Історія технологій - CryEngine

Сьогодні ми хочемо представити вам нову серію статей, в якій розповімо про історію розвитку технологій, які вплинули на ігрову індустрію. А почнемо мабуть з одного з найзнаменитіших двигунів, який і досі залишається флагманом серед свого покоління двигунів - CryEngine, від приватної німецької компанії Crytek. Компанія заснована в 1999 році програмістом Джеватом Йєрлі, студентом німецького ВНЗ, який був уродженцем Туреччини, та його братами - Авені Йєрлі та Фаруком Йєрлі.

Ігри на той час мали ряд недоліків як і геймплеї, і у графічному плані. І замість того, щоб скаржитися на розробників в інтернеті, Джеват і його брати починають роботу над своєю власною грою. Для початку знадобився зовсім новий графічний двигун, роботу над яким розпочали брати Ерлі та зібрана ним команда розробників. Підбір кадрів здійснювався через інтернет, завдання виявилося нелегким, оскільки на той час ідея створення абсолютно нового революційного графічного движка групою студентів здавалася повним абсурдом.

Багато людей і досі впевнені, що все вже створено і навіть намагатися не варто, однаково нічого не вийде, але це не про наших турків. Завдяки неймовірній завзятості та божевільній працьовитості була зібрана високопрофесійна команда розробників, яка створює робочу демо-версію движка, яку вони продемонстрували на Electronic Entertainment Expo у червні 2000 року. Демонстрація проводилася в ареалі величезного острова, населеного динозаврами.

Двигун, незважаючи на те, що він був створений студентами, охоплював величезну територію та надавав недосяжну на той час деталізацію та швидкість обробки.

Їхню демонстрацію помітили представники американської компанії nVidia та попросили Crytek підготувати презентацію для European Computer Trade Show 2000 як демонстрацію можливостей графічного процесора nVidia NV16, який використовувався у новітніх на той час відеокартах GeForce 2 Ultra та GeForce 2 MX.

 

 

Після демонстрації відвідувачі висловили велику цікавість до новинки. Неймовірний успіх співпраці з nVidia підштовхує братів на основу своєї компанії CryTek і вони вирішують перетворити свою розробку на повноцінний двигун для створення власних ігор. Після цього на основі двигуна було вирішено створити 2 гри - "X-Isle" і "Engalus", але жодна з цих ігор так і не була випущена. 

 

 

CryEngine, як і всі сучасні графічні двигуни, є кросплатформним. Двигун рендерингу підтримує одночасно OpenGL, DirectX 8 та 9 версії. Двигун розрахований на відкриті місцевості, але також добрий і для закритих просторів. При цьому в один ігровий рівень містилися локації до трьох кілометрів.

Фізична система не використовує сторонніх двигунів, але це не позначилося на її якості. Фізичний двигун підтримував тверді тіла, рідини, транспортні засоби, імітації тканин, ефекти м'якого тіла, Ragdoll'и для технології, що розробляється всередині компанії, все вийшло на найвищому рівні.

Технологія інверсної кінематики дозволяла задавати моделям численні анімації до створення реалістичного поведінки. Система штучного інтелекту дозволяла використовувати скрипти написані на движку лоа замість С++, унікальність якого полягає в тому, що скрипти написані цією мовою, не потребують компіляції.

Для мережного режиму використовується система-клієнт сервер, яка дозволяє максимально швидко та з мінімальною кількістю втрат здійснювати зв'язок між гравцем та сервером. Двигун дозволяє інтегрувати DLL-бібліотеки з 3DsMax та Maya завдяки софту самих CryTek під назвою PolyBump. Також головною особливістю движка і те, що він можна вбудовувати нові модулі написані мовою програмування З++.

Загалом двигун подарував нам Far Cry, з безліччю доповнень, та MMORPG AION. Розробники з NCSoft придбали для своєї ММО саме Cry ngine хоча згодом і перелопатили його під свої потреби, оптимізувавши під специфіку розрахованих на багато користувачів онлайнових ігор.

Шейдерні технології також використовувалися в движку. Після виходу самого двигуна в 2002 році, цей модуль доопрацьований після виходу Far cry, додавши підтримку шейдерів версії 3.0, а версію двигуна назвали 1.2. Загалом шейдери дозволяли використовувати кілька візуальних ефектів, а саме попіксельне освітлення, вибоїсті відбиття, заломлення, пар, анімовані текстури, прозорі комп'ютерні дисплеї, вікна, кульові отвори. Так само, завдяки шейдерам був організований туман на зовсім новому рівні, точніше він був більш реалістичним у порівнянні з іншими двигунами, що існували на той час.

