Под капотом [2 части]

Блогу компании AMD удалось пообщаться с Йоханом «repi» Андерссоном, архитектором рендеринга в DICE. Предлагаем к прочтению первую часть интервью, посвященную использованию технологии DirectX 11 в игре, новым техникам рендеринга и тому, как разработчикам удалось настолько хорошо оптимизировать Battlefield 3.

Движок Frostbite 2, на котором построен Battlefield 3, был создан на основе DirectX 11 API, который стал минимальным требованием для ПК. Почему было принято такое решение, и не опасались ли вы, что исключение пользователей, использующих Windows XP и соответственно, DirectX 9, существенно снизит продажи игры?

Battlefield как игра, и DICE как студия имеют очень стойкие традиции разработки для персональных компьютеров. Первые игры сериала были созданы именно для ПК. Также у нас в DICE царит философия, гласящая, что наши игры должны использовать каждую платформу на полную мощность.

Чтобы максимально использовать потенциал современного ПК с видеокартой, поддерживающей DirectX 10 или DirectX 11, мы создали движок будущего. В этом свете использование DirectX 11 было правильным решением. С таким фундаментом мы могли создать по-настоящему захватывающую игру.

Мы правильно рассчитали, что к началу жизненного цикла движка Frostbite 2 и Battlefield 3 проникновение графических процессоров с поддержкой DX10/11 и операционных систем Windows Vista и Windows 7 будет достаточно высоким, чтобы мы могли достичь широкой аудитории. А то, что Battlefield 3 будет сильно ориентирован на ПК, для остальных геймеров станет серьезной мотивацией для апгрейда.

Говоря про DirectX 11, вы смогли бы достичь такого же уровня графики без этого API? Приведите примеры, какие возможности DirectX 11 использует Battlefield 3?

Я не думаю, что нам бы удалось создать такую же графику без DirectX 11. Это отличная современная платформа для нашего движка и подсистемы рендеринга.

Мы используем множество аппаратных возможностей DirectX 11:

• «Плиточное» освещение при помощи вычислительных шейдеров.

Мы разработали новую технологию высокоэффективного динамического освещения, при которой возможно масштабирование вплоть до сотен источников света на высоких разрешениях и адаптивный суперсемплинг. Мы делим экран на маленькие кусочки размером 16×16 пикселей («плиток»), а вычислительные шейдеры DirectX 11 рассчитывают их освещение всеми источниками света.

• Карта смещения местности.

Поверхность земли в Battlefield 3 построена при помощи разрушаемых полей высоты высокого разрешения, которые просчитываются при перемещении по этой поверхности. Это позволяет нам очень детально прорисовывать поверхность на огромных площадях. DirectX 11 позволяет нам в полной мере раскрыть детализацию при помощи тесселяции и карт смещения в DX11. Таким образом мы получаем очень точные и детальные силуэты рельефа на большом удалении и значительно уменьшает «скачки» поверхности при пролёте над ней.

• Шейдерные оптимизации.

Мы используем совсем немного шейдеров, и благодаря улучшенным возможностям шейдерной модели DX11 получаем повышенную производительность.

• Прорисовка объектов.

Частая проблема многих движков в том, что чем больше объектов и детализации вы хотите показать на экране, тем больше запросов сыпется на процессор и видеокарту, а каждый запрос — большая нагрузка, даже в DirectX 11.

В Battlefield 3 мы хотели, чтобы на больших дистанциях было видно множество объектов, особенно на установках графики «Ультра» и «Высоко». И мы разработали всесторонний подход к созданию запросов, которые «сбивают в кучу» различные объекты и передают их на обработку одновременно.

Это значительно сокращает количество запросов на наших картах. К примеру, на карте «Вершина Дамаванды» в качестве «Ультра» нам удалось сократить число запросов с 4000 до 900, что отразилось существенным улучшением производительности как на слабых, так и на топовых компьютерах.

Какие преимущества использования виртуального текстурирования для отрисовки поверхности земли в Battlefield 3? Как ваш подход отличается от других техник рендеринга?

Большинство техник отрисовки поверхности земли заключаются в сочетании нескольких слоев текстур, чтобы воспроизвести различные натуральные и искусственные поверхности — такие, как трава, песок, камень, асфальт и т. д. То же самое мы делали в первой версии Frostbite при помощи очень гибкой технологии, названной нами Смешивание Процедурных Шейдеров, благодаря которой каждый материал мог отображаться как сеть шейдерных графов, созданных вручную нашими художниками уровней.

Для Battlefield 3 мы хотели еще больше улучшить качество и размер ландшафтов, и наша новая система виртуального текстурирования стала ключом к этому.

