Entrevista Tecnológica: Split/Second

A Eurogamer Portugal já analisou Split/Second: Velocity da Disney, um novo jogo de corridas do estúdio Black Rock de Brighton, os responsáveis pelo soberbo Pure.

O Digital Foundry já analisou a demo jogável disponível na PlayStation Network e Xbox Live, somos grandes fãs de Pure, e já passou muito tempo desde A nossa última extensiva entrevista tecnológica.

Portanto, quando o director de tecnologia de Split/Second, David Jeffries, nos ofereceu uma oportunidade de falar abertamente sobre o processo de desenvolvimento por detrás do jogo, agarramos logo a oportunidade.

Respondendo às nossas numerosas e impertinentes questões sobre o motor da Black Rock, Jeffries fez-nos ficar orgulhosos por discutirmos sobre a inovadora abordagem à iluminação de Split/Second, a sua opinião sobre desenvolvimento multi-plataforma nas consolas, os velhos debates 30FPS vs 60FPS, a sempre controversa questão do anti-aliasing, e muito, muito mais.

à uma discussão sobre tecnologia do princípio ao fim, e esperámos fazer muitas mais de forma frequentemente. Estejam atentos à próxima em breve...

Digital Foundry: Pure era mesmo um produto espantoso e um substancial salto sobre o que se tinha visto vindo dos até então Climax Studios. Pode falar-nos sobre a génese do motor? Quais foram os seus objectivos para a tecnologia= Tem um nome?

David Jefferies: O motor de Pure é baseado num leque base de recursos chamado Blimey que tem estado em desenvolvimento no nosso estúdio nos últimos 10 anos. Providenciam todos os blocos construtivos de base para criar um jogo, tal como funções matemáticas, sequências, memória e gestão de ficheiros e por aí adiante.

Os recursos originais do Blimey tinham um renderizador PS2 e Xbox e então em 2003 o nosso "Core Technology Group" (CTG) começou a trabalhar num renderizador de nova geração no PC. O renderizador ainda está em uso hoje na nossa própria ferramenta de modelação Tomcat. Em Janeiro de 2005 começámos a trabalhar em transportar o renderizador para a Xbox 360, preparado para o nosso primeiro título de nova geração, MotorGP '06. Foi um bom renderizador, se bem que leve nas funcionalidades para as bases de hoje, e tinha um modelo sólido de iluminação no seu núcleo.

Quando a equipa Pure começou no ano seguinte eles pegaram no renderizador usado em MotoGP '06 e aumentaram-no imensamente, particularmente fazendo avanços no pós-processamento como nódoa de movimento, graduação de cor, suavização de arestas e brilho. Para Split/Second pegamos no renderizador Pure e usamos como ponto de partida para o renderizador Split/Second.

Digital Foundry: Existe uma paridade muito próxima entre a performance Xbox 360 e PS3 tanto em Pure como no que vimos até agora de SPlit/Second. Qual é a sua filosofia geral ao lidar com as diferentes estruturas multi-nucleares e variáveis habilidades GPU nas duas consolas?

David Jefferies: Penso que a chave em lidar com as diferenças entre a Xbox 360 e a PS3 é ter um profundo conhecimento do equipamento de ambas. Se queres mesmo puxar ambas as consolas aos seus limites então precisas de percursos de código especializados para cada plataforma.

Na Xbox 360 trata-se tudo de tomar vantagem do poderoso GPU e na PS3 trata-se da utilização do SPU. Estas são fundamentalmente diferentes tecnologias que requerem percursos de código muito específicos. Em Split/Second, a imagem final em cada plataforma é praticamente idêntica mas como os pixeis chegam à imagem é mesmo muito diferente.

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Imagens comparativas de Split/Second tiradas das demos gratuitas disponíveis na PSN/Xbox Live. Aspecto e desempenho são muito aproximados no que vimos até agora.

Digital Foundry: Sobre Pure, renderizar todas aquelas árvores foi certamente uma dor de cabeça... Poderia descrever como foram capazes de renderizar cenários vastos com cenas tão carregadas em alpha para a jogabilidade?

