История технологий - CryEngine

Сегодня мы хотим представить вам новую серию статей в которой расскажем об истории развития технологий, которые повлияли на игровую индустрию. А начнем пожалуй с одного из самых знаменитых движков, который и по сей день остается флагманом среди своего поколения движков - CryEngine, от частной немецкой компании Crytek. Компания основана в 1999 году программистом Джеватом Йерли, студентом немецкого ВУЗа, который являлся уроженцем Турции, и его братьями - Авни Йерли и Фаруком Йерли.

Игры того времени имели ряд недостатков как в геймплее, так и в графическом плане. И вместо того, что бы жаловаться на разработчиков в интернете, Джеват и его братья начинают работу над своей собственной игрой. Для начала понадобился совершенно новый графический движок, работу над которым начали братья Ерли и собранная им команда разработчиков. Подбор кадров осуществлялся через интернет, задача оказалась не из легких, так как на то время идея создания совершенно нового революционного графического движка группой студентов казалась полным абсурдом.

Многие люди и до сих пор уверены, что все уже создано и даже пытаться не стоит, все равно ничего не выйдет, но это не про наших турков. Благодаря невероятному упорству и безумному трудолюбию была собранна высокопрофессиональная команда разработчиков, которая создает рабочую демо-версию движка, которую они продемонстрировали на Electronic Entertainment Expo в июне 2000 года. Демонстрация проводилась в ареале гигантского острова, населенного динозаврами.

Движок, не смотря на то, что он был создан студентами, охватывал огромную территорию и предоставлял недостижимую на то время детализацию и скорость обработки.

Их демонстрацию заметили представители американской компании nVidia и попросили Crytek подготовить презентацию для European Computer Trade Show 2000 в качестве демонстрации возможностей графического процессора nVidia NV16, который использовался в новейших на то время видеокартах GeForce 2 Ultra и GeForce 2 MX.

 

 

После демонстрации посетители выразили большой интерес к новинке. Невероятный успех сотрудничества с nVidia подталкивает братьев на основание собственной компании CryTek и они принимают решение превратить свою разработку в полноценный движок для создания собственных игр. После этого на основе движка было решено создать 2 игры — «X-Isle» и «Engalus», но ни одна из этих игр так и не была выпущена. 

 

 

CryEngine, как и все современные графические движки, является кроссплатформенным. Движок рендеринга поддерживает одновременно OpenGL, DirectX 8 и 9 версии. Движок рассчитан на открытые местности, но также хорош и для закрытых пространств. При всем этом в один игровой уровень вмещались локации до 3-х км.

Физическая система не использует сторонних движков, но это не сказалось на ее качестве. Физический движок поддерживал твердые тела, жидкости, транспортные средства, иммитации тканей, эффекты мягкого тела, Ragdoll'ы для технологии разрабатываемой внутри компании все вышло на высочайшем уровне.

Технология инверсной кинематики позволяла задавать моделям множественные анимации для создания реалистичного поведения. Система искусственного интеллекта позволяла использовать скрипты написанные на движке лоа вместо С++, уникальность которого заключается в том, что скрипты написанные на этом языке, не нуждаются в компиляции.

Для сетевого режима используется система-клиент сервер, которая позволяет максимально быстро и с минимальным количеством потерь осуществлять связь между игроком и сервером. Движок позволяет интегрировать DLL-библиотеки из 3DsMax и Maya благодаря софту самих CryTek под названием PolyBump. Так же главной особенностью движка является то, что в него можно встраивать новые модули написанные на языке программирования С++.

В общем счете движок подарил нам Far Cry, с множеством дополнений, и MMORPG AION. Разработчики из NCSoft приобрели для своей ММО именно Cry ngine хотя в последствии и перелопатили его под свои нужды, оптимизировав под специфику многопользовательских онлайновых игр.

Шейдерные технологии так же использовались в движке. После выхода самого движка в 2002 году, этот модуль доработан после выхода Far cry, добавив поддержку шейдеров версии 3.0, а версию движка назвали 1.2. В общей мере шейдеры позволяли использовать несколько визуальных эффектов, а именно попиксельное освещение, ухабистые отражения, преломления, пар, анимированные текстуры, прозрачные компьютерные дисплеи, окна, пулевые отверстия. Так же, благодаря шейдерам был организован туман на совершенно новом уровне, точнее он был более реалистичным в сравнении с другими существовавшими на то время движками.

