Эволюция игровой анимации: история и развитие

Разбирая и погружаясь в область анимации, ее невозможно представить в отрыве от конкретной области. Мы не устаем повторять, что анимация по своей сути – универсальна, и чем дальше идет прогресс, тем все больше возникает направлений, в которых она может оказаться полезной. В нашем последнем посте мы рассматривали роль и влияние анимации в научной сфере, а сегодня углубимся в индустрию игр и попробуем проследить, как анимация эволюционировала сквозь десятилетия, и главное – с чего же все началось.

Анимация — это неотъемлемая часть современной видеоигровой индустрии. Она важна не только для визуального восприятия игры, но и для улучшения игрового процесса и вовлеченности игроков. Развивалась она на протяжении многих десятилетий, и для удобства мы разделим весь процесс развития на несколько периодов, начав с самого зарождения 😊

Первые шаги: от простой графики к элементарной анимации

Начало истории игровой анимации положили первые компьютерные игры в 1950-х-1960-х, такие как «Spacewar!». Кажется, будто с появления 4-мя годами ранее игры «Теннис для двоих», которая выводилась на экране осциллографа, в графике поменялось не многое, однако это не совсем так. Дело в том, что ЭЛТ-дисплей мог отображать до 20 тысяч точек в секунду, что позволяло разбавить игру дополнительными игровыми элементами. Так, если в «Теннис для двоих» были отображены лишь строго необходимые элементы – мячик в пустом поле (даже ракетки оставались «невидимыми»), то «Spacewar!» разбавили звездным фоном, который хоть и не выполнял никаких игровых функций, по крайней мере обеспечивал космический антураж, ощущение «пребывания в космосе». Игра оказалась знаковой в том смысле, что графика, используемая в ней, не только послужила лишь инструментом для вывода данных на экран, но и стала опорой для фантазии игроков.

В 70-е игры становились все более доступными и ознаменовали появление первых игровых автоматов и приставок. Так, настоящим прорывом стала игровая приставка Magnavox Odyssey. Впрочем, графика все еще оставалась примитивной, а точнее - монохромным изображением, содержащим несколько геометрических фигур. Чтобы обойти эти ограничения, разработчики шли на различные ухищрения и выкручивались как могли: например, придумали пластиковые накладки на экран телевизора, имитирующие игровое поле – футбольное, баскетбольное или хоккейное.

Кроме того, лед тронулся и относительно 3D-графики, до которой в ее привычном нам понимании играм тех времен было очень далеко. Разработчики старались имитировать объемный мир за счет линейной перспективы (как в Maze War – прародителе шутера от первого лица) или векторных линий для демонстрации объемных объектов в упрощенном режиме как, например, в Spasim 1974 года.

Развитие в 1980-е: появление спрайтов и первых анимированных персонажей

С развитием технологий в 1980-е появились первые спрайты — небольшие двумерные изображения персонажей и объектов, которые использовались для создания анимации в играх. В начале 80-х популярность обрели аркадные автоматы, обладавшие достаточным количеством памяти для того, чтобы появились первые цветные игры. Появление цвета стало новым этапом в развитии игрового процесса. Например, в Pac-Man каждый призрак обладал уникальным цветом и отличался особенным поведением.

Так, для создания движущихся объектов и применялись спрайты – двумерные изображения. В Pac-Man ими являлись главный герой и его соперники.

Кроме того, данный период также отмечен появлением «Super Mario Bros.». Изображения для этой игры прорисовывались на целлулоиде, которые затем раскрашивали и оцифровывали. Сканеры того периода все еще не были способны отображать цвета корректно, поэтому их использовали для перенесения контуров, после чего полученное изображение дорисовывалось на компьютере.

По мере развития технологий стали появляться куда более мощные игровые приставки. В ход шли 8-битные консоли, поддерживающие до 64 цветов, затем 16-битные – до 512 цветов. Впрочем, неудобства, связанные с техническими ограничениями, все еще напоминали о себе.

Были и другие пути, по которым развивались видеоигры – так, например, в Rogue, ставшей прародительницей жанра roguelike, использовалась ASCII-графика (в которой для отрисовки объектов использовались текстовые символы), позволяющая генерировать локации, что добавляло уникальности каждому прохождению. Иной путь – интерактивное кино, как, к примеру, Astron Belt, в которой космический корабль являлся спрайтом, а фоном – заранее записанный фрагмент видео. Для игр данного жанра использовалась также и анимация.

Оживление мультяшных объектов происходило по тому же принципу, что и в мультипликации – несколько кадров, последовательно отражающие положения объектов, отрисовывались и затем объединялись, создавая иллюзию движения. Иногда прибегали и к ротоскопированию, при котором записывали видео с движением объекта, после чего покадрово отрисовывали его. Хороший пример - Prince of Persia, появившаяся в 1989 году: именно благодаря технике ротоскопирования она обладает такой плавной анимацией.

Революция в 1990-е: трехмерная графика и современная анимация

С развитием трехмерной графики в девяностые произошел значительный сдвиг в развитии игровой анимации. Игры стали использовать полноценные трехмерные модели персонажей и окружающей среды, что позволило создавать более реалистичную и детализированную анимацию.

Развитие 3D началось с полигональной сетки — набора треугольников (граней), придающих объектам форму. Затем эти треугольники «закрашивали» изображением, пиксели которого крепились к вершинам полигонов. В созданной еще в 1983 году «I, Robot» полигоны уже не походили на каркас, а были полностью заполнены цветом. Кроме всего прочего, было задействовано и освещение.

Wolfenstein 3D и Doom стали знаковыми играми, сыграв значительную роль в продвижении 3D. Даже несмотря на то, что от 3D в них присутствовало лишь трехмерное окружение, а объектами являлись спрайты.

В «Quake», в которой снаряды освещали окружение в реальном времени, отразилась эволюция освещения.

Начало 21 века и современность: синтез реальности и виртуальности

С развитием мощности вычислительных систем и возможностей графических процессоров в начале 2000-х годов игровая анимация стала более реалистичной. Так, в нулевых стал популярен метод затенения по Фонгу, при котором грани полигонов сглаживались, а на плоскостях возникали блики.

Создавались различные технологии, улучшающие качество изображения, например антиалиасинг, убирающий «зубцы» на краях объектов, рельефное текстурирование, визуально усложняющее изображение и добавляющее неровности, технология HDR, расширяющая диапазон яркости и позволяющая отображать как очень светлые участки, так и очень темные. Кроме того, набирали популярность и эффекты, добавляющие реализма и применяющиеся в постобработке, как, например, motion blur в Need for Speed: Most Wanted, «смазывающий» окружение, в то время как автомобиль несется на скорости.

В 10-х уровень изображения объектов максимально приблизился к фотореализму, и прогресс замедлился. Последний из более-менее значимых прорывов – возможности видеокарт, поддерживающих трассировку лучей – имитация реального отражения света на поверхностях объектов, например, на водной глади.

На картинке ниже видно четко, что физика поведения света и теней на обоих изображениях кардинально различаются.

Невозможно обойти стороной технологию захвата движений (motion capture), которая позволила разработчикам воспроизводить движения реальных актеров и переносить их в игровой мир, что существенно повысило уровень реализма и отображения эмоций персонажей.

Современная игровая анимация не только реалистична визуально, но и использует сложные алгоритмы симуляции физических явлений и искусственного интеллекта для создания более убедительного поведения персонажей и интерактивных объектов в играх. Это позволяет играм становиться более динамичными и адаптироваться к действиям игрока.