Hollywood kontra gaming - te same technologie w efektach specjalnych i grach

Kinematografia korzysta z komputerów od dekad. Przełomowe efekty wizualne tworzone przez magików z Hollywood (i nie tylko) w momencie premiery zachwycały widzów niezależnie od tego, czy pojawiły się w 1992, czy w 2015 roku. A dzisiaj, siedząc przy komputerze i grając w najnowsze produkcje, można przyłapać się na myśleniu, że przecież nowe gry wyglądają tak samo dobrze, jak renderowane na potrzeby filmów sceny sprzed lat. A może i lepiej.

W 1995 roku na kinowe ekrany wszedł film Toy Story. W całości wygenerowana w komputerze trójwymiarowa animacja była pierwszą w historii pełnometrażową produkcją tego typu. Na trwający 77 minut film składa się 114240 pojedynczych klatek w rozdzielczości 1536x922. Z książki The Pixar Touch: The Making of a Company możemy dowiedzieć się, że w szczytowym momencie produkcji firma była w stanie wyrenderować maksymalnie 30 sekund filmu w ciągu jednego dnia pracy. To oznacza kilka miesięcy nieprzerwanej pracy poświęconej na samo „wypluwanie” gotowych klatek, czym zajmowała się farma komputerów Sun Microsystems wyposażona w kilkaset procesorów, każdy o teoretycznej mocy 27,5 MFLOPS (GPU jeszcze nie istniały, więc używano klasycznych CPU).

Dla porównania, pojedyncza karta GeForce RTX 5090 może pochwalić się mocą obliczeniową na poziomie 104 TFLOPS (to niemal 4 miliony razy więcej!), co umożliwiłoby wygenerowanie całego Toy Story w mgnieniu oka. Z kolei studio Pixar chwaliło się w 2021 roku, że ich ówczesna komputerowa farma mogła stworzyć oryginalne Toy Story w 6 sekund.

Toy Story (1995), Pixar

Aby ogarnąć ten niesamowity potok informacji, ludzie z Pixara stworzyli własne oprogramowanie do renderowania trójwymiarowych obrazów. RenderMan powstał w 1987 roku, a jego ostatnia stabilna wersja nosi numer 26 i jest obecnie używana przez wiele firm zajmujących się efektami wizualnymi, ze słynnym Industrial Light & Magic na czele. Częścią całego procesu od lat są takie efekty jak global illumination oraz ray tracing i path tracing. To są rzeczy, które możecie sobie sami włączyć w ustawieniach graficznych większości współczesnych gier.

Promienie są wszędzie

Śledzenie promieni, czyli ray tracing, to od kilku lat jedno z „najgorętszych” haseł w świecie komputerowej grafiki. A czy wiecie, że pierwszy komputerowo wygenerowany obraz, który wykorzystywał tę technikę, powstał już w 1968 roku? Twórcami algorytmu umożliwiającego przeprowadzenie tej operacji są Arthur Appel, Robert Goldstein i Roger Nagel.

Jeśli chodzi o pierwszą animację, to musimy przeskoczyć do roku 1978, kiedy to inżynier John Turner Whitted pokazał światu trwający nieco ponad 30 sekund filmik The Compleat Angler, w którym widać realistyczne zniekształcenia obrazu, odbicia i cienie. Pierwszym studiem filmowym, które korzystało ze śledzenia promieni w swojej pracy, było Blue Sky Studios (odpowiedzialne za efekty i animacje m.in. w filmach Karaluchy pod poduchy, Obcy: Przebudzenie i Polowanie na mysz).

The Compleat Angler (1978), John Turner Whitted

Z kolei od połowy pierwszej dekady XXI stulecia wysokobudżetowe filmy w ramach VFX korzystają z path tracingu, gwarantującego lepsze, dokładniejsze efekty bazujące na oświetleniu danej sceny (jednym z pionierów była animacja Straszny dom z 2006 roku). Swoją drogą, path tracing wydaje się bardzo nowoczesną, współczesną technologią. Tymczasem pierwsza wzmianka o „śledzeniu ścieżek” miała miejsce już w 1986 roku, w pracy zatytułowanej The Rendering Equation autorstwa Jima Kajiyi, napisanej na potrzeby konferencji SIGGRAPH, która jest poświęcona szeroko pojętej grafice komputerowej i odbywa się co roku, od 1974.

