История графики игр: от бледных пятен на экране до фотореалистичных миров

История графики в играх насчитывает около 50 лет бурного развития. За это время визуальные возможности подверглись колоссальным изменениям. Основные этапы разберём в этой статье.

С чего началась история графики

0:59 Pong. Выпущена компанией Atari в 1972 году. Это теннисная игра с использованием примитивной черно-белой графики.

Несмотря на простоту, Pong связывают с появлением индустрии интерактивных развлечений.

1:20 Совсем скоро появилась необходимость в полноценной графике. На тот момент цветное телевидение уже существовало, а вот видеоигры были ограничены монохромным дисплеем.

Чтобы хоть как-то раскрасить игровой мир, в некоторых играх использовались цветные пластиковые накладки на экран. Решение не лучшее, но рабочее и дешёвое.

Первые цветные игры

2:23 Car Polo (1977) стала первой цветной аркадной игрой. Но более успешной полноценной цветной игрой считается Galaxian (1979) — продвинутая версия Space Invaders. А уже спустя всего 3 года вышел всем известный Pac-Man.

3:07 Пиксели были не единственным решением. В истории графики существовало 2 парадигмы отрисовки изображения: растр и вектор. Растр — более привычный вариант проецирования изображения. Кадр отрисовывается последовательно пиксель за пикселем, строка за строкой. Таким образом формируется сетка пикселей.

Векторную графику сейчас встретить нельзя. Она была возможна на экранах, подобных осциллографу. Электронный луч напрямую отрисовывал линию и тем самым формировал фигуру и изображение. Такой принцип отрисовки использовался в самых ранних играх, например в Tennis for Two (1958).

3:52 Самая известная векторная игра — Asteroids (1979). И пускай её графика незамысловата, но идеально ровные линии фигур имеют определённый шарм.

Векторная графика намного чище пиксельной (когда дело касается наклонных линий), но менее универсальна. Пускай растровая графика не способна отображать идеально ровные линии, она всё же может отрисовывать более комплексные сцены и закрашенные формы. Именно поэтому пиксели выиграли в этой битве.

Скроллинг камеры

В ранних играх были только фиксированные камеры. Весь уровень помещался на экране. Перемещение камеры, хранение и обработка большого игрового мира требовали больше ресурсов.

4:49 Super Speed Race (1979) — одна из первых игр, в которых появилось передвижение камеры.

5:29 Zaxxon (1982) стала первой изометрической игрой со смещением камеры и имитацией всех 3 измерений. Такой стиль использовался во многих более поздних играх.

Масштабирование спрайтов

Для придания 2D-игре глубины начали использовать масштабирование изображений.

6:02 Radar Scope (1979) — одна из игр, в которых использовался скейлинг. Те объекты, которые были вдалеке — уменьшались. Так создавалось ощущение расстояния от них до игрока.

Ещё один пример — объекты вдоль дороги в Turbo (1981). Правда из-за их детализации, при масштабировании происходили сильные искажения изображения. С появлением 16-битного оборудования палитра цветов значительно расширилась, а разрешение игр увеличилось.

6:47 Появление Hang-On (1985) внесло весомый вклад в историю графики. В этой игре появилось плавное масштабирование спрайтов благодаря суперскалярному процессору. При этом частота кадров так же была на высоте.

7:12 Самая реалистичная графика на то время, вероятно, была в Dragon’s Lair (1983). Благодаря большому потенциалу лазерных дисков, эта игра была настоящим интерактивным мультфильмом. Но геймплей оставлял желать лучшего.

Начало эпохи домашних консолей

Середина 1980-х ознаменована концом золотой эры аркад. Всё больше популярности набирали домашние консоли.

8:00 Началось время господства спрайтов. Спрайты — это небольшие изображения, созданные для перемещения по игровому полю. Они отображают любой динамический объект: игрока, врагов, пули и всё остальное, что нельзя привязать к фону и окружению.

Strider (1989) была высоко оценена по масштабам работы: детализированные персонажи, огромные размашистые плазменные мечи и множество эффектов. Всё это стало возможным благодаря плате CPS-1. На ней же можно было запускать Street Fighter 2 (1991) — эталон в жанре файтингов.

9:33 В скором времени стала популярна ещё одна техника скроллинга камеры — параллакс. Для этого задний фон разделялся на несколько слоёв, которые смещались с разной скоростью. Так можно было передать глубину фона и показать, какие объекты ближе к игроку, а какие дальше. Moon Patrol (1982) была одной из первых игр, где использовалась такая техника. Позже это станет обычным явлением в платформерах и некоторых других жанрах 2D-игр. Параллакс уверенно впечатается в историю графики и будет использоваться даже спустя десятки лет.

10:40 На домашние консоли начали выходить игры, основанные на мультфильмах и мультсериалах: Черепашки-ниндзя, Симпсоны, Аладдин. Готовые мультики давали отличную визуальную основу для художников и разработчиков.

12:06 Но к середине 1990-х спрайты начали устаревать. Разработка игр сместилась в 3D, пытаясь раскрыть весь потенциал, спрятанный в третьем измерении. Пиксельные игры не пропали, но их стало меньше.

Однако некоторые проекты сделали особый вклад в историю графики 2D-игр. Один из них — Metal Slug (1996). В этой игре не было ограничений по цвету или размеру спрайтов, а детализация и анимация объектов просто поражала.

Эволюция анимации и спрайтов

13:10 Анимация — жизненно необходимая часть создания реалистичного движения в играх. И во времена, когда ещё не существовало захвата движения, художники использовали технику ротоскопирования. Она заключалась в том, что изначально анимация снимается в реальности с живыми актёрами. Потом поверх видео кадр за кадром обрисовывают анимацию самих спрайтов. Процесс трудоёмкий, но только так можно было получить реалистичное движение.

Примечание Ротоскопирование использовалось не только в играх, но и в мультипликационных техниках.

13:53 Одно время была популярная оцифровка изображений. Спрайты создавались непосредственно из фотографий или видео. Самая первая игра с оцифрованными спрайтами — Journey (1983). В ней подставлялись фотографии членов музыкальных групп в игроков. Спустя 5 лет вышла Rarc — 32-битная аркада с тысячами цветов и удивительной оцифровкой.

14:52 Хорошо проработанная анимация и качественная оцифровка часто встречалась в файтингах. Безусловно, победителем в этом жанре стал Mortal Kombat (1992). Фотореалистичные персонажи и безумный экшен сделали эту игру эпатажной, что в свою очередь обеспечило её популярность.

15:35 С развитием мультимедийных технологий появилось больше места для предварительно обработанного контента и даже полноценного видео. Но ничего стоящего тогда из этого не вышло. Стало понятно, что будущее не за интерактивными фильмами.

Попытки в третье измерение

16:50 С самого начала разработчики стремились осилить трёхмерные игры. Из-за аппаратных ограничений им пришлось идти на большие уступки. Самые первые прототипы игр были «каркасными» (сеточными). На экране отображались только контуры объектов, ориентироваться в которых было сложно. Примером такой игры была Battlezone (1980).

17:36 Следующим шагом в истории графики было заполнение этих сеточных объектов плоской штриховкой. Простой и рабочий способ, но всё ещё сложный для ранних игровых систем.

Необходимость в мощном оборудовании сделало 3D-игры чересчур дорогими. Но по мере развития компьютеров, всё больше игр перенимали технику заполнения плоской штриховкой.

Альтернативный подход к 3D

18:45 Не всем нравилась тусклая и плоская штриховка в подобных играх. Поэтому некоторые разработчики начали использовать аппаратные трюки для моделирования трёхмерных миров. Например, Mode 7 в SNES. Он позволяет трансформировать текстуру так, чтобы создавался эффект перспективы. Оставалось лишь наложить поверх некоторые спрайты. Так сделали в Super Mario Kart (1992). Там была красочная и детализированная графика, при этом не страдала и частота кадров.

SuperFX — чип сопроцессора, использовавшийся в некоторых картриджах SNES. Он перенимал на себя отрисовку графики, чем облегчал работу основного процессора.

В ранних играх на ПК иногда использовался заранее отрендеренный фон или сцена. Динамическими объектами были только игроки и враги. Таким образом можно было снизить графическое требование игр.

20:35 В некоторых играх стала использоваться камера от первого лица. Ultima Underworld (1992) чудесно перенесла ролевую игру в трёхмерный мир. Это, в свою очередь, вскоре повлияет на развитие FPS (First Person Shooter — шутер от первого лица).

Одним из методов отрисовки текстурированных 3D-игр является Raycasting. Этот метод эффективен тем, что он отрисовывает и обрабатывает только то, что видит игрок. А если использовать простую геометрию комнат, то можно добиться высокой производительности игры. Так и поступили в Wolfenstein (1992). Запускать её можно было даже на слабых компьютерах.

Wolfenstein был прародителем 3D-шутеров, но поистине весомый вклад в историю графики сделал Doom (1993). Он был разработан на движке Wolfenstein. В нём уже не было скучных «сеточных» уровней — тут были полноценные 3D-локации. Doom стал успешной игрой и послужил отправной точкой для многих подобных игр и клонов.

Настоящий 3D

22:06 В основном, все ранние 3D-игры основывались на костылях, имитирующих трёхмерный мир: ограниченная геометрия и использование спрайтов. Полноценные 3D-игры с текстурами требовали большой вычислительной мощности. Такие игры стали популярны только во второй половине 1990-х.

22:51 Например, Super Mario 64 (1996) — из плоской канализации в красочный трёхмерный мир. Эта игра станет первым успешным 3D-платормером.

Полноценные 3D-игры перестали быть новинкой.

24:34 id Software были первопроходцами компьютерных 3D-игр. Несмотря на изобилие клонов Doom, они решили поднять планку ещё выше и выпустили Quake (1996). Она была во многом лучше своего предшественника. В ней появился настоящий 3D-мир и вертикальное прицеливание. Вместо спрайтов появились полноценные полигональные модели. Эта игра стала некой прелюдией к следующему поколению 3D-графики.

25:06 Помимо традиционных полигонов в 3D-играх существуют воксели (объёмные пиксели) — альтернативный подход к построению многоугольника. Вместо треугольных полигонов объекты состоят их кубических пикселей (прямо как в Minecraft). Воксели отлично подходят для создания местности по карте высот.

Появление видеоускорителей

Стало ясно, что за трёхмерными играми определённо стоит будущее. Но традиционная компьютерная архитектура не была предназначена для этого. Поэтому в играх начала появляться поддержка аппаратного ускорения графики.

Примечание Аппаратное ускорение — это применение специализированного железа, которое может эффективней выполнять определённые действия, чем центральный процессор. В данном случае речь идёт о видеокартах. Сам процессор так же может отрисовывать графику (речь идёт не об интегрированном графическом чипе, а именно о ЦЕ). Но видеокарта аппаратно сконструирована так, чтобы отрисовывать графику намного быстрей и эффективней.

27:19 Как только на рынке начали появляться первые видеокарты, они сразу стали незаменимым аксессуаром для игр. Модульность компьютера сыграла этому на руку и помогла с лёгкостью устанавливать видеоускорители в ПК.

Больше всего внимания к графике привлекали шутеры от первого лица. В 1998 году началась волна шутеров, использующих аппаратное ускорение. Особый фурор в своё время произвёл Unreal (1998). С плавной частотой кадров, цветным освещением, детализированными текстурами и проработанными уровнями, Unreal и его движок стали ассоциироваться с ультрасовременной графикой.

Ближе к 2000 годам популярность видеоускорителей была такой, что некоторые игры начали полностью отказываться от программного рендеринга (рендеринга на центральном процессоре). Любой ПК геймер без видеокарты мог коротать своё время лишь в пасьянсе.

Эволюция шутеров

В начале 2000-х шутеры от первого лица стали доминирующим жанром. Много игр выпускали франшизы предыдущего десятилетия. И в каждом случае их ждало появление превосходных визуальных эффектов и улучшение геймплея.

29:10 В Half-Life 2 (2004) получилось объединить современную графику, мрачную атмосферу и проработанную физику.

29:30 Перед id Software стояла непростая задача. Им нужно было выпустить новый Doom, который бы подходил по всем требованиям этого времени. В Doom 3 (2004) уже не было привычной светлой графики. Вся игра была наполнена мрачной атмосферой, лишь местами заполненной освещением.

Визуальные стили игр

30:19 Популярность шутеров Второй мировой войны оставила свой след в истории графики. Песчаные и коричневые оттенки, характерные для этих игр, стали на какое-то время модными. При этом разработчики обесцвечивали цвета, стремясь к реализму.

Происхождение такого стиля можно проследить до Quake. Его затемнённые тона придают готический и индустриальный шарм игре. Подобное отвержение цветов впоследствии проникнет в игры всех жанров.

31:19 Коричневые тона стали определённым признаком этого поколения игр. Ещё одним таким признаком был эффект свечения. Яркие объекты были пересвечены и немного замылены. Этот эффект делал яркие объекты ещё ярче. Одной из первых игр, использующих такой стиль, была Ico (2001). А после выхода Tron 2.0 (2003) эта техника стала более популярной. Неоновое свечение отлично дополняло визуальные эффекты, свойственные оригинальному фильму.

32:32 Хотя приглушённые тона и кинематографические эффекты привносили в игры реализм, некоторые использовали более стилизованную графику. CEL shading — тип графики, в котором используются плоские цвета и черные контуры. Такая графика придавала игре мультяшный стиль. Jet Set Radio (2000) и некоторые другие игры продвинули такой стиль в массы. Это стало доказательством того, что не для каждой игры подходит реалистичная графика.

Текущее поколение игр

На середину десятилетия пришлось седьмое поколение консолей и вступление в современную эпоху видеоигр. Технология 3D была зрелой, а производительность железа росла как никогда раньше.

34:00 Важным релизом того времени был Crysis (2007). Компания Crytek уже была известна своей предыдущей игрой Far Cry (2004). Её тропический сеттинг и открытый геймплей перешёл в Crysis. Эта игра выделялась своими визуальными эффектами, детально проработанной физикой, механиками кастомизации оружия и разнообразным геймплеем.

Как и для любой подобной игры, Crysis был требовательным к железу. Появился новый мощный компьютер? Это неважно, если на нём не получится запустить Crysis.

35:35 Из-за ограничений в доступности к подобным играм относились с недоверием. Вместо этого, в лидеры того времени попадали игры с незамысловатой графикой. Например, Wii Sports (2006) и Guitar Hero 2 (2006). С визуальной точки зрения они были простыми, но всё равно стали популярными и прибыльными.

Как вы считаете, может графика не так уж и важна в играх? Поделитесь своим мнением в комментариях.

Появление инди-игр

36:03 Рост популярности инди-проектов ещё раз указал на то, что графика, возможно, не единственный важный аспект в игре. Некоторые из них намеренно придерживались стиля ушедшей эпохи, опираясь на опыт прошлого поколения. Несмотря на высокую производительность компьютеров, многие игры придерживались минималистичного стиля и ограниченной палитры.

37:47 Некоторые игры создавали индивидуальность благодаря своему внешнему виду. Блочная система и текстуры с низким разрешением — это отличительные черты Minecraft (2009). Простой визуальный стиль отдаёт дань ретро-культуре. Но бесконечный мир, мультиплеер и безграничные возможности — это особенности современных технологий. Minecraft — это некий мост между старым и новым. Все эти моменты позволили игре стать самой продаваемой в мире (после Tetris). Было продано свыше 200 млн. копий.

Несмотря на появление инди-игр, за фотореализм бояться не стоит. С момента выхода Crysis графика в играх подверглась неимоверным улучшениям.

В последнее время всё чаще встречаются дополнительные визуальные эффекты, которые призваны повысить кинематографичность игры и сделать её ещё более привлекательной:

• 40:58 хроматическая аберрация — (англ. chromatic aberration) эффект расхождения каналов цветов. Из-за этого по краям объектов создаётся небольшой силуэт спектрального цвета;
• 41:12 глубина резкости — (англ. DOF — depth of field) эффект, взятый прямо из фотографий. Он позволяет фокусировать камеру на определённых точках, выборочно размывая всю оставшуюся сцену. Часто встречается в кат-сценах или при прицеливании оружия;
• 41:37 размытие в движении — (англ. motion blur) имитация времени экспозиции. При движении фон размывается, что создаёт глубокое ощущение скорости передвижения.

Это видео было создано в 2015 году. С того момента мир увидел ещё много скачков в возможностях графики. Во-первых, популяризировался VR. Вышло много игр, в которых VR — это не просто технология ради технологии, а новый способ раскрыть игровой мир. Появились франшизы популярных игр, перенесённые в VR. Среди них: Doom, Batman, Borderlands, Serious Sam, Minecraft, Eve, No Man’s Sky, Fallout, Skyrim и Resident Evil. Но, вероятно, самой значимой и полноценной VR-игрой на текущий момент стала Half-Life: Alyx.

Несомненным прорывов в истории графики стало появление технологии RTX и сглаживания DLSS. Это произошло в сентябре 2018 года, когда Nvidia выпустила серию карт GeForce RTX 20.

Технология RTX позволяет в режиме реального времени производить трассировку лучей, т. е. обрабатывать всё освещение на сцене. Раньше такой процесс был сильно ресурсозатратным, поэтому освещение на локациях обычно запекалось и во время игры никак не просчитывалось. Видеокарты с RTX оснащались специальными тензорными ядрами, аппаратно разработанными для трассировки лучей. На этих же ядрах работает сглаживание DLSS, основанное на глубоком обучении. И если обычное сглаживание снижает частоту кадров, то DLSS наоборот — повышает.