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從 8 位元到精緻 3D !電玩遊戲中的貼圖發展歷史

即使電玩遊戲的發展已經進行了幾十年的時間,過往那些遊戲美術質感的製作方法還是非常為人津津樂道,仍舊有許多用來創建遊戲中貼圖的方法可以讓我們溯源到以前的時代。從電玩主機開始採用 3D 即時渲染的第一天,一直到現在身歷其境的逼真場景,究竟是經過了怎麼樣的演變和成長呢?一位美國遊戲公司 Insomniac Games 的資深環境藝術家 Ryan Benno ,在 Twitter 發布了一個貼文串,討論遊戲中3D貼圖的演變過程。在這個貼文串中,他分享了遊戲歷史的演變趣聞。 一起來看看吧!


3D遊戲初期 

讓我們從最基本的即時渲染和預渲染開始。大部分的 3D 遊戲都是使用第一種作法,也就是電腦即時地畫出圖像。

因此,在最後顯示時可能會得到不同品質的成品。互動遊戲須採用即時渲染,但靜態的場景、背景,都可以預先渲染,這兩者的差異是相當大的,看看這個 1999 年的遊戲中預先渲染的背景和實時渲染的角色,就可以明顯地比較出來。 

預渲染可以讓你好好利用「貴貴」的渲染晶片,渲染工作也往往要花上幾個小時、甚至幾天。這對於影像或是電影來說是方便的,但遊戲就必須維持以一秒 30 至 60 幀的速度去播放。

另一方面,《星際火狐》是 16 位元時代的 3D 即時渲染範例,《超級大金剛》則是使用預渲染製成的精靈圖  (sprite) ,並且使用非常簡化的配色。有很長一段時間,即時渲染都無法達到和預渲染一樣品質的結果。

當任天堂 64 、 PS1 等合適的 3D 電玩主機在市場出現後,我們發現了即時渲染所無法實現的部分,你無法使用光源資訊烘焙 (bake) 出正確的影子,也無法在場景中加入光源,沒有材質響應、沒有貼圖浮雕,幾何圖形和貼圖的解析度也非常的低,那些藝術家當時是怎麼解決這些問題的?

有人將光源資訊直接加入貼圖中(包括陰影、高光、深度),玩家的陰影通常只是一個跟著玩家移動的簡單貼圖,當時是沒有機會算出正確的陰影位置的。

你可能可以在模型上加入簡單的陰影,但通常會跟正確的光源資訊不符合,像《薩爾達傳說》和《袋狼大進擊》等遊戲,在貼圖上使用了非常多的光照訊息,並繪製頂點,去為環境塑造更亮、更暗,或是特定色系的光照。


 即時渲染大進步

在當時,為了跨越這個限制做了大量的創作,繪製或放置光源訊息在貼圖上的技術仍然會使用在不同級別的作品中。但隨著即時渲染的發展,這樣較老舊的技術手法,也漸漸地較少被使用了。

下一代的 PS2 、 Xbox 、和任天堂 Gamecube 遊戲機將幫忙解決一些問題。

《沉默之丘 2 》是其中一個具代表性的遊戲。 2001 年最大的突破就是使用了即時渲染的陰影,本來放在貼圖中的光源資訊是可以被拿掉的,但在這個時代,大部分的遊戲還是廣泛地繼續使用這項功能。  

 解析度的提升讓這張圖片改善了不少,因為更多的像素,你可以加上更多的細節。然而鏡像很少見,因為沒有適當的材質做對應。

 這是另一個為何在貼圖中加上光源資訊依舊如此常見的原因,因為在預渲染中這不會造成問題,布料會看起來更真實,玻璃、毛髮、皮膚都會看起來非常漂亮。


法線貼圖的誕生

 在《最後一戰 2 》和《毀滅戰士 3 》等遊戲之中,高光和法線貼圖在場景中出現了。光暈貼圖讓表面能更真實地反應光線,金屬看起來更加精美了。法線貼圖則能讓你在低面數的模型上加上更小的細節。

 如果你接觸過 3D,你一定知道法線貼圖是什麼,這是一種類似浮雕,可以讓表面對光線的照射產生更多細節的顯示方式。

許多遊戲藝術家改變了他們製作貼圖的方式,有法線貼圖的話,你必須花上更多時間來創建資產。如 Zbrush 這樣的雕塑工具,已經變成高面數模型的準則。這些高面數模型將為低面數模型烘焙成貼圖。  

 在此之前,許多的貼圖不是手繪,就是使用 Photoshop 拼接而成的。在 Xbox 360 和 PS3 的時代,因為有著比以前更高的解析度,這個製作貼圖的方式已經是過去式了。

我們也了解到透過預渲染,材質是怎麼運作的。這改變了許多藝術家製作遊戲的規則,材質變得比以前還要複雜許多,這個 2005 年的樣本和當時能看見的任何遊戲都不一樣。那時 Xbox360 都還沒上市。

我們也學到了幫場景打光的新方式,那就是「環境光源吸收」 (Ambient occlusion) (以下簡稱 AO )。這對實時渲染來說太過昂貴,所以藝術家們只將這個方法加進貼圖中。 AO 能算出間接的光線,讓光影更加自然。

即便到了今日,即時的 AO 渲染也還不是百分之百的即時,但也已經很接近了。這一切都要感謝「螢幕空間環境光遮蔽 (Screen Space Ambient Occlusion,SSAO)」,以及「距離場景環境光遮蔽 Distance Field Ambient Occlsion (DFAO) , AO 烘焙到至今都還有在使用,但總有一天,在渲染效果更加進步之後,它很可能就會消失了。 

總結而言,我們可以說因為有 PS3 和 X360 的時代,我們能看見與從前相比更高的解析度,以及新的陰影貼圖,當然,還有大大改善的打光!我們可以獲得整個場景的實時渲染,或是烘焙光源以得到更多的細節。

看起來很酷吧!但它還是有些小瑕疵,模型跟貼圖解析度太低,並且新的著色器費用實在太高。  

 另一個問題是光暈貼圖.,你貼上貼圖後模型看起來很棒,卻不真實,但還是有些人開始使用glare map.,其中有一部分的人是《生化奇兵:無限之城》的開發者。

 光暈貼圖現在可以被分為兩個部分,材質的種類(木頭、金屬、水泥等),以及它的使用年紀(刮痕、磨損等),這和現在新的貼圖技術十分吻合,也就是物理寫實渲染  (PBR) 。

這帶領了我們來到現在這個時代, PBR 已經成為了許多遊戲的標準。皮克斯 (Pixar) 使這項技術普及,標準化了在電腦圖形學中創建合理材料的方式,而且可以應用在實時渲染!

最重要的是,這個產業根據以前世代的經驗發展了新的技術,像色調映射 (Tone Mapping) 和色彩分級 (color grading) 等技術,在現代已經大大的改進,這些在過去可能還要花上非常多時間慢慢調整呢。

最後,分別展示在早期及現代,哪些貼圖是製作 3D 遊戲時必要的。

我還想補充一件事,遊戲是由人所創造的!雖然技術和製作過程永遠在改變,但我們必須感謝並尊敬每個時代的大師們,以及這段歷史。


本文經The Rookies授權發布,內容僅有做字詞修改,保留作者所述內容,但不代表映CG 立場。如需轉載請聯絡原作者。

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