RTX w każdym domu

A teraz przypomnijcie sobie, kiedy po raz pierwszy większość z Was usłyszała o ray tracingu? Zapewne przy okazji zapowiedzi pierwszej serii kart RTX, za które odpowiada NVIDIA – latem 2018 roku. W ciągu 7 lat śledzenie promieni przeszło drogę od „a na co to komu” i „sztuczne pompowanie wymagań sprzętowych”, po „a dlaczego nie ma path tracingu na premierę” i fakt, że karty obsługujące RT są niezbędne do uruchomienia niektórych tytułów. Wielu entuzjastów gamingu, poza samymi grami, lubi też bawić się w podkręcanie i testowanie osiągów swoich maszyn. Najpopularniejszy swego czasu benchmark, 3DMark, dodał pierwszy test bazujący na ray tracingu (Port Royale) już w 2019 roku, gdy tylko na rynku pojawiło się wystarczająco dużo kart z rodziny RTX.

Teraz ray tracing zadomowił się na dobre i nawet jeśli nie każdy gracz jest gotowy poświęcić nieco płynności na rzecz jakości wyświetlanego obrazu, nie da się pominąć obecności śledzenia promieni we współczesnych grach. Gdy NVIDIA przetarła ścieżkę, konkurenci nie mieli wyjścia, musieli pójść tą samą drogą albo zostaliby wyeliminowani z walki o dusze graczy. I tu dochodzimy do jednego z najciekawszych punktów styku między wysokobudżetowymi serialami i filmami a gamingiem. Do real-time renderingu.

The Mandalorian (2020), LucasFilm

Renderowanie grafiki w czasie rzeczywistym to podstawa, gdy mówimy o grach komputerowych. Ale w świecie filmu przez dekady polegano tylko na wymagających potężnej mocy obliczeniowej tradycyjnych renderach, gwarantujących fenomenalną jakość, ale zajmujących bardzo dużo czasu. Tymczasem, np. dzięki takim narzędziom jak Unreal Engine, studia filmowe coraz częściej używają niemal dokładnie tych samych narzędzi i technologii jak np. miłośnicy wymachiwania mieczem świetlnym w Star Wars Jedi: Upadły zakon.

Korzystanie z generowania komputerowych obrazów w czasie rzeczywistym z jednej strony niezwykle przyspiesza proces tworzenia filmów, z drugiej pozwala lepiej kontrolować budżet. Tradycyjny proces tworzenia efektów wizualnych sprawiał, że reżyser czy operator mogli zobaczyć gotową scenę dopiero kilka tygodni albo nawet kilka miesięcy po jej faktycznym nakręceniu. Film cały ten czas spędzał w komputerach firm zajmujących się VFX.

Tymczasem wspomniany Unreal Engine został użyty na planie serialu The Mandalorian w tandemie w The Volume – wielką, okrągłą ścianą ekranów LED postawioną dokoła filmowego planu. Wygenerowane w silniku „do gier” (na czterech pracujących razem potężnych pecetach) obrazy były wyświetlane tuż za aktorami, a operator, scenograf czy spec od efektów mogli na żywo manipulować tym obrazem, zmieniając np. porę dnia czy pogodę. Rewolucja i rewelacja w jednym! Granie w najnowsze produkcje na Waszych dzielnych RTX-ach jest dużo bliższe pracy na planie hollywoodzkiego hitu, niż Wam się wydaje.

Idzie nowe?

