История технологий - id Tech Engine

ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ТЕХНОЛОГИИ

 

Начнем пожалуй с предистории, с движка, который заложил фундамент для создания современных игр, а именно с Wolfenstein 3D engine. Wolfenstein 3D engine относится к псевдотрехмерным движкам - это означает, что графика Wolfenstein 3D engine пытается имитировать трёхмерное игровое пространство, но не является трёхмерной. Движок разрабатывался преимущественно Джоном Кармаком, главным программистом компании id Software, для игры Wolfenstein 3D, вышедшей 5 мая 1992 года.

  

Для своего времени движок обладал на самыми революционными технологиями и возможностями, но являлся самым оптимизированным под низкие системные требования и любое игровое железо того времени. 

ОСОБЕННОСТИ Wolfenstein 3D engine

Все объекты в нём отображаются в виде спрайтов - двумерных рисунков, изменяющих размер в зависимости от расстояния. Спрайты использовались во всех 2.5D движках и в первых трёхмерных играх, например, движок BUILD-engineи и игры DukeNukem3D, Shadow Warrior, Exhumed и Redneck Rampage. Связано это с тем, что использование спрайтов вместо текстур снижает ресурсопотребление.

Для отсечения невидимых стен и их граней используется рейкастинг. Рейкастинг - технолгия, которая в реальном времени анализирует и отображает 3D положение на 2D экран с учетом дальности нахождения от сторон.

Движок так же реализует VGA графику, текстурированные стены и возможность использования звуковой карты вместо встроенного динамика.

ОГРАНИЧЕНИЯ Wolfenstein 3D engine

Большинство ограничений данного движка были связаны с тем, что игровая карта размещалась на двухмерной сетке, т.е. фактически была двухмерной. Невозможным так же было движение по вертикали. Особенное представление создавало илюзию трехмерности. Так появилось понятие 2.5D движков. В нём не поддерживается различие геометрической высоты, различия в освещенности. Стены могут быть ориентированы только как «север-юг» или «запад-восток». Движок исключает так же наличие наклонных поверхностей.

Интересный факт - согласно слов Джона Кармака, игровой движок был создан под вдохновением от технологической демоверсии компьютерной ролевой игры от первого лица Ultima Underworld: The Stygian Abyss в 1991. Кармак утверждал, что сможет создать более быстрый визуализатор, в чём и преуспел. 

id Tech 1 ENGINE

id Tech 1 — движок, разработанный американской компанией id Software и применяемый в компьютерных играх Doom, Heretic, HeXen, Strife, HacX и других играх, созданных по лицензии. Так же является псевдотрехмерным движком, но в этот раз упор в разработке был не на быстродействие движка, Wolfenstein 3D engine стал основой, которую следовало доработать. Первоначально написан на компьютерах NeXT, затем, для первого релиза Doom был портирован под DOS, а позднее ещё на несколько игровых консолей и операционных систем.

ОСОБЕННОСТИ ДВИЖКА

Сразу же перейдем к особенностям движка и его отличиям от предшесвенника Wolfenstein 3D engine. Во-первых пол и потолок теперь могут иметь любую высоту и ориентация стен не обязательно в направлении «север-юг» или «запад-восток». Появилась изменяющаяся освещённость, повышаюшая реалистичность графики.

Лифты, дистанционно открывающиеся двери, опускающиеся и придавливающие потолки, поднимающиеся ступеньки и другие движущиеся элементы. Внедрение технологий, которые позволяли перевещаться в высоту, что положительно повлияло на геймплей. Теперь персонажи могли прыгать, падать с крыш и летать по воздуху.

Звуковая подсистема поддерживала стереозвук и микширование до 8 эффектов одновременно. Стереозвук позволял воспроизводить звук с разных сторон от игрока, повышая тем самым реалистичность игры.

Персонаж при движении покачивался вверх-вниз, что создало иллюзию ходьбы. Разрешалось подключение дополнительных модулей с уровнями, графикой и звуками. Идея расширяемости пошла от Джона Кармака, который сам модифицировал игры и хотел, чтобы другие это делали.

НЕДОСТАТКИ ДВИЖКА

Лабиринт(карта уровня) имеет горизонтальный пол с потолком и вертикальные стены. Лабиринт создавался таким образом, что две комнаты не могут находиться одна над другой. Таким образом, карта уровня является совершенно двухмерной.

Недоработки в системе перемещения по высоте создавало много несоответствий и багов игрового процесса, так, например платформа могла двигаться только вверх и вниз без возможности движения влево и вправо. Во всей игре масштаб спрайтов и текстур постоянный. Поэтому было невозможно установить высокодетализированный плакат на менее детальной стене. Авторы так и не проработали вертикальные столкновения объектов. Поэтому ирок не имел возможности пробежать под летящим какодемоном или, разогнавшись на какой-нибудь крыше, перепрыгнуть через факел.