Крім впроваджених щейдерів двигун також використовує технологію PolyBump, спеціальний спосіб для створення текстур, при використанні якого вони здаються вибоїстими. На відміну від Bumpmapping, де для створення об'ємної текстури використовують карти нормалей, Polybump використовує реальні полігони. Це призводить до того, що ігри на двигуні CryEngine є досить процесорозалежними. Однак ця версія движка містила ряд помилок, і тому патч був відкликаний. Пізніше компанія розробила версію 1.3, де було покращено та налагоджено колишні технології, а також додано компресії карт нормалей DXTC5 для відеокарт nVidia та 3Dc для відеокарт ATI. Також було додано технологію Geometry Instancing.

3 серпня 2004 року був офіційно випущений CryEngine MOD SDK - набір додаткових інструментів для движка CryEngine і редактор рівнів гри в реальному часі Sandbox 1. CryEngine MOD SDK доступний для вільного скачування. 15 вересня 2004 року вийшла оновлена ​​версія CryEngine MOD SDK, яка включала плагін PolyBump, інструмент CryExporter для імпорту моделей з 3ds Max і Maya, а також посібник з роботи зі штучним інтелектом. 10 травня 2005 року Crytek анонсувала патч для «Far Cry», який вносив у гру підтримку технології AMD64.

30 березня 2006 року компанія Ubisoft придбала всі права на ігровий двигун CryEngine, розроблений Crytek. Також було придбано всі права на комп'ютерну гру Far Cry. Ubisoft отримала ексклюзивні права на всю інтелектуальну власність гри та движка, включаючи торгову марку, логотип, персонажів, сюжет, франшизу, сеттинг, права на розробку та видання. Тому з цього моменту Crytek не мала жодних юридичних чи законних зв'язків із двигуном, не могла використовувати ні сам двигун, ні торгову марку CryEngine.

Після виходу всіх патчів від Crytek до гриFar Cry» движок розвивається у двох напрямках. Так як у 2006 році Ubisoft придбала всі права на CryEngine та Far Cry, то вона продовжила розвиток двигуна для ігор Far Cry Instincts та Far Cry Instincts: Evolution під Xbox, Far Cry Instincts: Predator під Xbox 360, а також Far Cry Vengeance під Nintendo Wii. Як було сказано в офіційному інтерв'ю з Луї-П'єр Фарандом, головним продюсером Far Cry 2, в движку Dunia Engine буде використовуватися лише 2-3 відсотки від коду оригінального CryEngine. Згодом компанія Crytek використовувала двигун як основу для CryEngine 2.

 

CryTek продавши всі права на FarCry, вирішили зайнятися розробкою нової версії движка, а також шляхом створення нової культової серії під назвою Crysis. CryEngine 2 написаний так само, як і його попередник на С++, але мабуть головною його відмінністю стало те, що він не є кросплатформним. Єдина підтримувана платформа OS Windows. Заради справедливості можна відзначити, що його намагалися портувати на консолі 7-го покоління – PS3, XboX 360 та Wii. Навіть проводилося закрите тестування можливостей цього двигуна, але на жаль, консолі цього двигуна так і не побачили. CryEngine 2 на момент свого виходу є технологічно просунутим і фотореалістичним двигуном в порівнянні з конкурентами.

Для написання движка використовувався інтерфейс програмування програм DirectX 9 і 10 версії. У движку CryEngine 2 присутні і вдосконалені всі технології попередника, CryEngine, а також багато нових і інноваційних графічних технологій. Проробка рівнів так само залишилася на висоті, навіть покращилася, CryEngine 2 так само гарний на величезних відкритих і закритих локаціях, але так само з'явилася система підкачування ресурсів, яка дозволяла заповнювати рівні в міру просування гравця.

Двигун рендера так само не є винятком. в залежності від версії DirectX, а також від вибору розрядності 32х або 64х бітної системи двигун повинен надавати різний рендер. Іноді розробники не використовують можливості 64-бітної системи або більш сучасний API.

Потужні інструментальні особливості дозволяють розробнику аналізувати продуктивність двигуна в реальному часі, створювати деталізовані звіти про використання пам'яті, а також виконувати автоматизований наскрізний контроль кожного рівня, щоб отримати несуперечливі та повні тестові результати.

Crytek була вигідна 64-бітна архітектура, адже розміри ігрового рівня не зменшилися з часів FarCry, отже витрати ресурсів на його промальовування значно зросли. Це привело 32-бітні системи до обмеження оперативної пам'яті і підтримка 64-бітних систем з легкістю вирішувала цю проблему. Всі компоненти двигуна є своїми розробками Crytek. Двигун CryEngine 2 підтримує та активно використовує багатопоточність у багатоядерних процесорах та процесорах, що використовують технологію багатопоточності.

