Важно то, что внутри: о процедурной генерации органов

в 7:51, , рубрики: анатомия, добро пожаловать в органы, процедурная генерация, разработка игр

image

(Дисклеймер переводчика: на всякий случай не советую читать эту статью во время еды.)

Когда я начинаю участвовать в геймджемах, то вхожу в режим «максимального ускорения», который обычно заканчивается ужасными понедельниками на работе после бессонных ночей. Чем старше становлюсь, тем сложнее для меня набраться энтузиазма для участия. К счастью, PROCJAM очень расслабленный, что идеально мне подходит. Кроме того, читерство там совершенно не запрещено, поэтому я мог, например, вернуть из небытия мой генератор органов, над которым я работал несколько месяцев назад для Bestiarium и создать свой прототип на его основе.

Пока я готовлю версию для Vive, можно поиграть в De daemonici corporis fabrica на моей странице на itch.io.

Несмотря на то, что я не прикасался к нему уже довольно долго, в Bestiarium есть впечатляющий набор идей, живших в моей голове. Но сама игра основана на немногих «философских» пунктах. Я всегда видел её как «roguelike из одной комнаты», поэтому пространство для исследований неизбежно перемещалось «снаружи» «внутрь», что идеально описывается этой поэмой Уильяма Блейка:

Небо синее — в цветке,
В горстке праха — бесконечность;
Целый мир держать в руке,
В каждом миге видеть вечность.

Такие проекты, по-моему, получаются гораздо более интересными, если интерпретировать всё буквально. Поэтому я решил двинуться в сторону «внутренностей».

Одна из основных механик игры включает в себя извлечение материалов из существ, которых вы можете вызывать. Можно пойти стандартным путём и вытаскивать из них «кроличьи лапки» и «паучьи глаза», но наша игра ещё и про науку. Как и в науке, в ней часты пробы и ошибки (а большинство времени занято тяжёлым трудом).

Вот каким был один из пунктов в моих записях о дизайне с пометкой «наверно не сработает»: анатомирование существ для извлечения из них органов. PROCJAM, очевидно, был идеальным оправданием для создания прототипа на основе этой идеи и её проверки.

De daemonici corporis fabrica (демоническая версия De humani corporis fabrica) пытается передать ощущения древних учёных, впервые разрезающих труп. Что-то вроде «интересно, зачем нужна эта комковатая сморщенная штука?» Но я отвлёкся. Этот пост посвящён технической стороне игры. Всё началось с того… как, чёрт возьми, можно вообще процедурно генерировать органы?

Всё началось много месяцев назад с ночи просмотра видео о вскрытии животных (большинство исследований по этой теме напомнило мне об этой статье на Gamasutra). Разумеется, я мог продолжить генерировать трупы с заранее созданными моделями органов. Но я только что добавил генератор имён на цепях Маркова в прототип Invocation, и это заставило меня задуматься: может быть, стоит использовать их для генерирования органов, которые больше похожи на «реальные»?

Для цепей Маркова нам нужно несколько начальных образцов:

image

Да, невероятные шаблоны размером 8×8 пикселей, которые, если прищуриться, немного напоминают органы. Сначала я закодировал черные и белые пиксели как нули и единицы в строке, а затем передал её в цепь Маркова — это, как я почти был уверен, не сработает, но я хотел применить пошаговый подход.

imageИ знаете что? Да, я был прав, создались глитчевые текстуры, потому что изображениям нужна двухмерная целостность. Поэтому следующим шагом стало кодирование изображения в группы целых двухмерных позиция для всех белых пикселей. Так на самом деле получилось сгенерировать несколько интересных результатов, достаточно убедительных вариаций входной информации.


imageЯ решил, что нужно БОЛЬШЕ, поэтому увеличил размер образцов до 16×16 пикселей. Оказалось, что 8×8 — оптимальный размер, поэтому я не сильно искал способы повышения разрешения (и вряд ли в этом был смысл).

Ну ладно, у нас получились органоподобные формы, но у них низкое разрешение и они двухмерны. Как добавить им ещё одно измерение? Первое, что приходит в голову — использование метасфер.


imageВ результате я просто стал преобразовывать изображение в трёхмерную сетку размером 8x8x1 и передавать её в алгоритм шагающих кубиков (marching cubes algorithm). Мы получили 3D, но слишком неуклюжее.

У меня есть привычка жадной работы над прототипами и геймджемами. Поэтому вместо возврата назад и доведения до ума метасфер, я решил добавить поверх сгенерированной сетки алгоритм сглаживания сеток.


imageЯ просто набросил этот фильтр сеток из Unity Wiki. Это немного улучшило формы объектов. Но органы всё равно были совершенно плоскими. Тогда я добавил немного случайных смещений по оси Y для всех вершин, находящихся на плоских поверхностях (т.е. нормали которых направлены ровно вверх или вниз).

И посмотрите-ка на это. Уверен, что у меня просто парейдолия, но я чётко вижу селезёнку, лёгкое, печень… селезёнку… и… ну, всякие органоподобные формы.

Когда настало время текстурирования, я снова решил срезать углы и избежать создания UV-развёртки этих штук. Я провёл несколько экспериментов с функциями 3D-шума (вы можете взять шейдеры шума, портированные мной из этого репозитория в удобном и едва протестированном CGINC for Unity). Они выглядели довольно хорошо (и я, возможно, где-нибудь их использую), но дешёвое решение стало очень затратным, когда потребовалось создание для текстур карт нормалей.

В результате достаточно хорошей оказалась простая плоскостная UV-карта (созданная расположением координат вершин XZ, нормализованных в пространстве UV). Я смог воспользоваться нарисованными текстурами (которые не только вызвали у меня отвращение при поиске фотоисточников, но и были ретвитнуты Polycount).

— Какие у тебя планы на вечер субботы?
— Ну, знаешь, как обычно, буду рисовать бесшовные текстуры кишок, и всё такое.

М-м-м, сосисочки!

imageИтак, органы сгенерированы. Но как теперь засунуть их в старого доброго беса? Вскрытие грудной клетки — это довольно просто: нужно лишь добавить ещё одну ключевую фазу морфинга в модель беса. Но как разместить там органы?

Сначала я думал, что придётся создавать очень сложный алгоритм определения границ, проверяющий, всё ли «упаковано» правильно. В результате оказалось, что достаточно добавить точки спауна органов на костях существа. Но всё ещё остаётся проблема: они вылезают за пределы тела, как видно в областях, обведённых красным.


imageБуфер шаблона (stencil buffer) спешит на помощь! Можно использовать буфер шаблона для создания «маски» области грудной клетки, и рендерить органы только в этой области.

Сетка маски (зелёная) совершенно плоская, и если внимательно присмотреться, можно заметить её границы. Но даже при движении общий эффект достаточно хорош.


Анализируя свою работу, я думаю, что многие мои решения были избыточными. И я мог достичь лучшего результата с помощью хорошего художника, который нарисовал бы все эти органы. Но это был забавный эксперимент. В конце концов, мне кажется, что самым важным было исследование этой не нанесённой на карты территории. Она настолько странна и необычна, что, наверно, в неё ещё никто не забредал.

image

Автор: PatientZero

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля