Por trás da configuração de iluminação em tempo real da PikPok para Into the Dead: Nossos Dias Mais Sombrio

Aprenda como os programadores e artistas de iluminação da PikPok construíram, otimizaram e implementaram uma configuração de iluminação dinâmica em tempo real para Into the Dead: Nossos Dias Mais Sombrio usando o Pipeline de Renderização de Alta Definição (HDRP) no Unity 6.

Como você cria iluminação realista para um jogo de terror? PikPok’s Into the Dead: Nossos Dias Mais Sombrio é um jogo de abrigo de sobrevivência 2.5D ambientado durante um apocalipse zumbi. Os jogadores controlam grupos de sobreviventes tentando escapar da cidade, explorando edifícios abandonados para coletar suprimentos e fortificar suas bases temporárias contra ataques noturnos de mortos-vivos.

A direção de arte do jogo enfatiza iluminação e atmosferas em tempo real pesadas em desempenho para transmitir a instabilidade de uma cidade em decadência. Cada nível consiste em um ambiente 3D detalhado navegável em um plano 2D, e essa perspectiva 2.5D criou desafios técnicos para os artistas de iluminação e ambiente da PikPok resolverem. O número absoluto de estados de iluminação dinâmica em cada nível – desde transições dia/noite até flutuações na rede elétrica do jogo – muitas vezes significava renderizar dezenas de luzes em tempo real simultaneamente, às vezes com múltiplos cenários de iluminação visíveis ao mesmo tempo.

Aprenda como a PikPok abordou esses desafios de iluminação enquanto usava HDRP pela primeira vez, e aperfeiçoou um visual vintage para seu mais recente jogo de terror.

Os resultados:

• Atingiu o benchmark de desempenho para 1080p 60 fps upscale em alta qualidade na RTX 2070 ou melhor, com uma solução de bake de luz zero
• Renderizou até oito luzes em tempo real que projetam sombras na tela e até 70 luzes em tempo real que projetam sombras por nível
• Implementou um sistema abrangente de prioridade de LOD de luz
• Facilitou um loop de renderização de sombra ‘round-robin’ em tempo de execução para melhorar o ritmo de quadros usando a renderização de sombra sob demanda e cache do HDRP
• Construiu um kit de ferramentas de otimizador de nível personalizado para artistas ajustarem e removerem sombras desnecessárias

Definindo uma nova identidade de jogo

A PikPok tomou várias decisões de design de jogo calculadas para reposicionar Into the Dead para um público mais "hardcore" usando hardware de PC mais poderoso. “Este terceiro jogo é uma introdução muito ambiciosa a [Into the Dead],” diz Karah Sutton, a diretora de publicação do estúdio. “É muito mais focado em gerenciamento e introduz muito mais lore, mais personagens e mais profundidade na jogabilidade.”

Os títulos anteriores de Into the Dead estavam nebulosamente ambientados no Texas dos anos 80, mas Nossos Dias Mais Sombrio torna isso oficial, com eventos ocorrendo em agosto de 1980, na cidade fictícia de Walton, Texas. A direção de arte visava trazer esse cenário à vida evocando uma aparência autêntica de filme dos anos 80 sem depender de técnicas de pós-processamento como grading.

“Queríamos que as cores surgissem naturalmente pela câmera, como faziam nos filmes daquela época, em vez de hoje em dia, onde você empurraria azuis para as sombras ou amarelos para os destaques na pós-produção,” explica E’van Johnston, artista principal da PikPok. “A ideia era usar a iluminação para solidificar um ponto no tempo, e tudo meio que evoluiu a partir daí.”

Luz e sombra desempenham um papel crítico em um jogo de terror onde tudo está tecnicamente na tela ao mesmo tempo. “Em um jogo 3D, o que você está vendo é controlado pela direção que você está olhando. Com 2.5D, você só vê o que decidimos que você pode ver,” diz Harriet Prebble, estrategista de conteúdo criativo da PikPok. “Quando um zumbi está escondido nas sombras e é revelado em um lampejo de luz – essa única mudança de iluminação introduz medo em cada área não vista.”

Avaliação de pipelines gráficos

Trazer essa ambiciosa reinterpretação de Into the Dead para jogadores de PC exigiu um renderizador gráfico capaz de gerar iluminação atmosférica de alta qualidade e baseada em física. Durante a pré-produção, a PikPok usou o Universal Render Pipeline (URP) em conjunto com ferramentas de terceiros para imitar volumétricas, mas a abordagem se tornou cada vez mais insustentável à medida que o desenvolvimento progredia.

A equipe decidiu investigar o HDRP, que oferecia soluções de iluminação volumétrica e neblina prontas para uso. E porque Into the Dead: Our Darkest Days está sendo feito no Unity 6, os artistas também puderam aproveitar novos recursos do HDRP, como perfis de luz IES e iluminação global em espaço de tela (SSGI) – ferramentas que o programador sênior Sam Win-Mason diz que eram “essenciais” para executar a aparência do jogo.