Игра не делала и других проверок по оси Z — например, рыскающий в подвале имп вполне мог нанести повреждения игроку, находящемуся в паре сотен метров выше, на чердаке, а взорвавшаяся у основания здания ракета наносила урон монстру на крыше. Игрок мог использовать переключатели вне зависимости от высоты.

Особая структура уровня требовала прорисовки всего уровня перед его запуском. Сборка происходит автоматически - на компьютерах того времени менее чем за минуту, тем не менее, это мешало просматривать уровень в реальном времени прямо по ходу редактирования. К тому же двоичное разбиение делило стены на «отрезки» — это усложняло геометрию уровня. Такое разбиение называется BSP-дерево (Binary Space Partition) и используется для обнаружение столкновений и сортировки визуальных объектов в порядке удаления от наблюдателя.

По этой же причине лифты и платформы могут двигаться вверх-вниз, но не в горизонтальной плоскости. Ограниченное горизонтальное движение в Hexen не могло сравниться в мощи с вагончиками Duke Nukem 3D. Высота текстуры, если та повторяется по вертикали, должна всегда равняться 128 текселям. Для неповторяющихся текстур это не требуется. Исправлено в многочисленных портах Doom.

СИСТЕМНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ДЛЯ id Tech 1 ENGINE

id Tech 2, прежде известный как Quake II engine, — игровой движок, разработанный Джоном Кармаком в 1997 году. Движок, помимо того, что это был первый 3D движок, имел множество нововведений, которые повияли даже на современное игровое сообщество. Хотя движок разрабатывался в первую очередь для игры Quake II, позднее его лицензировало множество других разработчиков. Дерево развития движков Quake иллюстрирует, какие игры и движки основаны на id Tech 2.

 

Процессоры 1997го года были все еще слабыми, что исключало поддержку пошаговой прогрузки уровня, как порталы в Build engine. Формат уровней все так же использует BSP-дерево. Дополнительно к нему движок использует технологию Скайлайн - полигоны уровней просчитываются сначала сверху, до условной границы-горизонта не как смоделированно в уровне, а как видит персонаж, затем снизу.

Кармак разрабатывал интерфейс для дизайна уровней, который позволял гораздо быстрее разрабатывать игру так как сама компиляция занимала несколько часов. Так же были использованы разные трюки оптимизации - во время самой компиляции система по средствам разных алгоритмов разделялась на два пространства которое должен был видеть игрок и не должен был видеть. Пространство, которое игрок видел, игра удаляла, что действовало как бы оптимизацией во время игрового процесса, но все равно на расчет требовала много времени. Для работы данного метода требовалась полная герметизация уровня.

Для неба была использована одна статичная SkyBox текстура, которая могла растягивать сама себя во время компиляции для придания эффекта безкрайнего горизонта.

В движок были встроены функции, которые позволяли нанести изменения геометрии уровня т.к. процесс компиляции занимал слишком много времени, данные функции упрощали жизнь разработчикам.

Вместо статического освещения движок стал использовать трехмерные источники света и метод лайтмапов — карт освещения, в которых световые данные для каждой поверхности являются предварительно рассчитанными и сохранены как изображения в файлах. Для создания предрасчётных карт теней id Software использовала метод radiosity. Лайтмапы используются для определения того, какую интенсивность света должна получить каждая модель, но они не определяют направление, из-за чего можно было наблюдать что тени иногда шли независимо от направления ламп или просто висели на воздухе. Кроме того в програмном рендеринге свет был простым и белым, а в аппаратном, то есть в OpenGL, был цветным. Цветное освещение в 3d action было впервые реализовано именно в этом движке.

Другой интересной особенностю было разделение рендерера на компоненты, которые находились в отдельных DLL-файлах. Именно это позволило включить в движок два рендерера, которые находились в отдельных файлах. Также это позволяло модифицировать движок для игр. Игровая логика была также вынесена в отдельные файлы по двум причинам:
id Software могла опубликовывать исходный код этих библиотек, в то же время сохраняя закрытым исходный код самого рендерера  других частей движка. Так как библиотеки были откомпилированы для родной платформы вместо интерпретирования, они могли работать быстрее, чем аналогичные компоненты Quake, которые должны были выполнять игровую логику QuakeC в ограниченном интерпретаторе.

  

СИСТЕМНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ДЛЯ id Tech 2 Engine

id Tech 3 ENGINE

 

1999 году вышел движок idTech 3,который дебютировал с Quake III Arena. Первоначально движок носил имя Quake 3 Engine, однако с разработкой нового движка компании id Software, id Tech 4 и переходом на другую схему наименования разработанных движков, его стали называть id Tech 3. Движок id Tech 3 не базируется на id Tech 2 и был написан с чистого листа. На момент выхода первой игры на данной технологии, конкурентами движка на рынке считались Unreal Engine первой и второй версии и первые версии движков Lithtech.

