Iluminando o mundo subaquático do Harold Halibut

Saiba como a SLOW BROS. usou a mais recente tecnologia de gráficos HDRP da Unity para criar um jogo visualmente impressionante que estava sendo desenvolvido há anos.

Como uma equipe pequena cria um mundo rico em detalhes que funciona em várias plataformas? SLOW BROS.'s Harold Halibut é uma aventura narrativa única construída a partir de objetos feitos à mão. Cada uma das dezenas de personagens e cenas do jogo começou como uma escultura ou diorama antes de ser importada para a Unity, e até mesmo os assets 2D - partículas, decalques e 2D Animations - são desenhados à mão.

Para preservar a qualidade visual desses ativos no Editor, a SLOW BROS. renderiza os gráficos do Harold Halibutusando o Pipeline de Renderização de Alta Definição (HDRP). A equipe de gráficos da Unity trabalhou com a SLOW BROS. para testar vários recursos da Unity 6 em um ambiente de produção. Isso significa que o Harold Halibut pôde ser lançado com recursos visuais alimentados pelos mais recentes recursos do Unity 2022 LTS, juntamente com a tecnologia de iluminação e upscaling do Unity 6.

Os resultados:

• Importou para o Unity quase 1.000 objetos feitos à mão, construídos com mais de 600 m² de materiais do mundo real
• Renderização de mais de 30 GB de dados de textura de alta resolução e sem plotagem em todas as plataformas de destino usando texturas virtuais de streaming
• Desempenho significativamente aprimorado sem comprometer a qualidade visual usando o Spatial-Temporal Post Processing (STP) do Unity 6

Reunindo a equipe

O desenvolvimento do Harold Halibutteve início há 14 anos, quando os cofundadores da SLOW BROS. Onat Hekimoglu, Fabian Preuschoff, Daniel Beckmann e Ole Tillmann decidiram criar um jogo. Embora tivessem pouca experiência em desenvolvimento de jogos, esse grupo de criativos tinha várias outras habilidades práticas que estavam ansiosos para aplicar em um novo contexto. Juntos, eles fundaram a SLOW BROS. e começaram a desenhar, esculpir, pintar, costurar, construir e modelar, ao mesmo tempo em que adquiriam as habilidades técnicas para trazer esses objetos para o Unity Editor.

Estabelecimento da visão

Por ser um "jogo feito à mão", o visual de Harold Halibuté um dos principais pontos de venda, portanto, era fundamental para a equipe da SLOW BROS. que todos os personagens, ambientes e efeitos criados na vida real fossem reproduzidos fielmente no Editor. Queríamos um mundo consistente que não parecesse "de videogame" e não queríamos fazer concessões para contar a história que queríamos contar", diz Onat.

Harold Halibut se passa a bordo da Fedora I, uma nave espacial semelhante a um submarino, encalhada em um planeta oceânico tóxico. A jogabilidade se concentra em explorar a nave e conhecer a tripulação, portanto, a SLOW BROS. sabia que precisava fazer com que o ambiente parecesse vivo e vivido para manter os jogadores interessados na história.

"A ideia principal é contrária ao que se faz na maioria dos jogos, em que você leva o jogador para o próximo lugar", continua Onat. "Queremos que o jogador explore o Fedora e memorize o layout enquanto se depara com muitas coisas interessantes pelo caminho."

Em busca de um visual íntimo e cinematográfico que atraísse os jogadores, a SLOW BROS. priorizou estar sempre na versão mais atual do Unity. Desde o Unity 4.6, o Harold Halibut foi desenvolvido quase que inteiramente com base em versões beta do Editor e atualizado a cada novo lançamento (a equipe só chegou à versão 2022.3 pouco antes do lançamento). Alguns estúdios podem considerar isso arriscado, mas para a SLOW BROS, ter acesso à tecnologia gráfica mais recente foi essencial para alcançar sua visão.

"Devido ao pequeno tamanho da nossa equipe e ao nosso orçamento limitado, tivemos que encontrar maneiras e criar fluxos de trabalho e ferramentas para alcançar a qualidade AAA que almejávamos", explica Onat. "A mudança para o HDRP fez uma enorme diferença por causa da queda de luz realista, do manuseio diferente da especularidade, do manuseio de materiais em geral, da ciência das cores... Tudo ficou muito melhor."

Digitalização dos modelos

Trabalhar com adereços reais significou que a SLOW BROS. não precisou criar modelos de personagens ou ambientes em 3D no Editor, mas o processo teve restrições exclusivas. Para garantir a iluminação fisicamente correta, a consistência em cada ativo digitalizado foi crucial. Todos os modelos e cenários foram iluminados da forma mais plana possível durante o processo de fotogrametria, digitalizados e levados ao Adobe Substance Painter para limpar qualquer resquício de luz, antes de serem importados para o Unity e animados por meio de captura de movimento.

Esse processo de fotogrametria significa que quase não há texturas de ladrilhos tradicionais no jogo, e as texturas são arquivos enormes. A maioria das texturas tem entre 4K (20 MB) e 8K (80 MB), o que aumenta rapidamente. "Um material tinha quase meio gigabyte para apenas um trecho de uma cena", diz Onat.

O Streaming Virtual Texturing ajudou a equipe a otimizar o uso da memória sem comprometer a resolução da textura e, como resultado, o Harold Halibut tem mais de um gigabyte de memória livre nos consoles. "Podemos alocar a quantidade de memória que queremos gastar com as texturas", explica Onat. "Basicamente, podemos dizer: 'Queremos usar apenas 512 MB de memória de textura', e isso será constante durante todo o jogo, independentemente de quantos objetos ou quantas coisas diferentes renderizamos, porque tudo é obtido no espaço da tela com base no que a câmera vê. Isso realmente ajuda!"

Escolha de um renderizador

A iluminação dos modelos de personagens de Harold Halibute do mundo subaquático estava entre os maiores desafios e é o principal motivo pelo qual a SLOW BROS. passou do Pipeline de Renderização Integrado para a primeira versão experimental do HDRP.

Antes de estudar design de jogos, Onat trabalhou em cinema e, por isso, abordou a iluminação em Harold Halibut sob a perspectiva de um cinegrafista. Ele iluminava os objetos na vida real para ver como ficavam em diferentes condições e, em seguida, usava luzes pontuais e mapas de luz em tempo real para recriá-los no Editor. Isso criou a aparência correta, mas também trouxe uma sobrecarga significativa que afetou o desempenho.

Onat começou a experimentar soluções para gerenciar equipamentos de iluminação mais complexos, o que o levou ao HDRP. Ele descobriu que seu sistema de renderização de blocos e clusters acelerava drasticamente os cálculos de iluminação em comparação com a iluminação mais lenta de várias passagens usada no Pipeline de Renderização Integrado. Embora o HDRP fosse uma tecnologia emergente, o Harold Halibut ainda estava longe de ser lançado, então a SLOW BROS. decidiu fazer a mudança e acabou vendo seu jogo sob uma luz totalmente nova.

"Além de todos os novos efeitos de pós-processamento, volumetria e assim por diante, até mesmo a forma como as cores eram renderizadas no HDRP era drasticamente diferente", diz Onat. "Quando tínhamos todos os assets no Editor, a iluminação no Unity parecia realmente natural. Isso foi em um momento em que ninguém deveria estar usando o HDRP na produção, mas fiquei impressionado com os resultados."

Otimização da iluminação

Desde a adoção do HDRP, a SLOW BROS. tem trabalhado em estreita colaboração com a equipe de gráficos da Unity para testar novos recursos e capacidades em troca de suporte técnico. Os Adaptive Probe Volumes (APV) do HDRP, que chegaram com o Unity 6, acabaram sendo um divisor de águas para a configuração de iluminação do Harold Halibut, acelerando os fluxos de trabalho e liberando ganhos de desempenho.

Os APVs são uma grade 4x4x4 de sondas de luz, posicionadas automaticamente e com base na densidade da geometria em uma cena para facilitar a iluminação indireta. Como são adaptáveis, o APV gerará sondas mais densamente posicionadas em áreas com mais geometria e menos sondas em áreas com menor densidade de geometria.

O Harold Halibut faz uso liberal de iluminação preparada, o que pode economizar em desempenho no tempo de execução, mas pode tornar a iteração mais lenta devido aos tempos de preparação. A iluminação "baked" também pode resultar em pequenas inconsistências visuais, principalmente com objetos dinâmicos, como modelos de personagens e objetos grandes. O uso dos novos recursos de iluminação da Unity acelerou esses tempos de iteração lentos e melhorou as inconsistências visuais.

"Antes do APV, estávamos usando sondas de luz para a iluminação indireta de objetos dinâmicos, como personagens, mas isso levava a imprecisões, especialmente em áreas com muitas luzes contrastantes ou sombras pesadas, pois cada malha só podia ter uma única sonda aplicada a ela", explica Onat. Diferentemente das sondas de luz tradicionais, o APV [fornece iluminação indireta] por pixel e não por objeto, de modo que os objetos dinâmicos podem receber uma iluminação mais detalhada e precisa.

Como a maior parte da iluminação do Harold Halibuté suave e usa luzes em tempo real para obter informações especulares, não há muita necessidade de sombras. Onat viu isso como uma oportunidade de remover alguns dos mapas de luz e luzes pontuais e usar APV em seu lugar. "Em cerca de uma semana, mudei a maioria dos ativos para que fossem apenas iluminados por sonda, o que ficou ótimo com o APV e economizou horas de tempo de cozimento", diz ele. "Além disso, isso nos permitiu usar diferentes conjuntos de cozimento para ambientes diurnos e noturnos."