З інших цікавих особливостей так само можна відзначити технологію проектування світла яка підтримує не тільки HDR і динамічні тіні, але також обчислення світла як ефект пострендерингу така світлова технологія називається SSAO. Алгоритм SSAO працює в режимі реального часу та імітує розсіяне непряме освітлення та відповідне затемнення у тривимірному віртуальному просторі.

 

Фізичний двигун був розроблений самими CryTek і називається CryPhysics - інтегрований в CryEngine 2 багатопотоковий фізичний двигун реального часу. Величезний функціонал створеної технології дозволяв здійснювати різноманітні маніпуляції з фізикою і може бути застосований до багатьох об'єктів на рівні, включаючи дерева і рослинність, може реалістично моделювати реакцію цих об'єктів на такі впливи, як гравітація, вітер, вибухи, тертя та зіткнення з іншими об'єктами. Ймовірно, CryTek знадобилася своя фізика для досягнення оптимального результату від своєї розробки.

Гнучка рослинність, що відповідає на вплив вітру, дощу або руху персонажа, реалістично змодельовані інтерактивні мотузкові мости, фізично керована анімація щупалець істот — все це є лише частиною можливостей розширеної мотузкової фізики.

Динамічна фізика дозволяє взаємодіяти на будь-який довільний навколишній об'єкт або форму, вибірково знищувати будівлі, дерева або інші об'єкти, а потім взаємодіяти уламками та залишками, що утворилися. Двигун використовує наперед визначені характеристики розломів або руйнувань об'єктів.

Нова система анімації персонажів CryEngine 2 значно покращила, в порівнянні з анімаційною системою CryEngine, анімацію людей, моделей та транспортних засобів у реальному часі. Повністю інтегрований редактор персонажів надає попередній перегляд анімацій усередині редактора Sandbox 2. Система індивідуалізації персонажів та параметрична скелетна анімація створили унікальніші та живіші NPC.

Використовуючи адаптивну технологію стиснення ключового кадру, CryEngine 2 може коригувати рівень стиснення, щоб відповідати точності, яка потрібна для будь-якої даної анімації. Завдяки компресії, яка трохи спотворює точність руху, стало можливим звільнити принаймні до 90% ОЗУ.

Патчі до гри Crysis вносять зміни і в двигун, тому їх вихід можна вважати продовженням розвитком двигуна.

Патч 1.1, випущений 8 січня 2008 року, вносить зміни переважно до двигуна:
покращення режиму SLI (велика продуктивність, підтримка технології CrossFire);
покращення загальної продуктивності гри;
додано можливість налаштовувати Vertical Sync;
додано можливість управління рівнем розмиття під час руху (англ. Motion Blur UI) та рівнем «розфокусування»;
виправлено помилку, пов'язану зі зміною дозволу при роботі з Direct3D10;
виправлена ​​помилка, пов'язана з глибиною різкості та промальовуванням крапель води при роботі з Direct3D10.

Патч 1.2, випущений 6 березня 2008 року, також містив зміни та оптимізації ігрового двигуна:
додано мультисемплінгові шейдери для відображення тіней;
виправлено витоку пам'яті в режимах за допомогою FSAA.
оптимізовано видалення залишків знищених об'єктів у режимі DX10;
оптимізовано розмиття в русі за дуже високих налаштувань зображення в режимі DX10;
виправлено витоку пам'яті при відображенні рослинності та об'єктів, що знищуються.
Розвиток двигуна в іграх Crysis Warhead та Crysis Wars

Після анонсу доповнення Crysis Warhead, стало відомо, що в аддоні буде значно покращено і оптимізовано двигун. Після виходу Crysis Warhead 18 вересня 2008 багато незалежних оглядачів дійсно побачили і підтвердили оптимізацію движка. Проте стало відомо, що для оптимізації розробники зменшили дальність промальовування об'єктів і зробили рівень деталізації «агресивнішим». Сайт Overclockers так прокоментував цей факт: «Зменшено дальність промальовування, причому це вміло приховано за ефектами зміни глибини різкості. Раніше двигун більш старанно промальовував деталі далекого плану.».

Крім оптимізації, було перероблено велику кількість моделей та текстур. Також було впроваджено нову систему освітлення. Для виставлення найвищих налаштувань (Very High) не потрібно використовувати ОС Windows Vista та бібліотеку DirectX 10, як у випадку з Crysis. Найвищі налаштування, на відміну від Crysis, стали доступні і Windows XP і DirectX 9.

