemu idealnie nadaje się do nowoczesnych projektów gier.

Pracując ze stylizowanymi postaciami, artyści 3D nadal wykorzystują rzeźbienie do tworzenia fryzur. Główne zmiany dotyczą ulepszonej fizyki i wykorzystania shaderów, które zapewniają bardziej naturalne i miękkie odbicie światła. Takie technologie pozwalają nam osiągnąć wysoki poziom realizmu i ekspresji artystycznej w modelowaniu 3D, co jest szczególnie ważne przy tworzeniu zapadających w pamięć i atrakcyjnych postaci.

Branża realistycznego renderowania włosów stale się rozwija, a badania w tej dziedzinie nie ustają. Wśród najnowszych osiągnięć wyróżnia się kilka innowacyjnych technologii, które znacząco poprawiły jakość i realizm renderowania włosów. Te innowacje otwierają nowe horyzonty w tworzeniu efektów wizualnych i animacji, pozwalając programistom osiągać imponujące rezultaty w swoich projektach.

• Wtyczka Groom w Unreal Engine 5. Obsługuje zarówno import systemów włosów opartych na pasmach w formacie specjalnego frameworka Alembic, jak i alternatywne opcje geometrii fryzur w postaci map i siatek. Aby uzyskać bardziej precyzyjne zmiany fryzury, dostępny jest wbudowany edytor zasobów fryzury.

• System renderowania i symulacji fryzury Unity, wcześniej prezentowany w wersji demonstracyjnej Enemies. W przyszłości ulepszona wersja tej technologii pojawi się w stabilnej wersji silnika Unity 6.

• Zestaw narzędzi GroomBear dla Houdini. Zawiera specjalistyczne węzły do ​​generowania futra i włosów w oprogramowaniu, pędzle oraz węzły do ​​konwersji na geometrię (np. dla płaszczyzn, piór itp.).

• Ulepszona technologia wspomnianego wyżej silnika Frostbite. Nowy system również opiera się na metodzie opartej na pasmach, a dynamika włosów jest determinowana przez fizykę. Rezultaty tego postępu można ocenić nie tylko na podstawie fryzur gwiazd futbolu w nowoczesnych symulatorach, takich jak EA Sports FC, ale także w niedawno wydanym zwiastunie Dragon Age: The Veilguard, który zaskoczył graczy realistyczną fizyką długich włosów i ich wyświetlaniem w czasie rzeczywistym.

Nowa technologia zasługuje na dokładniejsze omówienie. Wcześniej fani Dragon Age często wyrażali niezadowolenie z ograniczeń technicznych serii, które nie pozwalały na tworzenie postaci z długimi włosami. Implementacja dynamiki fryzur i ich wygląd również nie spełniły oczekiwań graczy. Jednak BioWare wzięło pod uwagę uwagi społeczności i wykonało znaczący krok naprzód, zapewniając bardziej realistyczne odwzorowanie włosów postaci. Gracze mogą teraz cieszyć się ulepszoną grafiką i bardziej szczegółowymi fryzurami, dzięki czemu rozgrywka staje się bardziej wciągająca i immersyjna.

Nowe podejście do przetwarzania włosów w silniku gry Frostbite polega na importowaniu włosów w formacie NURBS. Ta metoda tworzy teselację wzdłuż każdego pasma, tworząc zbiór punktów, z których powstaje krzywa. Im więcej punktów, tym bardziej realistyczny staje się obraz. Aby jednak osiągnąć optymalną równowagę między realizmem a wydajnością, twórcy ograniczyli liczbę punktów. W opublikowanym wcześniej filmie demonstracyjnym Frostbite, użyto 25 punktów na pasmo. Oczekuje się, że wykorzystanie NURBS w tworzeniu włosów stanie się w przyszłości bardziej powszechne, co poprawi jakość grafiki w grach.

W ostatnich artykułach omawialiśmy, jak specjaliści od grafiki 3D zaczynają aktywnie wykorzystywać sieci neuronowe. Tworzenie włosów w tym kontekście nie jest wyjątkiem. Wśród nowoczesnych rozwiązań warto wymienić takie projekty jak Digital Salon i Haar. NVIDIA aktywnie prowadzi również badania nad generatywną sztuczną inteligencją i grafiką neuronową, angażując w nie dziesiątki naukowców z różnych instytutów na całym świecie. Świadczy to o rosnącym zainteresowaniu zastosowaniem zaawansowanych technologii w modelowaniu 3D i tworzeniu realistycznych efektów wizualnych.