Помимо внедренных щейдеров  движок так же использует технологию PolyBump, специальный способ для создания текстур, при использовании которого они кажутся ухабистыми. В отличие от Bumpmapping, где для создания объёмной текстуры используются карты нормалей, Polybump использует реальные полигоны. Это приводит к тому, что игры на движке CryEngine являются довольно процессорозависимыми. Однако эта версия движка содержала ряд ошибок, и потому патч был отозван. Позднее компания разработала версию 1.3, где были улучшены и отлажены прежние технологии, а также добавлены компрессии карт нормалей DXTC5 для видеокарт nVidia и 3Dc для видеокарт ATI. Также была добавлена технология Geometry Instancing.

3 августа 2004 года был официально выпущен «CryEngine MOD SDK» — набор дополнительных инструментов для движка CryEngine и редактор уровней игры в реальном времени Sandbox 1. CryEngine MOD SDK доступен для свободного скачивания. 15 сентября 2004 года вышла обновлённая версия «CryEngine MOD SDK», которая включала плагин PolyBump, инструмент «CryExporter» для импорта моделей из 3ds Max и Maya, а также руководство по работе с искусственным интеллектом. 10 мая 2005 года Crytek анонсировала патч для «Far Cry», который вносил в игру поддержку технологии AMD64.

30 марта 2006 года компания Ubisoft приобрела все права на игровой движок CryEngine, разработанный Crytek. Также были приобретены все права на компьютерную игру Far Cry. Ubisoft получила эксклюзивные права на всю интеллектуальную собственность игры и движка, включая торговую марку, логотип, персонажей, сюжет, франшизу, сеттинг, права на разработку и издание. Поэтому с этого момента Crytek не имела никаких юридических или законных связей с движком, не могла использовать ни сам движок, ни торговую марку CryEngine.

После выхода всех патчей от Crytek к игре «Far Cry» движок развивается в двух направлениях. Так как в 2006 году Ubisoft приобрела все права на CryEngine и Far Cry, то она продолжила развитие движка для игр Far Cry Instincts и Far Cry Instincts: Evolution под Xbox, Far Cry Instincts: Predator под Xbox 360, а также Far Cry Vengeance под Nintendo Wii. Как было сказано в официальном интервью с Луи-Пьер Фарандом, главным продюсером Far Cry 2, в движке Dunia Engine будет использоваться лишь 2-3 процента от кода оригинального CryEngine. Впоследствии компания Crytek использовала движок как основу для CryEngine 2.

 

CryTek продав все права на FarCry, решили заняться разработкой новой версии движка, а так же по пути создать новую культовую серию под названием Crysis. CryEngine 2 написан так же как и его предшественник на С++, но пожалуй главным его отличием стало то, что он не является кроссплатформенным. Единственная поддерживаемая им платформа OS Windows. Справедливости ради можно отметить, что его пытались портировать на консоли 7-го поколения - PS3, XboX 360 и Wii. Даже проводилось закрытое тестирование возможностей данного движка, но к сожалению, консоли этого движка так и не увидели. CryEngine 2 на момент своего выхода является самым технологически продвинутым и фотореалистичным движком по сравнению с конкурентами.

Для написания движка использовался интерфейс программирования приложений DirectX 9 и 10 версии. В движке CryEngine 2 присутствуют и усовершенствованы все технологии предшественника, CryEngine, а также присутствует много новых и инновационных графических технологий. Проработка уровней все так же осталась на высоте, даже улучшилась, CryEngine 2 все так же хорош на огромных открытых и закрытых локациях, но так же появилась система подкачки ресурсов которая позволяла заполнять уровни по мере продвижения игрока.

Движок рендера так же не является исключением. в зависимости от версии DirectX, а  так же от выбора разрядности 32х или 64х битной системы движок должен предоставлять разный рендер. Иногда разработчики не используют возможности 64х битной системы или более современный API.

Мощные инструментальные особенности позволяют разработчику анализировать производительность движка в реальном времени, создавать детализированные отчёты об использовании памяти, а также выполнять автоматизированный сквозной контроль каждого уровня, чтобы получить непротиворечивые и полные тестовые результаты.

Crytek была выгодна 64х битная архитектура, ведь размеры игрового уровня не уменьшились со времен FarCry, следовательно затраты ресурсов на его прорисовку значительно возросли. Это привело 32х битные системы к ограничению оперативной памяти и поддержка 64х битных систем с легкостью решала эту проблему. Все компоненты движка являются собственными разработками Crytek. Движок CryEngine 2 поддерживает и активно использует многопоточность в многоядерных процессорах и процессорах, использующих технологию многопоточности.