Несподіванкою для багатьох оглядачів стало те, що у Crysis Warhead та Crysis Wars була прибрана підтримка 64-бітних систем, яка була присутня у всіх попередніх іграх Crytek. Розробники обіцяли додати підтримку 64-бітових систем в одному із патчів. Передбачалося, що її відсутність в іграх пов'язана з відсутністю відповідних 64-бітових програм систем захисту від копіювання. Підтримка 64-бітових систем для обох ігор була додана у патчі. 4 листопада 2008 вийшов патч 1.1 для Crysis Wars, а 30 січня 2009 вийшов патч 1.1 для Crysis Warhead, - обидва патча додали в ігри підтримку 64-бітних ОС.

Наприкінці листопада 2007 року, задовго до анонсу Crysis Warhead, з'явилася новина від головного аніматора Crytek Стівена Бендера. Він коротко розповів про покращення у графічній та технологічній складових нової гри Crysis 2, а також про сюжет. Зокрема, у Crysis 2 планується покращення якості текстур, а також скелетної та лицьової анімації персонажів. Більше того, в Інтернеті з'явилися кілька скріншотів Crysis 2, проте їхня достовірність поставлена ​​під сумнів.

В інтерв'ю австралійському сайту GameSpot наприкінці вересня 2008 року Джеват Ерлі вдруге за місяць торкнувся теми ігрових приставок наступного покоління, заявивши, що одночасно з їхньою появою на ринку — 2011—2012 року — відбудеться черговий прорив як ігрова графіка. «Наступний прорив у графіку відбудеться у 2011/2012 роках; звичайно ж, він буде пов'язаний із виходами на ринок нового покоління консолей, - зазначив Йєрлі. — PS4, Xbox 720 і відповідний їм за потужністю РС дозволять розробникам створювати ігри, якість графіки в яких не сильно поступатиметься сучасному CG».

Як і у випадку зі своїми попередниками неможливо було припустити чого чекати від CryEngine 3. Але насправді двигун може як здивувати, так і засмутити. CryEngine 3 офіційно анонсовано 11 березня 2009 року, 14 жовтня 2009 року відбувся офіційний реліз двигуна. Перша гра, для якої було анонсовано використання CryEngine 3 – шутер від першої особи Crysis 2.

У центрі логотипу движка розташований назар - традиційний турецький амулет від пристріту.

CryEngine 3 є кросплатформовим двигуном, він підтримує IBM PC-сумісні комп'ютери та ігрові консолі Microsoft Xbox 360 і Sony PlayStation 3. Також заявлена ​​підтримка консолей наступного покоління, про що неодноразово заявляв Джеват Ерлі: «Наш CryEngine 3 вже готовий до сліду компаніям розробляти передові ігри для цього покоління консолей, і для наступного».

Наприкінці березня 2010 року в інтерв'ю журналу GameReactor Джеват Йерлі повідомив, що розробникам із Crytek довелося зіткнутися з низкою проблем при розробці CryEngine 3 для консолей: «Найскладнішим став процес масштабування CryEngine 3 для консолей, при збереженні якості картинки та належного рівня. Звичайно ж, проблеми виникали, проте ми дуже пишаємось тим, що нашій команді вдалося їх подолати».

Двигун написаний з урахуванням підтримки DirectX 11, але перша гра, що вийшла на CryEngine 3, повністю ігнорувала цей API, так само як і DirectX 10, до виходу відповідного патча який виправляв цей недолік. CryTek найімовірніше вчинили так через бажання зробити Crysis 2 кросплатформеним. Адже головним недоліком лише PC було те, що на кожну куплену копію гри припадало 10 піратських завантажень, тому консолям і було приділено особливу увагу.

Двигун спочатку орієнтований на наступне покоління консолей, але труднощів із сьомим поколінням виникати не повинно. Некст ген консолі дозволять двигуну розкрити весь потенціал потужного CryEngine 3. Цікавий факт, що портування Crysis на консолі здійснювалося за допомогою 3-ї версії двигуна, а не другий і як заявили самі розробники, сьоме покоління консолей просто не потягне CryEngine 2 . Не означає, що двигун став слабшим, це означає, що двигун став більш оптимізованим і навіть з відносно не високими ресурсами можна досягти красивої картинки.

