Модуль 3: Освещение в игровых локациях Принципы освещения Тени, отражения и объемный свет (SSAO, Ray-Tracing) Динамическое и статическое освещение в игровых движках кратко

Принципы освещения в реальном времени и преподготовленное освещение

Освещение — один из важнейших элементов визуальной составляющей игры. Оно не только придает объем и атмосферу, но и влияет на восприятие игрового процесса.

Освещение в играх напрямую влияет на наше восприятие происходящего на экране — и даже может являться основой геймплея. Как и в реальном мире, это понятие комплексное, едва ли реализуемое при помощи одного метода.

Пожалуй, ближе всего к этому смогла приблизиться трассировка лучей — простая по своей концепции, но требовательная к вычислительным ресурсам системы. И та получила свое развитие в игровой индустрии сравнительно недавно, с началом эпохи RTX. А ведь геймдев развивается гораздо дольше — и к сегодняшнему дню разработан уже не один метод симуляции распространения света в игровой сцене.

Освещение в реальном времени (Real-time lighting):

• Свет рассчитывается прямо во время игры, в каждом кадре.

• Позволяет создавать динамичное освещение: смена дня и ночи, движущиеся источники света, вспышки и т.п.

• Примеры: фонарик игрока, вспышки выстрелов, солнце, которое движется по небу.

• Задействует ресурсоемкие технологии: теневые карты (shadow maps), освещение по физике (PBR), Ray Tracing.

• Требует оптимизации: ограничение количества источников света, использование LOD и т.д.

Преподготовленное освещение (Baked lighting):

• Свет «запекается» в текстуры или lightmap'ы на этапе сборки сцены.

• Практически не требует ресурсов во время выполнения.

• Идеально подходит для статических объектов.

• Не поддерживает подвижные тени и источники света.

• Часто используется в интерьерах или фиксированных сценах.

Смешанное освещение (Mixed lighting):

• Комбинирует элементы baked и real-time света.

• Например, статическое окружение освещено baked светом, а подвижные объекты получают real-time тени.

Прямое освещение, глобальное освещение, трассировка лучей, растеризация — разбираемся в понятиях

Для лучшего понимания, из чего вообще состоит освещение в играх, разделим его на два этапа:

• Первый — прямое освещение (direct light). Это свет, исходящий непосредственно от источника (лампа накаливания, огонь, солнце), который затем проходит сквозь сцену и попадает в какую-то поверхность — например, террейн или любой другой внутриигровой объект.

• Второй — непрямое освещение (indirect light) или глобальное освещение (global illumination), которое, попадая на поверхность, отражается от нее в разных направлениях и тем самым освещает другие поверхности вокруг. В зависимости от отражательной способности материала, такие переотражения могут происходить неоднократно то тех пор, пока световая энергия источника не истощится.

Тени, отражения и объемный свет (SSAO, Ray-Tracing)

Тени:

• Позволяют видеть форму, глубину и расположение объектов.

• Основные типы:

  • Hard shadows — жесткие, резкие тени.

  • Soft shadows — более реалистичные, с градиентом по краям.

• Технологии:

  • Shadow Maps — наиболее распространенный способ.

  • Ray-Traced Shadows — высококачественные, но требовательные.

Отражения:

• Помогают создать реалистичную среду.

• Типы:

  • Screen Space Reflections (SSR) — быстрые отражения из пикселей экрана.

  • Cube Maps — отражения с помощью заготовленных карт.

  • Ray Traced Reflections — самые точные, требуют RTX-совместимых GPU.

Объемный свет:

• Создает эффект «света в воздухе», например, лучи солнца в тумане.

• SSAO (Screen Space Ambient Occlusion):

  • Добавляет теневые углубления между близкими объектами.

  • Делает сцену глубже и выразительнее.

• Volumetric Lighting:

  • Используется для симуляции частиц в воздухе, тумана, дыма.

  • Эффект "god rays" — один из популярных примеров.

Ray Tracing:

• Модель трассировки лучей в реальном времени.

• Обеспечивает фотореализм: отражения, преломления, тени.

• Поддерживается в Unity HDRP и Unreal Engine (начиная с UE4.22).

• Высокие требования к производительности → требует DLSS/FSR и RTX.

Динамическое и статическое освещение в игровых движках (Unity, Unreal Engine)

Unity:

• Поддерживает три типа источников света: Realtime, Baked, Mixed.

• Baked lighting осуществляется через Lightmap'ы.

• Realtime Light может использовать Shadowmask или Distance Shadowmask.

• HDRP (High Definition Render Pipeline) — для фотореализма и RT.

• URP (Universal Render Pipeline) — для кроссплатформенности.

Unreal Engine:

• Работает с тремя основными источниками света: Static, Stationary, Movable.

• Использует Lightmass для запекания света.

• Stationary Light может быть как запеченным, так и реальным.

• Lumen (с UE5) — новая система глобального освещения и отражений в реальном времени, без запекания.

• Поддержка Ray Tracing встроена с UE4.22 и выше.

Сравнение:

Освещение как инструмент гейм-дизайна (навигация, драматургия)

Освещение — не только визуальный, но и гейм-дизайнерский инструмент.

Навигация

• Свет помогает направлять игрока: подсвечивать выход, интересные объекты, врагов.

• Примеры:

  • Темный коридор → свет в конце привлекает внимание.

  • Фонарный столб — ориентир на открытой местности.

  • Свет в окнах — указывает, где есть жизнь или миссия.

Драматургия и атмосфера

• Сцены с разным освещением вызывают разные эмоции:

  • Холодный синий свет → тревога, одиночество.

  • Теплый оранжевый свет → уют, безопасность.

  • Резкие контрасты света и тени → напряжение.

• Освещение используется в кат-сценах для создания настроения.

• Цвет, интенсивность и направленность света — средства визуального повествования.

Психология игрока

• Подсознательно свет воспринимается как безопасная зона.

• Игрок чаще движется туда, где светло.

• Используется в хоррорах — игрок боится уходить от света.

Выводы

• Освещение — это не только технический, но и художественный компонент.

• Грамотное сочетание real-time и baked света повышает производительность без потери качества.

• Технологии вроде SSAO, Ray Tracing и Volumetrics позволяют достичь высокого уровня реализма.

• Важно учитывать освещение как элемент дизайна: оно направляет, драматизирует и удерживает внимание игрока.