“A decisão mais impactante que tomamos sobre a iluminação em Into the Dead: Our Darkest Days foi fazer todo o pipeline em tempo real,” ele diz. “Do ponto de vista do processo, nossos locais podem ser visitados em diferentes horários do dia, e um fluxo de trabalho que exigia assar estaticamente cada nível em várias condições de iluminação teria atrasado os tempos de iteração com o grande número de níveis que precisávamos fazer.”

Identificando desafios

Cada nível em Into the Dead: Nossos Dias Mais Sombrio consiste em um ambiente externo e pelo menos um edifício de múltiplos cômodos. Durante as missões (ou "saques" no jogo), os jogadores vasculham casas abandonadas, igrejas, lojas de discos, delegacias, fliperamas e mais em busca de suprimentos, explorando cada ambiente de uma visão lateral. Transições entre ambientes internos e externos são comuns, com os jogadores pulando de janelas ou subindo por escadas de incêndio em busca de segurança. E em situações onde são mergulhados na escuridão, os jogadores dependem de uma lanterna (em tempo real) para iluminar seus arredores.

"Normalmente em jogos, você só precisa iluminar o ambiente imediato dos personagens até certo ponto e pode desconsiderar um pouco do fundo, ou ocluir coisas," diz Sam. "No nosso caso, temos muitos, muitos cômodos na tela ao mesmo tempo, todos iluminados com uma fidelidade muito alta, e muitas, muitas luzes em tempo real para coisas como sombras dinâmicas, atenuação piscante e outras técnicas que estamos usando para criar o horror." Essa perspectiva foi obviamente muito desafiadora para o desempenho da iluminação."

Construindo ferramentas personalizadas para artistas

Porque Into the Dead: Os requisitos do pipeline de iluminação de Nossos Dias Mais Sombrio são tão exigentes que tudo no jogo é otimizado em torno deles. Antes que os níveis sejam adicionados a uma construção, eles passam por uma rigorosa série de otimizações para torná-los o mais eficientes possível. Para ajudar a equipe de arte nessa tarefa, a equipe técnica da PikPok criou uma coleção de ferramentas personalizadas do Editor para otimizar níveis e luzes 3D em tempo real.

O sistema de otimização de níveis inclui uma ferramenta para ajudar a identificar situações que podem levar ao shadow atlas transbordamento. Ele simula uma visão de câmera de jogo de uma cena enquanto está sendo construída no Editor e marca quaisquer objetos abaixo de um certo tamanho em espaço de tela. Qualquer coisa que não contribua de forma significativa para a iluminação no nível pode ter sua sombra desativada com um clique, economizando espaço valioso no atlas de sombras em tempo de execução.

Outra ferramenta personalizada, o sistema otimizador de luz, também ajuda a garantir que gargalos de desempenho não lancem uma sombra na experiência do jogador. “A coisa mais cara com iluminação em tempo real é definitivamente desenhar os lançadores de sombra,” diz Sam. “O núcleo de nossos sistemas em tempo de execução é nosso sistema otimizador de luz. Quando um nível é criado, os artistas atribuem uma prioridade às luzes em uma cena e isso funciona com nosso abrangente sistema de LOD de luz para reduzir dinamicamente a resolução do mapa de sombras das luzes mais distantes do personagem do jogador ou do espaço de jogo.”

Graças ao sistema otimizador de luz, as luzes podem ser configuradas para atualizar suas sombras apenas quando elas ou seu cone de influência de luz estão visíveis na tela. Renderização de mapa de sombras é programada para ocorrer em um cronograma de rodízio, minimizando a carga da CPU e da GPU. “Nenhum desses sistemas teria sido possível para nós sem o controle granular do HDRP sobre o cache e a renderização do mapa de sombras de luz,” observa Sam.

Iluminação na prática

Os artistas da PikPok usam uma configuração multiscena para trabalhar em ambientes para Into the Dead: Nossos Dias Mais Sombrio. Cada cena tem uma versão correspondente de dia e noite contendo prefabs de alto nível definindo suas respectivas condições de iluminação, com a ideia de que mais condições podem ser adicionadas à medida que o desenvolvimento avança.

“Esses prefabs contêm uma luz direcional representando o Sol ou a Lua, e também carregam perfis de iluminação padrão para definir coisas como nosso céu fisicamente baseado, camadas de nuvens, configurações de exposição, volumes de névoa local, bem como quaisquer efeitos atmosféricos que queremos atribuir a uma condição de iluminação particular, como poeira soprando pelo chão," diz E’van.

Desenvolvendo Into the Dead: Nossos Dias Mais Sombrio no Unity 6 significou que a equipe de iluminação teve acesso a perfis de luz IES para ajudar a situar o jogo nos anos 1980. Perfis de luz IES (Sociedade de Engenharia de Iluminação) são arquivos de dados padrão da indústria que definem a forma precisa e a distribuição de intensidade da luz emitida por fontes de luz do mundo real, como lâmpadas, bulbos ou luminárias. Muitos fabricantes fornecem seus próprios perfis de dados para que os artistas de iluminação possam replicar com precisão a ambiência de seus produtos. “Eles são basicamente biscoitos de luz em esteroides,” diz Sam.