Acelerar a iteração da iluminação

O uso do APV acelerou a iteração de algumas maneiras diferentes. Um dos benefícios mais significativos foi o aprimoramento da qualidade da visualização, para que a SLOW BROS. pudesse avaliar com mais precisão a aparência da iluminação antes de se comprometer totalmente com um conjunto de alterações.

"Antes, eu só tinha que esperar que, quando aumentasse as configurações, a imagem ficasse boa - apenas para descobrir que havia uma sombra na qual eu não havia pensado", diz ele. "Com o APV, tenho um conjunto de configurações que uso tanto para o jogo final quanto para o fluxo de trabalho de iteração intermediário, o que me dá os resultados imediatamente."

O APV também oferece muito mais liberdade para mover objetos em uma cena sem preocupações. "Isso ajuda principalmente na colocação de ativos - cadeiras, mesas, tudo isso - porque posso mover as coisas sem quebrar os mapas de luz", diz Onat. "A maioria dos nossos objetos contribui para a iluminação global, mas, como não temos sombras criadas, foi fácil adicionar ou remover coisas, e isso nos deu muita flexibilidade sobre o que estávamos carregando durante o jogo."

Onat usa o quarto de Harold como exemplo. Essa cena muda à medida que os jogadores progridem, enchendo-se de lembranças da aventura de Harold. Anteriormente, com as sondas de luz, a SLOW BROS. tinha que usar mapas de luz em objetos grandes, como pôsteres, usando iluminação baked para garantir que eles parecessem consistentes com outros detalhes da cena. Com o APV, eles não precisavam mais definir as configurações de cada objeto individual, o que lhes permitia muito mais controle durante a iteração e a experimentação.

"É um sistema muito agradável e moderno em comparação com a colocação manual de sondas de luz", diz ele. "Agora, tudo é muito consistente. Esse é o principal benefício para nós."

Aumento de escala para consoles

A nova tecnologia de upscaling Spatial Temporal Post Processing (STP) da Unity, que também vem com a Unity 6, foi crucial para fornecer aos jogadores de console a mesma experiência gráfica dos jogadores de PC. O STP usa quadros renderizados em uma resolução mais baixa e os aprimora sem nenhuma perda de fidelidade visual. Para o lançamento, a SLOW BROS. trabalhou com a equipe de gráficos do Unity para fazer o backport desse e de outros recursos experimentais do Unity 6 em sua compilação de lançamento 2022 LTS. Essa tecnologia permitiu que a SLOW BROS. proporcionasse uma experiência de jogo consistente aos jogadores no Xbox Series X|S e no PlayStation 5.

Onat descreveu sua primeira vez usando o upscaler: "Para mim, o STP parece uma mágica. Fiz um teste de estresse reduzindo o jogo para 25% da resolução em full HD, o que significa que é 240p ou algo assim... Ainda consegui ver detalhes minúsculos, como o texto nas placas, o que parece ser impossível - quero dizer, a informação nem está mais lá nessa resolução!"

O STP foi desenvolvido para ser executado em todas as plataformas suportadas pela Unity para maximizar a qualidade visual onde quer que os jogadores estejam jogando. E, ao contrário de muitas outras soluções de upscaling, ele foi desenvolvido para ser econômico em termos de desempenho.

"Para deixar claro o quanto estou impressionado com o STP", Onat continua, "ele é melhor do que qualquer outra tecnologia de upscaling que já usei, exceto talvez o DLSS, que é semelhante em termos de qualidade, mas o STP funciona em tudo.

"Já vi pessoas transmitindo nosso jogo entrarem no menu e ativarem o FSR [FidelityFX™ Super Resolution], só porque estão acostumadas a fazer isso. Isso me faz pensar em remover o FSR e o TAAU [Temporal Anti-Aliasing Upsampling] do nosso menu de opções, porque eu simplesmente não acho que eles devam ser usados quando existe o STP - simplesmente não há razão para isso."

Fazendo mais com Unity

Harold Halibut é uma conquista técnica notável de uma pequena equipe criativa que deixou de saber quase nada sobre desenvolvimento de jogos para aproveitar a mais recente tecnologia gráfica da Unity. O resultado é um jogo multiplataforma visualmente deslumbrante que realmente não se compara a nenhum outro no mercado.

"Éramos apenas um grupo de pessoas criativas com uma ideia. As pessoas com quem conversávamos nos diziam que era impossível fazer o que queríamos", diz Onat. "Com a Unity, alcançamos tudo o que queríamos e até mesmo superamos nossos próprios sonhos e expectativas. Não podemos imaginar que isso teria sido possível com qualquer outra ferramenta."

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