Из других интересных особенностей так же можно отметить технологию проецирования света которая поддерживает не только HDR и динамические тени, но так же вычисление света в качестве эффекта пост рендеринга такая световая технология называется SSAO. Алгоритм SSAO работает в режиме реального времени и имитирует рассеянное непрямое освещение и соответствующее затемнение в трёхмерном виртуальном пространстве.

 

Физический движок был разработан самими CryTek и называется CryPhysics - интегрированный в CryEngine 2 многопоточный физический движок реального времени. Огромный функционал созданой технологии позволял совершать разнообразные манипуляции с физикой и может быть применён к почти всем объектам на уровне, включая деревья и растительность, может реалистично моделировать реакцию этих объектов на такие воздействия, как гравитация, ветер, взрывы, трение и столкновение с другими объектами. Вероятно CryTek понадобилась своя физика для достижения оптимального результата от своей разработки.

Гибкая растительность, которая отвечает на воздействие ветра, дождя или движения персонажа, реалистически смоделированные интерактивные верёвочные мосты, физически управляемая анимация щупалец существ — всё это является лишь частью возможностей расширенной верёвочной физики.

Динамическая физика позволяет взаимодействовать на любой произвольный окружающий объект или форму, выборочно уничтожать строения, деревья или другие объекты, а потом взаимодействовать образовавшимися обломками и остатками. Движок использует заранее определённые характеристики разломов или разрушений объектов.

Новая система анимации персонажей CryEngine 2 значительно улучшила, по сравнению с анимационной системой CryEngine, анимацию людей, моделей и транспортных средств в реальном времени. Полностью интегрированный редактор персонажей предоставляет предварительный просмотр анимаций внутри редактора Sandbox 2. Система индивидуализации персонажей и параметрическая скелетная анимация создали более уникальных и живых NPC.

Используя адаптивную технологию сжатия ключевого кадра, CryEngine 2 может корректировать уровень сжатия, чтобы соответствовать той точности, которая нужна для любой данной анимации. Благодаря компрессии, которая незначительно искажает точность движения, стало возможным освободить по крайней мере до 90 % ОЗУ.

Патчи к игре Crysis вносят изменения и в движок, поэтому их выход можно считать продолжением развитием движка.

Патч 1.1, выпущенный 8 января 2008 года, вносит изменения преимущественно в движок:
улучшения режима SLI (большая производительность, поддержка технологии CrossFire);
улучшение общей производительности игры;
добавлена возможность настраивать Vertical Sync;
добавлена возможность управления уровнем размытия при движении (англ. Motion Blur UI) и уровнем «расфокусировки»;
исправлена ошибка, связанная со сменой разрешения при работе с Direct3D10;
исправлена ошибка, связанная с глубиной резкости и прорисовкой капель воды при работе с Direct3D10.

Патч 1.2, выпущенный 6 марта 2008 года, также содержал изменения и оптимизации игрового движка:
добавлены мультисемплинговые шейдеры для отображения теней;
исправлены утечки памяти в режимах с использованием FSAA.
оптимизировано удаление остатков уничтоженных объектов в режиме DX10;
оптимизировано размытие в движении при очень высоких настройках изображения в режиме DX10;
исправлены утечки памяти при отображении растительности и уничтожаемых объектов.
Развитие движка в играх Crysis Warhead и Crysis Wars

После анонса дополнения Crysis Warhead, стало известно, что в аддоне будет существенно улучшен и оптимизирован движок. После выхода Crysis Warhead 18 сентября 2008 года многие независимые обозреватели действительно увидели и подтвердили оптимизацию движка. Однако стало известно, что для оптимизации разработчики уменьшили дальность прорисовки объектов и сделали уровень детализации более «агрессивным». Сайт Overclockers так прокомментировал этот факт: «Уменьшена дальность прорисовки, причем это умело скрыто за эффектами изменения глубины резкости. Ранее движок более старательно прорисовывал детали дальнего плана.».

Кроме оптимизаций, было переработано большое количество моделей и текстур. Также была внедрена новая система освещения. Для выставления самых высоких настроек («Very High») не нужно использовать ОС Windows Vista и библиотеку DirectX 10, как в случае с Crysis. Самые высокие настройки, в отличие от Crysis, стали доступны и на Windows XP и на DirectX 9.