“A maioria das nossas luzes no jogo está usando perfis IES para criar aquele efeito de atenuação na luz projetada na cena,” diz E’van. “Isso ajuda com a fisicalidade e a sensação de que essas são luzes reais, ao contrário de uma luz CG que não tem nenhum detalhe ou nuance no feixe de luz projetado. Elas afetam coisas como névoa volumétrica também.”

“Quando você tem esse tipo de lâmpada estilo anos 80 na sala de estar ou um tipo de luz de rua em um ambiente esparso, você pode identificar o cenário com base nas escolhas de iluminação – desde a qualidade ou tipo de lâmpada, até a cor da luz,” acrescenta Harriet. “Podemos quase vender a beleza do Nossos Dias Mais Sombrio’s cenário vintage apenas com a iluminação.”

Atualmente, probes de reflexão são a única forma de iluminação assada em Into the Dead: Nossos Dias Mais Sombrio, e mesmo esses têm um componente em tempo real. “Nossos probes de reflexão assados contêm um componente dinâmico que aciona os multiplicadores do probe em resposta ao sistema de energia de alto nível,” diz E’van. “Se as luzes apagarem ou flutuarem por algum motivo, os reflexos na cena precisam responder a isso. Nessas situações, diminuímos o multiplicador no probe de reflexão para 0.01, o que dá o efeito da luz refletiva na cena modulando com flutuações na rede elétrica de Walton.”

Resolução de problemas

Além de navegar pelos obstáculos de desempenho de iluminar Into the Dead: Nossos Dias Mais Sombrio em tempo real, a equipe de arte da PikPok teve que enfrentar os desafios criativos da perspectiva 2.5D do jogo.

A névoa volumétrica é quase uma certeza para um jogo de terror em alta definição, mas uma perspectiva em corte torna seus tentáculos difíceis de conter. "Nossa visão de boneca em seção transversal significa que a névoa, em termos de névoa global, não pode avançar através daquela seção transversal em direção à câmera," explica E'van. "Usamos volumes de névoa local para limitar a névoa a essa seção transversal e para frente na cena. Pode ser bastante personalizado porque também não queremos que a névoa vaze para espaços internos."

Outro grande desafio foi estabelecer uma configuração de exposição pai para interiores escuros e sombrios e ambientes externos brilhantes e quentes. "Com uma câmera normal, em uma sala mal iluminada, a exposição mudaria para clarear a cena, e do lado de fora, a exposição vai mudar para manter os valores razoáveis," diz E'van. "Tivemos que encontrar uma maneira de ter ambos os espaços aparentemente expostos corretamente enquanto estão na mesma imagem."

Após algumas tentativas e erros, os artistas de iluminação chegaram a uma abordagem onde exposição é definida manualmente. "O sol tem intensidade fisicamente precisa, enquanto todas as luzes internas têm valores de intensidade muito mais altos, quebrando a precisão física," explica E'van, que observou que esse pequeno compromisso era necessário para proporcionar uma melhor experiência de jogo. "Temos zumbis do lado de fora, temos zumbis do lado de dentro, e precisamos que o jogador consiga ver essas ameaças e tomar decisões sem que a câmera ou a exposição dificultem isso para eles."

Dando Into the Dead uma nova vida

Into the Dead: Our Darkest Days é uma evolução significativa para a celebrada franquia da PikPok, e uma grande vitória para a equipe de arte do estúdio. Eles conseguiram construir um pipeline de iluminação em tempo real para uma nova abordagem ambiciosa ao horror de alta fidelidade, enquanto usavam HDRP pela primeira vez, sem comprometer o que queriam alcançar. "Descobrimos que as soluções de iluminação unificadas do HDRP eram muito mais fáceis de trabalhar como artistas, e conseguimos colocá-las em funcionamento rapidamente," diz E'van. "Isso realmente nos deu a confiança de que poderíamos cumprir a visão original para Into the Dead: A direção de arte de Our Darkest Days.”

A PikPok está atualmente avaliando Unity 6.1 para aproveitar sombras de taxa variável para otimizar ainda mais o desempenho da GPU. E para os jogadores, os dias mais sombrios acabaram de começar. Into the Dead: A primeira grande atualização de acesso antecipado de Our Darkest Days introduz muitas novas funcionalidades, incluindo uma nova mecânica de jogo: curvas, eventos ambientais e mundiais que podem afetar positiva ou negativamente os abrigos dos jogadores ao longo do tempo.

Sam provoca uma possível curva relacionada à iluminação que pode aparecer em uma atualização futura. “Tivemos essa ideia de apagões em áreas inteiras. Obviamente, precisamos de iluminação dinâmica para simular tudo isso e fazer parecer bom. É por isso que criamos aquele sistema que modula todas as luzes e sondas de reflexão. É bem complexo, mas se conseguirmos fazer funcionar, pode ser realmente legal.”

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