Sotto la Scocca

Illuminazione e dintorni – Sotto la Scocca

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Uno degli aspetti grafici più importanti in un videogame è l’illuminazione. Tanti poligoni, effetti e texture dettagliate possono essere uccise da l’un’illuminazione pessima, e viceversa. Lo “spessore” che un’illuminazione dinamica e realistica può portare in […]

Uno degli aspetti grafici più importanti in un videogame è l’illuminazione. Tanti poligoni, effetti e texture dettagliate possono essere uccise da l’un’illuminazione pessima, e viceversa. Lo “spessore” che un’illuminazione dinamica e realistica può portare in […]

17 Agosto 2017

Uno degli aspetti grafici più importanti in un videogame è l’illuminazione. Tanti poligoni, effetti e texture dettagliate possono essere uccise da l’un’illuminazione pessima, e viceversa. Lo “spessore” che un’illuminazione dinamica e realistica può portare in un mondo di gioco è tangibile. Noi come esseri umani riceviamo molte informazioni attraverso gli occhi e l’illuminazione cambia come percepiamo un ambiente emotivamente. Per questo nei giochi, come nel cinema, è essenziale saper gestire questo aspetto. Nella ventina di anni che sono passati dall’introduzione della grafica 3D a oggi sono stati fatti passi da giganti nel campo. Per poter replicare l’illuminazione nei giochi bisogna prima studiare quella nel nostro mondo.

Il famoso Ray tracing è una tecnica molto accurata che percorre i raggi di luce e ne analizza l’interazione con tutti gli oggetti della scena, ma richiede tantissima potenza e non è applicabile in tempo reale in modo pratico, quindi è più utile al mondo di Hollywood. Il mondo dei videogiochi ha sempre avuto a che fare con mondi dinamici che cambiano in tempo reale e la velocità di esecuzione del codice vince su tutto. La soluzione alla lentezza è prendere il problema reale e semplificarlo fino a quando non si ha un modello veloce.

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Illuminazione di Lambert. Si comporta molto in modo ON/OFF

I primi esempi di illuminazione nel mondo 3D passavano per pratiche estremamente semplici: si prendevano le texture e le si schiariva e/o scuriva a seconda di come l’illuminazione sarebbe dovuta essere in una determinata zona. Poi nacque il concetto di fonte di luce che propaga illuminazione. Questa viene fatta in due passaggi generalmente: la fonte di luce spara un fascio che colpisce gli oggetti di gioco. Ogni oggetto di gioco ha associati diversi parametri di come deve rispondere alla luce. La combinazione delle proprietà di questi due oggetti genera luci ed ombre.

Tra questi sistemi vale descriverne brevemente due. Il primo è il metodo Lambert, che permette di generare solo illuminazione diretta. Il fascio di luce che si scontra contro un oggetto controlla le “normali” della superficie. Una normale è un vettore, una freccia per così dire, che è perpendicolare rispetto alla superficie. È un modo per poterne identificare il verso rispetto al mondo. In base all’inclinazione reciproca tra il punto luce e le normali, viene generata l’illuminazione. Questa però è molto semplice e piatta perché non considera numerosi fattori. All’illuminazione Lambert si aggiunge quella di Phong, che aggiunge i pezzi mancanti: la riflettività degli oggetti e il loro livello di brillantezza. Queste informazioni sono integrate nell’oggetto di gioco che quindi risponderà alla luce in modo più naturale.

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Principi di Global Illumination che considera tutte le fonti di luce dirette ed indirette

Con il passare del tempo i modelli sono stati complicati sempre di più. I sistemi che fanno uso di “illuminazione globale” o “global illumination” in inglese, non considerano solo l’illuminazione diretta, ma anche quella riflessa. Questo metodo se applicato in modo certosino risulta essere molto pesante in un videogioco e pertanto si trovano vari accorgimenti. Alcune scene fanno uso di illuminazione globale statica ad esempio, precalcolata ed immutabile. Ottima per gestire scenari d’impatto con poca interazione da parte del giocatore. Spesso si cercano di combinare tecniche in tempo reale più leggere a tecniche precalcolate per offrire qualità unita a dinamismo. Al momento, il gioco con la miglior realizzazione di illuminazione globale è Quantum Break di Remedy.

Un’altra tecnica usata per illuminare è quella dell’illuminazione ambientale. Questa è un’illuminazione piatta ed omnidirezionale che si genera da un singolo punto. È utile per vedere che effetto fa una scena e per testare eventuali riflessi, ma usata in combinazione con l’occlusione ambientale può generare informazioni molto interessanti.  L’occlusione ambientale, abbreviata con AO dall’inglese, è un sistema che controlla quanto sono esposti all’illuminazione ambientale i punti di un oggetto, andando a scurirli per rappresentare le “ombre interne” degli oggetti. Questo metodo viene usato insieme ad illuminazione dinamica per approssimare l’illuminazione globale. L’effetto dell’AO sulle scene è davvero forte e elimina molto la piattezza di tanti scenari.

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Il VXAO di Rise of the Tomb Raider è fenomenale. Cliccate sull’immagine per una comparazione interattiva.

Un altro sistema che combina tanti tipi di informazioni è il Physical Based Rendering, o PBR. In questo caso si cerca di far sì che la riflettività delle superfici sia quanto prossima a quella delle superfici nella realtà. Questo porta in genere a poter identificare un materiale in un gioco proprio da come reagisce alla luce. A mio parere rende davvero molto bene sui personaggi, che possono essere vestiti a strati con ogni parte in grado di comunicare il suo “peso” molto meglio. Tutte queste tecnologie sono al servizio degli artisti che poi devono usarle per creare il mondo di gioco e trasformare gli artwork preparatori in veri e propri livelli. Un cattivo lucista può fare orrori anche con le migliori tecnologie e viceversa.

Perché ho fatto questo excursus? Volevo evidenziare come Nintendo, con il suo rimanere indietro tecnologicamente, ha sempre prestato il fianco sotto questo punto di vista alla concorrenza. Il PBR, l’AO, la GI, sono tutte tecnologie usate dall’inizio della generazione corrente. Nuove tecnologie e più potenza permettono agli artisti di potersi esprimere al meglio. Non c’è bisogno di elogiare ancora una volta la bravura degli sviluppatori Nintendo. Per questo spesso ci può essere il desiderio di avere più potenza sotto la scocca: per dare libero sfogo alla creatività. Credo che Wind Waker HD sia uno degli esempi migliori di quanto un’illuminazione moderna possa far cambiare la percezione di un’ambientazione.

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Quanta differenza fanno le ombre nuove ed il bloom? Tanta.

Nintendo ora con Switch però ha una macchina più capace, una GPU più moderna e può provare ad implementare queste tecnologie nei suoi progetti futuri qualora lo ritenga opportuno. Sappiamo che Fifa 18 userà il PBR per i suoi calciatori così da renderli un po’ più realistici che in passato e Fast Racing Neo usa molti sistemi moderni a risoluzione piena senza restrizioni. Anche Super Mario Odyssey mostra qualche effetto di riflessione un po’ più complesso del solito che aumenta la personalità delle ambientazioni. Possiamo dire che il futuro sarà sicuramente più radioso di prima.