Do tego wielkiego wora z efektami bazującymi na śledzeniu promieni dorzućmy jeszcze jeden element, pozornie nieznaczący. Włosy. Naturalnie wyglądające futro zwierząt czy fryzury ludzkich postaci od zawsze sprawiały problemy. W grach przez długi czas stosowano albo kanciaste bryły pokryte odpowiednimi teksturami, albo proste zlepki animowanych obiektów 2D.

Z kolei w filmach łatwo było dostrzec komputerowo generowane włosy, bo po prostu odstawały jakością od reszty sceny. Za przykład niech posłuży scena w Nowym początku, gdy bohaterka grana przez Amy Adams, wchodzi do komory z przybyszami z innej planety – brak grawitacji sprawia, że włosy unoszą się, ale nie wygląda to dobrze… to chyba jedyna prawdziwa wada tego niemal idealnego filmu. No i cyk, znowu wchodzi NVIDIA cała na biało i proponuje nam RTX Hair.

Indiana Jones i Wielki Krąg – Zakon Olbrzymów (2026), Bethesda

Nie jest to pierwsza dedykowana technologia pozwalająca lepiej wyświetlać włosy w grach (Hairworks zadebiutowało podczas targów E3 w 2013 roku), ale po raz pierwszy korzysta ona z dobrodziejstw path tracingu. To oznacza dwie rzeczy: ma być dużo ładniej, a koszt obliczeń po stronie GPU – niewysoki. Lepsza jakość za darmo?

Jednym z pierwszych dużych tytułów korzystającym z RTX Hair jest Indiana Jones i Wielki Krąg (kolejne połączenie światów filmu i gier). Przy okazji premiery dodatku zatytułowanego Zakon olbrzymów otrzymujemy łatkę zapewniającą obsługę pięknych włosów „by NVIDIA”. Wszystko bazuje na LSS – linear swept sphere, czyli – w uproszczeniu – liniach będących w istocie walcami, długimi obiektami 3D łączonymi w mnogie struktury. I teraz każdy z tych obiektów osobno reaguje na światło dzięki path tracingowi. Na pierwszy rzut oka w grze z tak ładną grafiką nie widać ogromnej zmiany, ale po pewnym czasie włosy Indiany Jonesa i wszystkich innych postaci w grze wyglądają tak naturalnie, że aż żal wracać do ery sprzed RTX Hair.

W ramach eksperymentu możecie porównać początkową sekwencję z Poszukiwaczy zaginionej Arki z tym, co deweloperzy zaprezentowali w najnowszej komputerowej adaptacji przygód Indiany Jonesa. Nie dość, że sceny są w grze odtworzone niemal 1 do 1, to teraz obraz zyskał jeszcze więcej realizmu. Kto nie chciałby naprawdę być Indym, choćby przez chwilę? Teraz macie taką możliwość.

Kilkanaście lat temu różnych technologii graficznych i gameplayowych dedykowanych tylko pecetom było sporo (PhysX był swego rodzaju małą rewolucją, która posiadała dodatkowe sprzętowe wsparcie na kartach GeForce?), teraz jest tego mniej. Chyba że NVIDIA znowu popchnie wszystkich do implementowania różnych cudów. Które pewnie najpierw i tak zobaczymy w kinie, choć wcale nie będziemy tego świadomi.

Filip "fsm" Grabski

Filip "fsm" Grabski

Z GRYOnline.pl współpracuje od marca 2008 roku. Zaczynał od pisania newsów, potem przeszedł do publicystyki i przy okazji tworzył treści dla serwisu Gameplay.pl. Obecnie przede wszystkim projektuje grafiki widoczne na stronie głównej (i nie tylko), choć nie stroni od pisania tekstów. W 1994 roku z pełną świadomością zaczął użytkować pecety, czemu pozostaje wierny do dzisiaj, choć w międzyczasie polubił Switcha. Prywatnie ojciec, podcaster (od 2014 roku współtworzy Podcast Hammerzeit) i miłośnik konsumowania popkultury, zarówno tej wizualnej (na dobry film i serial zawsze znajdzie czas), jak i dźwiękowej (szczególnie, gdy brzmi ona jak gitara elektryczna).