Cómo se hizo "Shadow of the Colossus" (I)

El artículo que leeréis a continuación es una traducción que he realizado del siguiente artículo en inglés: edusworld.org/ew/ficheros/2006/paginasWeb/making_of_sotc.html. Lo dividiré en varias partes que iré subiendo progresivamente.

Creo que es tremendamente interesante para cualquier jugador con un poco de curiosidad sobre cómo hacer las cosas. Empezamos.

Con la PlayStation 3 anunciada para la primavera de 2006, podríamos pensar que PlayStation 2 está en una situación en la que se ha alcanzado su límite. En este momento, la atención del mundo tiende a fijarse en la máquina de nueva generación, pero es realmente ahora donde toda la tecnología adquirida a lo largo del ciclo de vida de la máquina actual da sus frutos, y es el momento en el que las obras maestras aparecen.
Se podría decir que este invierno, en el que Shadow of the Colossus (en adelante SOTC) aparece, representa ese periodo de recogida de frutos para PS2.

SOTC es un buen  juego de por sí, pero es la tecnología que subyace bajo él, ejecutada sobre una PS2, la que le da la apariencia de juego next-gen.

Así que es hora de recopilar la información sobre el desarrollo de SOTC, porque hemos discutido sobre la tecnología empleada y deseamos presentarla.

Fumito Ueda: No estoy seguro desde dónde podría comenzar a hablar (riendo). El trabajo acumulado paulatinamente en SOTC, al recopilarlo definitivamente, parecía completamente natural.

Hajime Sugiyama: Me esforcé en hacer que el mundo fuese natural a la vista. No estoy seguro si lo conseguí, pero es difícil de decir, porque no parece de dibujos animados, ¿no es cierto? (risas)

Takuya Seki: Más que el programador diciendo cómo hacer las cosas, nos esforzamos

El renderizado HDR y la exposición dinámica / algoritmo tone mapping

Tras comenzar con SOTC, el primer golpe visual está en el magnífico paisaje visto desde dentro del Santuario. El escenario exterior se tiñe, visto desde el interior, de blanco, y la luz inunda la estancia a través del espacio entre los pilares que soportan el Santuario. Éste es el tan en boga renderizado HDR (High Dynamic Range, renderizado de alto rango dinámico)
Cuando sales del oscuro interior del Santuario al exterior, la escena exterior está casi completamente dibujada en blanco, que se ajusta rápidamente a su balance adecuado de brillo. Esto es el denominado Dynamic Tone Mapping , que es parte del efecto HDR.

El método en el que SOTC realiza el render HDR no es físicamente correcto, pero el algoritmo empleado funciona y crea un impresionante resultado visual.



El efecto del renderizado pseudoHDR puede verse en todo el juego. Implica que el balance del brillo se centra en el protagonista bajo el cañón y, de la misma forma, el relativamente brillante cielo tiende a representarse casi blanco.









El renderizado HDR y el Tone Mapping se explica en éste artículo sobre Half-Life 2: The Lost Coast, pero a continuación se detalla una breve pincelada sobre su funcionamiento.

Con el fin de renderizar una imagen HDR sin estar limitados por el posible rango de color de la pantalla de televisión, el renderizado HDR realiza un proceso donde el Tone Mapping se usa para conseguir el balance de brillo adecuado en la pantalla del televisor.
Originalmente, el propósito de los gráficos 3D obtenidos a través de un ordenador era conseguir una imagen cercana al mundo real. Hay una enorme variación de brillo en la realidad, desde una claridad cegadora hasta la más negra oscuridad, pero el ojo humano y la cámara se adaptan a ello ajustando la exposición, variando la velocidad de obturación de la cámara y el grado de apertura de la pupila, entre otros. En lo que atañe a los gráficos 3D, procesamos la intensidad de la luz de la realidad usando un gran rango parecido con gran precisión (renderizado HDR) , y la simulación de la cámara y del ojo se realiza a posterior, mediante el Tone Mapping.