David Jefferies: Pure tinha que renderizar uma quantidade gigantesca de folhagem pesada em alpha que simplesmente não teria sido possível usando técnicas tradicionais. Criámos algumas formas inovadoras de renderizar alpha - para mais informações passem pela nossa página de tecnologia.

Digital Foundry: Somos grandes fãs de Pure, mas existe uma sensação que passou ao lado da audiência. Algo um pouco surpreendente tendo em conta o soberbo aspecto e sensação do jogo, e ainda as favoráveis análises. Qual é a sua perspectiva sobre isso?

David Jefferies: Pure é o nosso título que mais vendeu até à data graças a um pacote da Microsoft que chegou a milhões de jogadores. Foi o título que nos estabeleceu como um estúdio de jogos AAA e sempre que falámos às pessoas sobre Split/Second elas reconhecem a Black Rock de Pure - foi uma grande expressão de intenção para o estúdio.

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Os Power Play do primeiro nível de Split/Second em acção. Cenário baseado na pista é detonado para danificar ou destruir adversário. Este é o ponto de venda único do jogo e também o elemento a causar maiores desafios tecnológicos a David Jeffries e equipa.

Digital Foundry: Após Pure, ansiosos pelo próximo jogo, que acabou por ser Split/Second, quais foram os desafios tecnológicos que colocaram na mesa? Houve algo fundamental no motor Pure que precisou de mudança completa?

David Jefferies: O motor Pure estava bem preparado para os requerimentos de Pure e por isso a alteração necessária foi devido a diferentes requerimentos de Split/Second mais do que quaisquer deficiências no motor. Reescrevemos o motor de renderização para ser um correcto renderizador de sombras gamma diferidas ao invés de um renderizador mais tradicionalmente frontal.

Colocámos muita ênfase em mais melhoramentos na linha do pós-processamento com nódoa de movimento por pixel e efeitos de lente anamórficos. Também introduzimos um sistema de graduação de cor no qual os artistas podem tirar uma imagem e a levar para o Photoshop e então tratar a imagem a seu gosto. Temos alguns programas que analisam os mapeamentos de cor que os artistas usaram e os recria no jogo. O sistema é usado a todo o tempo durante a jogabilidade para dar exactamente o aspecto que queremos.

Também investimos muito numa nova corrente de processos de processamento de dados VFX para os altos volumes de pó, fumo e fogo no jogo. Existe uma grande quantidade de poder de processamento nos VFX e muitos truques inteligentes para ser capaz de renderizar grandes quantidades deles sem exceder o rácio de preenchimento. As partículas estão todas correctamente iluminadas pelas fontes de iluminação e o fumo até se move da frente conforme os veículos viajam através deles.

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O uso do segundo nível dos Power Ups despoletam acções específicas que frequentemente mudam grandes secções do próprio aspecto da pista.

Digital Foundry: O uso de diferentes rotas e desastres que mudam a pista foi algo ao qual a Criterion inicialmente olhou durante o desenvolvimento de Burnout Revenge antes de voltar ao seu esquema mais tradicional para o jogo que chegou às lojas. Tendo em conta que têm alguns ex-trabalhadores Burnout na Black Rock, houve ali alguma sensação de assunto não terminado para os seus novos recrutas?

David Jefferies: Penso que não - todos os rapazes Burnout adoram jogos de corrida arcade e o que os atraiu a Split/Second foi a oportunidade de colocar um novo elemento no género que amam. Desde o início que Split/Second foi o seu próprio jogo e as similaridades com Burnout são bem superficiais.

Digital Foundry: Tendo em conta que alguns dos mais bem sucedidos jogos de corrida - os Forzas, os Gran Turismos, os Burnouts - correm a 60 fotogramas por segundo, qual foi o processo da decisão envolvido pela opção dos 30?

David Jefferies: O único factor que precisam ter em conta quando estão a escolher entre correr a 30FPS ou 60FPS é qual a opção que vai dar ao consumidor a melhor experiência possível. A resposta a essa questão varia de jogo para jogo.