Перше нововведення движка – це оновлення модуля HDR, а якщо докладніше, то додавання до нього рендерингу гамма корекції. Головна перевага HDR над LDR, старим і менш ресурсомістким режимом рендерингу освітлення, є кількість кольорів. У HDR їх набагато більше, що дозволяє більш реалістичну картину того, що відбувається. до того ж саме HDR дозволяє відтворювати такі ефекти як: глибина різкості, розмитість руху, адаптація очей та багато інших. У кожному з пунктів є що сказати про відмінності платформ, в даному випадку геймери PC отримали більшу кількість кольорів. Завдяки новій технології, що лежить в основі нових відеокарт на PC. Кожна тінь у грі динамічна, на PC тінь оновлюється кожен кадр, але в консолях синхронізується протягом кількох кадрів. на високих налаштуваннях PC тінь відбиватиме практично кожен об'єкт. Загалом для проектування освітлення на картах використовується модифікований гібрид із двох технологій SSAO та глобальне освітлення.

Вода Crysis 2 організована за допомогою тієї ж технології, що і в першій частині, за винятком природної генерації хвиль. Такий ефект досягається за допомогою усунення вершин поверхонь.

Технологію згладжування, яку CryTek назвали Post-MSAA, вони визнали нововведенням в ігровій індустрії. MSAA дає дещо гіршу якість графіки, а й забезпечує величезну економію обчислювальної потужності. Їхня власна техніка працює шляхом збору інформації про предмети згладжування та проектування їх на екрані гравця

Шейдери CryEngine 3 пишуться одноразово мовою програмування високого рівня, а потім автоматично компілюються під кожну платформу. Виведення шейдерів оптимізується через налаштування художника і під тривимірне середовище, в якому даний шейдер буде використовуватися. Завдяки цьому стає можливим створення таких ефектів, як: «ефект невидимості», мокрі, брудні та заморожені поверхні, які можуть бути «нашаровані» одна на одну та поєднані з іншими шейдерами, що симулюють такі ефекти, як метал, скло та інші. CryEngine 3 підтримує попіксельне освітлення реального часу, відображення, заломлення, ефекти об'ємного жару та анімовані текстури для симуляції вікон, кульових отворів, поверхонь із сонячними відблисками та багато інших ефектів. Шейдери CryEngine 3 використовують уніфіковану шейдерну архітектуру, яка стала доступною починаючи з Direct3D 10.

«Übershader» являє собою одну шейдерну програму з багатьма особливостями: від одного до чотирьох джерел світла, типи джерел світла, кубічні карти відбиття, туман, деталізовані текстури, карти нормалей, дзеркальні текстури та ін. Можуть бути згенеровані мільйони комбінацій Übershader. У Übershader використовується динамічне розгалуження, поділ на безліч проходів, зменшення комбінацій та прийняття варіантів із меншою функціональністю та меншою необхідною продуктивністю. Використовується асинхронна компіляція шейдерів та розподілена система завдань для компіляції шейдерного кешу.

CryEngine 3 підтримує технологію Ati Eyefinity, яка є у графічних процесорах Radeon серії 5xxx. Ця здатність була продемонстрована Карлом Джонсом 11 вересня 2009 року, одразу після громадської демонстрації технології Ati Eyefinity. Джонс показав демонстраційне відео CryEngine 3, яке було запущене на відеокарті Radeon 5xxx та на шести дисплеях. При цьому сумарна роздільна здатність «картинки» становила 5 760 x 2 160 пікселів, хоча теоретично максимальна роздільна здатність становить 7 680 x 3 200 пікселів.

На PC різниця між високими налаштуваннями та екстремальними налаштуваннями у кількості та швидкості ефектів. Але нових воно не додає. Високі налаштування відповідають тому ж рівню графіки, що видають консолі. Оптимізація двигуна також була помічена і розробниками ММО ігор. Нещодавно, самі CryTek анонсували свою гру WarFace, яка поширюється за моделлю Free-to-play і побудована на спрощеній версії движка.

Підсумувавши все вище сказане, можна сказати, що CryTek створили не просто ігровий двигун, CryTek створили технологію, яка стала еталоном і задала планку якості для всіх інших розробників. CryEngine та FarCry свого часу принесли компанії неймовірний успіх. Не зупиняючись на досягнутому, CryTek продає всі права та зосереджується на роботі. Замість того, щоб збирати і вичавлювати все з серії, CryTek створюють новий двигун і нову легендарну серію ігор. CryEngine 2 увібрав у себе всі плюси свого попередника та активно використовує технології свого часу. CryEngine 3 також став досить успішним. Незважаючи на те, що головна його особливість – оптимізація всіх старих компонентів, завдяки цьому можна проектувати всі ефекти навіть на слабких комп'ютерах.