Новая технология использует тот факт, что поверхность земли повторяется от кадра к кадру. Когда вы бежите по земле (или даже летите над ней), большая часть поверхности в течение многих сотен кадров выглядит одинаково. Таким образом, вместо того, чтобы заставлять видеокарту отрисовывать каждый пиксель каждого кадра сложными и ресурсоемкими шейдерами земли, мы рендерим часть шейдеров поверхности и кешируем их в большие виртуальные текстуры, покрывающие весь рельеф. Этот кеш обновляется только по требованию, по мере того, как вы перемещаетесь по поверхности.

Такая технология во многом выигрышна:

• Улучшенная производительность.

Так как большая часть шейдеров поверхности теперь не нуждается в попиксельной отрисовке, а кешируется в большой виртуальной текстуре — мы экономим запас мощности видеокарты и уменьшаем провалы FPS на сложных участках.

• Более высокое качество.

Благодаря запасу производительности, сэкономленной нами, а также тому, что виртуальное текстурирование масштабируется лучше, чем традиционное, наши художники уровней получили возможность добавить больше разнообразия и деталей на поверхность земли.

• Большая дистанция прорисовки.

Технология виртуального текстурирования к тому же позволила нам увеличить дальность прорисовки без необходимости убирать важные текстуры. Ландшафт карты «Операция Огненный Шторм» — хороший пример этого.

• Использование памяти.

Недостаток нашей технологии (кроме сложности) в том, что она требует, по сравнению с обычными текстурами, больше памяти видеокарты для хранения больших виртуальных текстур. Хотя для ПК сегодня это не большая проблема — производители современных видеокарт щедро снабжают их одним или даже двумя гигабайтами памяти (как на AMD Radeon™ HD 6950 и HD 6970).

Про перенос передовых технологий игры с ПК на консоли, уникальных технологиях освещения Battlefield 3, пользе многоядерных процессоров, технологиях 3D-изображения и о будущих играх, которые могут использовать Frostbite 2

Предлагаем вашему вниманию заключительную часть интервью с разработчиком Battlefield 3 Йоханом «repi» Андерссоном, опубликованного в блоге компании AMD. Сегодня речь пойдет про перенос передовых технологий игры с ПК на консоли, уникальные технологии освещения Battlefield 3, пользу многоядерных процессоров, технологии 3D-изображения и про будущие игры, которые могут использовать Frostbite 2.

Игра Battlefield 3 и ядро Frostbite 2 были разработаны для ПК в качестве основной платформы. Как DICE справилась с проблемами производительности и качества при переносе этих разработок на консоли?

С Xbox 360 и Playstation 3 мы работаем с тех пор, как появились первые образцы устройств, так что мы хорошо разбираемся в разработке и оптимизации для консолей; в том, что работает хорошо, а что — плохо.

Когда мы начали работать над Frostbite 2, то помнили о тонкостях разработки для консолей. В то же время, создавая абсолютно новую систему рендеринга и освещения, мы не позволяли консольным ограничениям сдерживать нас. Вместо этого мы свободно экспериментировали с множеством техник отрисовки и моделирования объектов и эффектов на ПК при помощи DirectX 11, пока не достигли именно того, что хотели.

Я думаю, это был свежий и здоровый подход, который позволил нам сделать ощутимый шаг вперед, к новым технологиям. Технологиям, о которых мы бы не подумали, если бы вели более традиционную разработку и фокусировались прежде всего на консолях.

Перенос игры и ядра на консоли стал большим вызовом для нас. Мы занялись низкоуровневой оптимизацией и адаптацией системы для использования сильных сторон консолей; в то же время нам предстояло вписаться в небольшой объем памяти и фиксированных 30 кадров в секунду.

Мы не хотели жертвовать визуальным рядом и сетевой игрой на 64 человека, которую нам позволял демонстрировать хороший компьютер — а это значило, что и ядро и игру предстояло масштабировать. И сам геймплей тоже.

Оптимизация и масштабирование игры для консолей принесло нам еще одну выгоду — эти наработки мы могли использовать для улучшения картинки на слабых ПК и при установке качества графики на «минимум».

ПК — обширная платформа, и хотя минимальные требования у нас были выше, чем у большинства игр, компьютеры, подходящие под эти требования, слабее консолей (особенно процессором). Для нас это вызов: мы не можем сильно масштабировать графику, потому что в сетевой игре остутствие таких критичных компонентов, как тени или источники света, приведет к нечестной игре.

Освещение в Battlefield 3 не похоже ни на что виденное нами в играх ранее. Могли бы вы посвятить нас, как DICE удалось разработать настолько реалистичный свет в этой игре?