Es dificil afrontar un renderizado con el algoritmo HDR real en tarjetas gráficas anteriores a la generación Direct X 8, que es el que usan la mayoría de las consolas actuales [DC/PS2/GC/XBOX, N. del T] debido a que renderizan sólo mediante un framebuffer de 16 millones de colores, conteniendo canales RGB de 8 bits. (Técnicamente no es imposible, pero sería demasiado lento en términos prácticos).
Debido a ello, el algoritmo pseudo-HDR se ha hecho popular en los gráficos de los juegos.

Con Xbox360 y PS3, es posible que cada canal RGB pueda tratarse en coma flotante con una precisión de 16 bit (FP16), debido a que el hardware se ha diseñado desde el principio para trabajar con renderizado HDR. Sin embargo, este no es el caso de PS2. Cuando pensamos en los gráficos de Shadow of the Colossus, el concepto del renderizado pseudo-HDR sale a la palestra.

Hablando del renderizado pseudo-HDR, el efecto destello, en el que la luz inunda las áreas colindantes durante el postprocesado de la imagen (el efecto bloom), se enfoca como un efecto de propósito general. La implementación realizada en el juego trabaja con la exposición y simulación de la pupila con el brillo adecuado, lo que no se realiza habitualmente. Además, con Shadow of the Colossus, esto se realiza de acuerdo con la escena en la que se encuentra el jugador.

Renderizado Pseudo-HDR



En la imagen puede verse cómo el exterior tiende al blanco, pero los efectos en tiempo real gradúan el brillo hasta su valor correcto. El ojo sigue ajustando…

“A decir verdad, usa los mismos principios básicos que nuestro anterior juego, “ICO”. En cierto modo, es justo decir que [SOTC] es un desarrollo de aquél”
Takuya Seki, SCE lead production department.

Con Shadow of the Colossus, el escenario se divide en cajas (cajas interruptor) que cubren todo el mapa. (en este artículo, se decide denominarlas “cajas de escena” por conveniencia), en las que se sitúa el jugador. Las cajas determinan el efecto en esa área.

En otras palabras, si volvemos al ejemplo del Santuario, “porque el interior del Santuario está siempre oscuor, cuando miras hacia el exterior brillante, parece saturado”, esto es porque la definición de la escena determina “haz esto”
“El proceso de renderizado se realiza con normalidad. Después, dependiendo del efecto de escena que se haya definido, simplemente se aplica que la luz inunde el escenario exterior” (Seki)

El algoritmo, grosso modo, puede definirse así.

1. Dibujar la vista lejana, y guardarla en el framebuffer.

2. Dibujar la escena cercana.

3. Se compone la imagen final mediante la combinación del plano cercano y el lejano. Se usan los contenidos del Z-buffer (la distancia al punto de vista) como una máscara.

4. De nuevo empleando el Z-buffer, se genera una imagen aparte de la máscara patrón.

5. Se reduce a una imagen de 64x64 pixels, usando un filtro bilineal (lo que crea una resolución ultra-baja). Esto se reutilizará en el paso 8.
6. Se combina el frame anterior (del paso 7), usando un porcentaje determinado por la caja de escena.
7. Se almacena la imagen para usarla en el paso 6
8. Se escala la imagen del paso 5 a la resolución adecuada, empleando un filtro bilineal. Por ello, se convierte en la base para el efecto bloom donde la vista lejana comienza a ganar protagonismo con respecto a la vista cercana.

9. Se combinan 7 y 8 según los parámetros fijados por la caja de escena.


Ocasionalmente, cuando el personaje pasa de un sitio brillante a un sitio oscuro (y viceversa), parece que el efecto gradualmente ajusta la escena al brillo adecuado. ¿Cómo se ha realizado este tipo de Tone Mapping dinámico?