W przyszłości wyniki tych badań będą miały znaczący wpływ na specjalistów z takich dziedzin jak sztuka, architektura, projektowanie graficzne, tworzenie gier i film. Postępy te pomogą przyspieszyć proces tworzenia wysokiej jakości treści niezbędnych do tworzenia scenorysów i prewizualizacji, a także mogą znaleźć zastosowanie w tworzeniu gier. Zoptymalizowane przepływy pracy i zwiększona wydajność znacząco poprawią jakość produktu końcowego w tych branżach kreatywnych.

Tworzenie realistycznych fryzur 3D to złożone zadanie, głównie ze względu na konieczność dokładnego odtworzenia dynamiki naturalnych włosów. Ruch włosów zależy od wielu czynników, w tym wiatru, ruchów głowy i właściwości fizycznych samych włosów. Co więcej, nawet przy użyciu najnowocześniejszych technologii modelowania 3D i silników gier, implementacja tych ruchów jest ograniczona do określonych scenariuszy i licznych ustawień. Skuteczne oddanie naturalnej dynamiki włosów wymaga dogłębnego zrozumienia zarówno fizyki, jak i funkcji oprogramowania.

Sytuację dodatkowo komplikuje fakt, że właściwości włosów muszą zmieniać się pod wpływem środowiska zewnętrznego, w tym właściwości fizyczne w kontakcie z wodą, brudem czy światłem słonecznym. Jednak pod tym względem realizm włosów pozostaje niewystarczający. Przykładowo, silnik Unreal Engine często ma problemy z poprawnym wyświetlaniem koloru włosów ze względu na warunki oświetleniowe. Podkreśla to potrzebę ulepszonych technologii renderowania, aby uzyskać bardziej naturalne i realistyczne odwzorowanie wizualne włosów w grach i aplikacjach multimedialnych.

Współczesne światy gier zawierające liczne postacie niezależne (NPC) wymagają starannej optymalizacji, która bezpośrednio wpływa na jakość renderowania i poziom szczegółowości. Optymalizacja rozgrywki zapewnia płynne działanie i poprawia wrażenia użytkownika, co jest szczególnie ważne w grach z otwartym światem. Skuteczne metody optymalizacji pomagają twórcom gier osiągnąć równowagę między bogactwem wizualnym a wydajnością, czyniąc rozgrywkę bardziej angażującą i immersyjną dla użytkowników.

Pomimo postępów w grafice i animacji, efekt doliny niesamowitości nadal występuje. Problem ten wynika z niedoskonałych technologii renderowania i fizyki, które utrudniają tworzenie w pełni realistycznych włosów postaci w grach. Twórcy gier aktywnie pracują nad udoskonalaniem tych technologii, dążąc do osiągnięcia najwyższego poziomu realizmu i wyeliminowania dyskomfortu związanego z percepcją wirtualnych postaci. W rezultacie ciągłych wysiłków w tym obszarze możemy spodziewać się znaczących przełomów w przyszłości, które doprowadzą do bardziej naturalnie wyglądających włosów i innych aspektów wyglądu postaci w grze.

Współczesne standardy graficzne stają się coraz bardziej niewyraźne ze względu na popularność różnorodnych stylizacji, takich jak cel-shading i low-poly. W branży gier renderowanie włosów postaci nie zawsze osiąga wysoki poziom szczegółowości. W niektórych projektach niezależnych projektanci stosują uproszczone techniki modelowania, opierając się na konkretnej koncepcji. Czy jednak powinniśmy ich za to winić? Historia pokazuje, że takie eksperymenty mogą prowadzić nie tylko do rozwiązań obecnych problemów, ale także do odkrycia nowych aspektów wirtualnego fryzjerstwa. Ważne jest, aby zrozumieć, że innowacje w grafice mogą wynikać właśnie z niestandardowych podejść, co sprawia, że ​​każda gra jest wyjątkowa i przyciąga uwagę graczy.