Мы очень гордимся системой освещения в Frostbite 2 и тем, как нашим художникам удается ей распорядиться. Мы посвятили её разработке весьма продолжительное время, так как хотели создавать не только традиционные залитые солнцем пейзажи, а и высокодетализированные городские территории и помещения с «честным» освещением. Не говоря уже о ночных уровнях и множестве одновременных динамических источников света.

Наше освещение создано на базе нескольких технологий, работающих сообща для создания финальной картинки:

• «Плиточное» освещение и отложенное затенение.

Это наш ключевой инструмент метод отрисовки и освещения, позволяющий эффективно работать с множеством источников света одновременно.

• Непрямое освещение.

У нас есть встроенная технология «radiosity», просчитывающая, как свет взаимодействует с окружением. Это отличное дополнение к динамическому освещению, благодаря которому игровые объекты выглядят натурально.

• Освещение объёмных частиц.

Настоящая инновация в Frostbite 2 — то, что все частицы освещаются и затеняются наравне с остальными объектами. Таким образом они отлично выглядят в любых сценариях освещения и кажутся по-настоящему объемными.

• Рендеринг HDR и пост-обработка.

Весь просчет и освещение созданы в HDR (расширенном динамическом диапазоне интенсивности света — прим. Skeeter), и проходят длинную цепочку фильтров пост-обработки, чтобы добиться натурального пересвета, «кинокартинки», глубины резкости, смаза при движении и HBAO.

Всё это — важные технологии, но создание реалистичного освещения в игре требует не только технологий, но и художественного подхода, талантливых дизайнеров, сильной и целостной арт-дирекции. Сообща команда проделала огромную работу над освещением и вообще визуальной частью Battlefield 3

Расскажите, пожалуйста, насколько эффективно ядро Frostbite 2 использует несколько ядер процессора для оптимизации производительности.

Frostbite 2 ориентирован на распараллеливание задач. Большинство его задач разделяются на меньшие части, называемые нами «дела». «Дела» могут одновременно делаться на шести процессорах, чтобы улучшить производительность и устранить задержки.

На этом подходе построено всё ядро. Вот несколько подсистем с большим количеством «дел», которые выигрывают от многоядерности: анимация, физика, звук, отрисовка, местность, эффекты.

Что вы думаете про технологии AMD Eyefinity и AMD HD3D? Как Battlefield 3 их использует?

Для технологии AMD Eyefinity мы уже делали полную поддержку в Battlefield: Bad Company 2. От игроков мы получили множество позитивных отзывов: все хвалили возможность поиграть с настоящим периферийным зрением и с огромным разрешением. Конечно же для Battlefield 3 мы тоже внедрили эту технологию.

В этом режиме графический интерфейс размещается на центральном экране, а боковые мониторы используются для отображения игрового мира. Таким образом мы задействуем периферийное зрение игрока. Это очень затягивает — все эти эффекты и бешеный геймплей на нескольких мониторах. К тому же в сетевой игре вы лучше осведомлены об окружающей обстановке.

Что касается стереоскопического 3D-изображения — мы экспериментировали с ним в Bad Company 2, но в Battlefield 3 хотели поднять на новый уровень. Из-за сложности движка и особых методик отрисовки, традиционные 3D-решения на основе драйвера просто не работают в Frostbite 2. Вместо этого нам следовало встроить поддержку стереоскопического 3D непосредственно в Frostbite 2, всё самостоятельно продумать, и рисовать два абсолютно разных кадра для каждого глаза. Такой двойной рендеринг является самым точным методом создания 3D-стерео и отлично выглядит в работе.

Технология HD3D от AMD отлично вписывается в этот подход и корректно работает с Frostbite 2. Мы очень рады, что у геймеров, использующих быстрые видеокарты от AMD есть возможность насладиться настоящим 3D!

Ядро Frostbite 2 будет использоваться в других играх, или оно было создано преимущественно под Battlefield 3?

Frostbite 2 — мощный и отлично масштабируемый движок. В первую очередь он был создан для создания Battlefield 3 таким, как мы его представляли — а это требовало уникальных и эффективных решений. Также он будет использоваться при разработке будущих игр от DICE.

Во время создания ядра мы слышали про интерес других студий внутри EA к нашей разработке. Например, ванкуверская Black Box, которая уже десятилетие выпускает игры серии Need for Speed, стала первой внешней студией, использовавшей Frostbite 2 в своей новой Need for Speed: The Run. Замечательно наблюдать, как они адаптировали наш движок для гоночной игры, насыщенной событиями и драйвом.