Cuando el personaje se mueve desde el interior del santuario al exterior, debido a que ha abandonado la caja de escena del santuario, el efecto cesa de aplicarse. Esto se realiza mediante un parametro binario (1/0, encendido/apagado), pero si la escena cambiase de repente, se vería artificial. Por ello, cuando el jugador abandona la escena, hay un pequeño intervalo de tiempo en el que hay una transición al efecto de la siguiente caja de escena.

El falso Tone Mapping se realiza cambiando suavemente desde “dentro del santuario, la escena exterior es brillante” a “fuera del santuario, la escena se dibuja normalmente”

“El inconveniente del método de las cajas de escena, que hace sufrir a PS2, es que el tiempo necesario para determinar los parámetros de las cajas es muy alto. Shadow of the Colossus tiene un enorme mundo que ha sido totalmente parametrizado a mano” (Hajime Sugiyama, SCE lead production department)

Motion blur, con efecto “afterglow” y el frame rate.

En SOTC, cuando la cámara se mueve, se produce el efecto “motion blur” [desenfoque de movimiento]
El Motion Blur (que se puede realizar de distintas formas, pero con SOTC, ajustamos el fotograma actual tras realizar el renderizado del mismo, por medio de la velocidad de la cámara y, simplemente, acumulamos estas imágenes. En PS2, en dónde hay poca memoria y su acceso es lento, es una técnica realmente razonable.

Concepto del desenfoque de la cámara.


Cambiando el fotograma actual según la velocidad, se acumula debido a la trasparencia.

Dos escenas con el fotograma original y el resultado tras el desenfoque.




Además, este desenfoque por la cámara no se aplica al personaje. Si así se hiciese, el personaje se haría demasiado difuminado y vago, que no es nada bueno en términos de jugabilidad.

Pero, si observamos detenidamente, en SOTC, cuando el personaje corre, vemos que el desenfoque se aplica dependiendo de la acción. Este desenfoque se produce por distintas razones de procesamiento.

Se realiza analizando las diferencias entre las posiciones de los huesos en el fotograma actual y en el previo, y formando un polígono desde ambas. Se aplica a la imagen del personaje en el fotograma actual como si fuese una textura.

En el caso de que el jugador se haya colgado de un coloso, y el coloso realiza un gran movimiento, la vista se mueve rápidamente desde el cielo a la tierra de modo desconcertante, pero el brillo del cielo permanece fuertemente visible. Cuando el punto de vista se mueve de forma extrema, un efecto similar se produce, pero esto es cuando el ojo humano mira a una luz brillante (lo que se conoce como el fenómeno afterglow [permanencia del destello]. Debido a esto, el motion blur y el pseudo-HDR retrasa el cambio de brillo, y la imagen permanece. Es necesario implementar en el programa una orden como “si el movimiento es excesivo, haz que la cámara permanezca inmovil.” Es algo que se tiene que asumir en el juego. Es un efecto colateral inesperado del paso (6) en el proceso de ejecución del HDR.

Este efecto “afterglow” está parametrizado en cada caja de escena. En el juego se puede observar, si se hace con detenimiento, que la permanencia del destello no acontece en ciertas áreas.

Sobre la tasa de refresco, SOTC se caracteriza por tener un frame rate que varía de forma salvaje. Realmente, se incorporó la tasa de refresco variable en el diseño del juego, aumentando y disminuyendo según el nivel de carga de procesos. Aunque hay ocasiones en que se alcanzan los 60 fps, también nos encontramos con casos en los que se disminuye hasta los 15 fps, pero el desenfoque de movimiento ayuda a suavizarlo, y la sensación para el jugador de que el frame rate varía se mantiene en límites razonables.

Desenfoque: El efecto blur aparece cuando el personaje se mueve rápidamente.





Según el movimiento del coloso, cuando la vista cambia de modo violento, se produce un fuerte efecto de desenfoque en donde la imagen completa aparece descentrada. Esto mejora en gran medida el aspecto visual.



Al girar la vista, se produce un desenfoque.



En la próxima actualización: Las sombras  en los personajes…

Nota: mañana viernes comienzo mis vacaciones. Prometo interesantes fotos a la vuelta...