Неожиданностью для многих обозревателей стало то, что в Crysis Warhead и Crysis Wars была убрана поддержка 64-битных систем, которая присутствовала во всех предыдущих играх Crytek. Разработчики обещали добавить поддержку 64-битных систем в одном из патчей. Предполагалось, что её отсутствие в играх связано с отсутствием подходящих для 64-битных программ систем защиты от копирования. Поддержка 64-битных систем для обоих игр была добавлена в патчах. 4 ноября 2008 года вышел патч 1.1 для Crysis Wars, а 30 января 2009 года вышел патч 1.1 для Crysis Warhead, — оба патча добавили в игры поддержку 64-битных ОС.

В конце ноября 2007 года, задолго до анонса Crysis Warhead, появилась новость от главного аниматора Crytek Стивена Бендера. Он коротко рассказал об улучшениях в графической и технологической составляющих новой игры Crysis 2, а также о сюжете. В частности, в Crysis 2 планируется улучшение качества текстур, а также скелетной и лицевой анимации персонажей. Более того, в Интернете появились несколько скриншотов Crysis 2, однако их достоверность поставлена под сомнение.

В интервью австралийскому сайту GameSpot в конце сентября 2008 года Джеват Ерли во второй раз за месяц затронул тему игровых приставок следующего поколения, заявив, что одновременно с их появлением на рынке — в 2011—2012 года — произойдёт очередной прорыв в качестве игровой графики. «Следующий прорыв в графике произойдёт в 2011/2012 годах; конечно же, он будет связан с выходам на рынок нового поколения консолей, — отметил Йерли. — PS4, Xbox 720 и соответствующий им по мощности РС позволят разработчикам создавать игры, качество графики в которых не будет сильно уступать современному CG».

Как и в случае со своими предшественниками невозможно было предположить чего же ждать от CryEngine 3. Но на самом деле движок может как удивить, так и огорчить. CryEngine 3 официально анонсирован 11 марта 2009 года, 14 октября 2009 года состоялся официальный релиз движка. Первая игра, для которой было анонсировано использование CryEngine 3 — шутер от первого лица Crysis 2.

В центре логотипа движка расположен назар — традиционный турецкий амулет от сглаза.

CryEngine 3 является кроссплатформенным движком, он поддерживает IBM PC-совместимые компьютеры и игровые консоли Microsoft Xbox 360 и Sony PlayStation 3. Также заявлена поддержка консолей следующего поколения, о чём неоднократно заявлял Джеват Ерли: «Наш CryEngine 3 уже готов к следующему поколению консолей и позволяет компаниям разрабатывать передовые игры и для этого поколения консолей, и для следующего».

В конце марта 2010 года в интервью журналу GameReactor Джеват Йерли сообщил, что разработчикам из Crytek пришлось столкнуться с рядом проблем при разработке CryEngine 3 для консолей: «Самым сложным стал процесс масштабирования CryEngine 3 для консолей, при сохранении качества картинки и должного уровня производительности. Конечно же, проблемы возникали, однако мы очень гордимся тем, что нашей команде удалось их преодолеть».

Движок написан с учетом поддержки DirectX 11, но первая игра вышедшая на CryEngine 3 полностью игнорировала этот API, так же как и DirectX 10, до выхода соответствующего патча который исправлял этот недочет. CryTek вероятнее всего поступили так из-за желания сделать Crysis 2 кроссплатформеным. Ведь главным недостатком only PC было то, что на каждую купленную копию игры приходилось 10 пиратских скачиваний, поэтому консолям и было уделено особое внимание.

Движок изначально ориентирован на следующее поколение консолей, но трудностей с седьмым поколением возникать не должно. Некст ген консоли позволят движку раскрыть весь потенциал мощнейшего CryEngine 3. Интересный факт, что портирование Crysis на консоли осуществлялось при помощи 3-й версии движка, а не второй и как заявили сами разработчики, седьмое поколение консолей просто на просто не потянет CryEngine 2. Это не означает что движок стал слабее, это означает, что движок стал более оптимизированным и даже с относительно не высокими ресурсами можно достичь красивой картинки.