Технологические особенности движка заметно улучшились за два года после выхода idTech 2. Первым самым заметным изменением было использование трехмерных моделей формата MD3. Возможности анимации в MD3-формате значительно превосходят таковые в формате MD2, который использует движок id Tech 2. MD2 модели имели ограничение на количество кадров в секунду(на создание анимации всего 10 кадров), а в MD3 такого ограничения нет. Это позволяет создавать более масштабную и реалистичную анимацию, чем на движке Quake II.

Другой важной особенностью формата MD3 является то, что модели могут состоять из нескольких частей, скрепленных друг с другом. Таким образом, каждая часть тела персонажа, например, торс, ноги и голова могут двигаться независимо друг от друга. Каждая часть модели может иметь свой набор текстур.

Движок имеет несколько вариантов освещения в зависимости от пользовательских настроек. Помимо карт освещения движок использует метод затенения по Гуро. Принцип метода состоит в последовательном вычислении нормалей к каждой из граней трёхмерной модели и дальнейшего определения нормалей вершин путём усреднения нормалей всех примыкающих к вершине граней. Далее на основании значений нормалей по выбранной модели отражения вычисляется освещённость каждой вершины, которая представляется интенсивностью цвета в вершине. Движок способен освещать модели цветным освещением. Значение цвета освещения бралось из так называемой цветовой решетки. Это свойство предоставляло на то время очень продвинутое качество освещения.

id Tech 3 способен работать с тремя различными типами теней. Первый, относительно простой, так называемый "пузырь" или капельная тень - символизировала тем самым тень персонажа на полу. Второй создаёт непрозрачные черные тени с резкими краями. Третья рисует вторую полупрозрачно в зависимости от освещения объекта. Все эти тени не "оглядывались" на геометрию уровня и запросто "утопают" в стене.

В движке реализована виртуальная машина позволяющая выполнять части кода независимо от основной программы. Это позволило более гибко изменять сам движок, но и более просто портировать игры на разные платформы, включая UNIX поодобные системы. В движке реализованы не аппаратные шейдеры, а програмные в виде скриптов. Более того эти шейдеры не ограничивались только визуализацией но и содержали описание объекта, света, которое она излучает и звук, если персонаж прошел по ней или нырнул в воду, и т. д. 

 

СИСТЕМНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ДЛЯ Id Tech 3 ENGINE

id Tech 5 ENGINE

 

id Tech 5 является кроссплатформенным ПО, предназначенным для использования на персональных компьютерах, компьютерах Macintosh и игровых консолях Playstation 3 и Xbox 360. Главной особенностью idTech 5, как и его предшественников, была и остается то, что он написан на OpenGL, а не DirectX. Движок id Tech 5 используется в играх: Rage, Wolfenstein: The New Order и The Evil Within.

Впервые id Tech 5 официально анонсирован на конференции Apple’s Worldwide Developers Conference, которая прошла в Сан-Франциско 11 июня 2007 года. Демонстрация происходила на восьмиядерном компьютере Apple Macintosh, однако демонстрационная версия использовала только одно ядро и однопоточную реализацию API OpenGL. В качестве видеокарты использовалась Quadro 7000 с 512 Мбайт видеопамяти.

На E3 2007, которая проходила с 11 по 13 июля 2007 года в Санта-Монике, Калифорния, движок был показан потенциальным лицензиарам, но не публике. Первая реальная общественная демонстрация состоялась на QuakeCon 2007 во время ежегодного лейтмотива, проведенного самим Джоном Кармаком. Тогда было заявлено, что id Tech 5 будет использоваться в новой разрабатываемой игре от id Software - Rage, которая была основана на полностью новой интеллектуальной собственности.

На QuakeCon 2007 Джон Кармак, ведущий разработчик игровых движков в id Software, заявил сайту «LinuxGames» о своём стремлении минимализировать использование в движке сторонних коммерческих технологий, которые в конечном счёте не дадут возможности сделать движок открытым. Следовательно, в конечном счёте будет опубликован исходный код id Tech 5, как и его предшественников.

При демонстрации движка было использовано около 20 ГБ текстурных данных и полностью динамический изменчивый мир. В движке используется расширенная технология MegaTexture, которая использует текстуру с разрешающей способностью до 128 000 × 128 000 пикселей (в 16 раз больше по сравнению с последней версией id Tech 4, где использовалась текстура размером 32 768 × 32 768 пикселей).

Из-за скрытной политики id Software, полной информации о движке нет, но можно сделать некоторые выводы. id tech 5 использует все еще шейдеры версии 3.0, что равносильно DirectX 9.0. Отличия данной версии движка от предшественника заключается в двух особенностях, первая - это использование технологии Penumbra. Технология позволяет создавать более сглаженые полутени в процессе рендера, а эффект достигается при помощи теневых карт. Это не похоже на метод затенения движка id Tech 4, где тени получаются с очень резкими краями. Вторая - это доработка технологии мега текстур.

СИСТЕМНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ ДЛЯ id Tech 5 ENGINE