Independente do quão optimizado o teu motor está, podes, por definição, renderizar o dobro de detalhe a 30FPS do que a 60FPS. Para Split/Second sentimos que a experiência do consumidor seria imensamente melhorada tendo ambientes mais detalhados, mais físicas, mais efeitos especiais e explosões, mais iluminação e Power Plays mais impressionantes.

Se feito correctamente, um jogo a 30FPS que estique a consola aos seus limites consome mais tempo do que criar um jogo a 60FPS que estique a consola aos seus limites. Isto porque se fores desenhar o dobro no ecrã então os teus artistas precisam de gerar mais elementos a um maior nível de detalhe.

Lançámos muitos jogos a 60FP e lançámos muitos jogos a 30FPS e tomamos a decisão sobre o rácio de fotogramas no início de cada projecto - 30FPS são definitivamente a escolha certa para Split/Second mas pode ser que no futuro com um tipo de jogo diferente ele corra a 60.

Digital Foundry: Quer seja 30 ou 60, rácio de fotogramas consistente é um factor comum em todos os melhores jogos de corridas. Alcançaram uns bem sólidos 30 com Pure: pode falar-nos dos desafios de alcançar o mesmo com Split/Second? Aqueles eventos programados e explosões enormes podem ser imensamente trabalhosas em termos tanto de físicas como de carregamento GPU...

David Jefferies: Isto foi de longe o maior desafio tecnológico em Split/Second. As nossas maiores Power Plays podem ter 1.8km de distância, ter mais de uma centena de ramificações. centenas de físicas de objectos, dezenas de luzes e partículas e serem renderizadas num ambiente que contém um par de milhões de polígonos visíveis para não mencionar o brilho, graduação de cor, faróis anamórficos, HDR e nódoa de movimento.

Se fossemos somar todo o tempo gasto pelo programador a optimizar o motor seria medido em décadas, e inventámos alguns novos paradigmas de renderização porreiros. Verifiquem a nossa conversa "Screen Space Classification for Efficient Deferred Shading" na SIGGRAPH este ano para uma visão mais aprofundada.

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Split/Second renderiza um fotograma em apenas 33.33ms. Manter-se dentro do estipulado quando renderiza enormes eventos programados que mudam os cenários foi um enorme desafio para a equipa.

Digital Foundry: Manter o rácio de fotogramas consistentemente ao longo do jogo deve envolver um enorme nível de cooperação entre designers, artistas e programadores. Quais são os sistemas que tem montados para manter uma certa cena dentro do estipulado, tendo em conta a enorme variante que o número de carros e inclusão de eventos programados devem introduzir?

David Jefferies: Sim a optimização deve-se tanto aos artistas quanto aos programadores. Uma das ferramentas internas que lhes providenciamos é chamada Megabowles, e corre ao longo de cada ambiente no jogo activando cada Jogada de Poder e medindo a performance do jogo em cada ponto da pista.

Actualiza a enorme base de dados que contém a informação sobre onde o jogo está a exceder o estipulado para a renderização e porquê. Esta informação é então enviada de volta aos artistas que trabalham nos seus elementos até que estejam dentro do estipulado.

Lidamos com o problema da variação que os carros e eventos programados introduzem tendo orçamentos separados para os diferentes componentes do jogo. Por isso as partículas devem sempre estar dentro do orçamento das partículas, todos os carros devem ser renderizados no ecrã e dentro do orçamento dos veículos, as Power Plays devem estar dentro do orçamento das Power Plays e por aí adiante.

Todos os orçamentos juntos dão 33ms (uma única actualização 30Hz demora 33.33ms). Por isso não importa que coisas loucas estejam a acontecer no ecrã . desde que todos os componentes estejam dentro dos seus orçamentos então o fotograma vai terminar a renderização a tempo.

Digital Foundry: Vamos falar da tecnologia do motor de Split/Second em mais detalhe. Que abordagem foi feita para a iluminação? A abordagem do sombrear diferido implicaria certas limitações, especialmente nas consolas. A iluminação de objectos não directamente na luz do sol parece boa, especialmente quando os carros passam.