Первое нововведение движка - это обновление модуля HDR, а если подробнее, то добавление в него рендеринга гамма коррекции. Главное преимущество HDR над LDR, старым и менее ресурсоемким режимом рендеринга освещения, является количество цветов. В HDR их намного больше, что позволяет более реалистичную картину происходящего. к тому же именно HDR позволяет воспроизводить такие эффекты как: глубина резкости, размытость движения, адаптация глаз и множество других. В каждом из пунктов есть что сказать об отличиях платформ, в данном случае PC геймеры получили большее количество цветов. Благодаря новой технологии лежащей в основе новых видеокарт на PC. Каждая тень в игре динамична, на PC тень обновляется каждый кадр, а на консолях синхронизируется в течении нескольких кадров. на высоких настройках PC тень будет отбивать практически каждый объект. В целом для проектирования освещения на картах используется модифицированный гибрид из двух технологий SSAO и глобальное освещение.

Вода в Crysis 2 организована с помощью той же технологии, что и в первой части, за исключением естественной генерации волн. Такой эффект достигается с помощью смещения вершин поверхностей.

Технологию сглаживания, которую CryTek назвали Post-MSAA, они же признали новшевством в игровой индустрии. MSAA даёт несколько худшее качество графики, но и обеспечивает огромную экономию вычислительной мощности. Их собственная техника работает путем сбора информации про предметы сглаживания и проектировании их на экране игрока

Шейдеры в CryEngine 3 пишутся единоразово на языке программирования высокого уровня, а затем автоматически компилируются под каждую платформу. Вывод шейдеров оптимизируется через настройки художника и под ту трёхмерную среду, в которой данный шейдер будет использоваться. Благодаря этому становится возможным создание таких эффектов, как: «эффект невидимости», мокрые, грязные и замороженные поверхности, которые могут быть «наслоены» одна на другую и объединены с другими шейдерами, симулирующими такие эффекты, как металл, стекло и другие. CryEngine 3 поддерживает попиксельное освещение реального времени, отражения, преломления, эффекты объёмного жара и анимированные текстуры для симуляции окон, пулевых отверстий, поверхностей с солнечными бликами и много других эффектов. Шейдеры CryEngine 3 используют унифицированную шейдерную архитектуру, которая стала доступна начиная с Direct3D 10.

«Übershader» представляет собой одну шейдерную программу со многими особенностями: от одного до четырёх источников света, типы источников света, кубические карты отражений, туман, детализированные текстуры, карты нормалей, зеркальные текстуры и др. Могут быть сгенерированы миллионы комбинаций Übershader. В Übershader используется динамическое ветвление, разделение на множество проходов, уменьшение комбинаций и принятие вариантов с меньшей функциональностью и меньшей требуемой производительностью. Используется асинхронная компиляция шейдеров и распределённая система заданий для компиляции шейдерного кеша.

CryEngine 3 поддерживает технологию Ati Eyefinity, которая присутствует в графических процессорах Radeon серии 5xxx. Данная способность была продемонстрирована Карлом Джонсом 11 сентября 2009 года, сразу после общественной демонстрации технологии Ati Eyefinity. Джонс показал демонстрационное видео CryEngine 3, которое было запущено на видеокарте Radeon 5xxx и на шести дисплеях. При этом суммарное разрешение выводимой «картинки» составляло 5 760 x 2 160 пикселей, хотя теоретически максимальное поддерживаемое разрешение составляет 7 680 x 3 200 пикселей.

На PC различие между высокими настройками и экстремальными настройками в количестве и быстроте эффектов. Но новых оно не добавляет. Высокие настройки соответствуют тому же уровню графики, что и выдают консоли. Оптимизация движка так же была замечена и разработчиками ММО игр. Не так давно, сами CryTek анонсировали свою игру WarFace, которая распространяется по модели Free-to-play и построена на упрощенной версии движка.

Подытожив все выше сказанное, можно сказать, что CryTek создали не просто игровой движок, CryTek создали технологию, которая стала эталоном и задала планку качества для всех остальных разработчиков. CryEngine и FarCry в свое время принесли компании невероятный успех. Не останавливаясь на достигнутом, CryTek продают все права и сосредотачиваются на работе. Вместо того, что бы собирать и выжимать все из серии, CryTek создают новый движок и новую легендарную серию игр. CryEngine 2 вобрал в себя все плюсы своего предшественника и активно использует технологии своего времени. CryEngine 3 так же стал довольно успешным. Несмотря на то, что главная его особенность - оптимизация всех старых компонентов, благодаря этому можно проектировать все эффекты даже на слабых компьютерах.