David Jefferies: O renderizador Split/Second é correcto com gama, renderização com sombrear diferido. A parte correcta com gama é muito importante. O que isso significa é que nós convertemos correctamente os valores de entrada do calculador de efeitos de renderização do pixel em espaço linear antes de aplicar cálculos de iluminação usando um alvo de renderização de alta precisão.

Se não fizeres isto então os cálculos de iluminação são feitos em espaço gamma, o que é errado. Se pegares no número 1.0 e dividir por 2 em espaço gamma então vais ter cerca de 0.73, que não é o que queremos.

Podem massajar as entradas do calculador de efeitos de renderização do pixel (para texturas e iluminação por exemplo) para dar mais ou menos o resultado certo em certas circunstâncias mas nunca vais ter o resultado certo a todo o tempo, especial com valores de pixeis de baixa intensidade.

Muitos jogos não se preocupam com a correcção gama porque demora muitos meses a desenvolver um encadeamento correcto em gama completo e podes conseguir 'aproximadamente' sem ele. Se realmente investires o tempo para desenvolver um encadeamento então garantes que os teus cálculos de iluminação estejam sempre absolutamente correctos. Ã isto que estás a ver quando olhas para os objectos não directamente sobre a luz do sol em Split/Second - os pixeis de baixa intensidade estão iluminados correctamente ao invés de estarem incoerentes.

Outro factor importante aqui é o anti-aliasing. Essencialmente o MSAA tipifica a cor dos sub-pixeis no limiar de um polígono, por isso para 2xMSAA faz algo como P = (Pa + Pb) / 2.0. Como explicado antes, matemáticas não funcionam como esperariam quando um espaço não linear como um espaço gamma por isso a equação não vai dar resultados correctos.

Muitos jogos correm com anti-aliasing incorrecto e o programador ou ignora os artefactos que são produzidos ou então tem iluminação de baixo contraste que significa que os artefactos são menos proeminentes.

O estilo de iluminação de Split/Second pediu iluminação de muito alto contraste por isso foi essencial acertarmos isto.

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O renderizador de sombras correcto em gama de Split-Second produz alguma sensacional - para não mencionar matematicamente precisa - iluminação tanto nas versões Xbox 360 e PS3 do jogo.

A parte das sombras diferidas do renderizador significa que quebrámos a velha ligação entre geometria e iluminação. Com um renderizador tradicional, na renderização de um objecto precisas de especifica previamente quantas luzes o vão afectar (geralmente quatro) porque as luzes são renderizadas durante o passo 3D geométrico.

Com um renderizador de sombras deferido nós deferimos a iluminação da cena até depois do passo 3D geométrico. Neste ponto temos toda a geometria renderizada com cor albedo e então aplicamos a iluminação no espaço de ecrã.

Isto significa que podemos renderizar quantas luzes para as que tivermos rácio de preenchimento - em alguns dos nossos níveis nocturnos o número de luzes visíveis corre para as centenas.

Na PS3 a passagem da iluminação é feita nos SPUs para retirar carga do GPU. Esta técnica significa que todas as explosões, todas as faíscas, todas as luzes dos túneis é uma verdadeira fonte de luz. Também permite que os artistas coloquem centenas de luzes para simular luz imóvel no ambiente - estas luzes afectam subtilmente o carro enquanto este se move pela cena e ajuda a o assentar no mundo.

Digital Foundry: Que tipo de físicas estão em prática?

David Jefferies: Para as físicas usámos o Havok, que é uma boa solução tanto para a Xbox 360 e PS3. Significa que podemos ter centenas de objectos fisicamente correctos a preencher os cenários sem quaisquer abrandamentos e dá-nos menos uma coisa com que preocupar.

Digital Foundry: Parece-nos que estamos a ver uma ligeira redução na resolução vertical da demo Xbox 360. Olhando para a sua apresentação SIGGRAPH, fala de três alvos de renderização mais profundidade. A memória temporária das partículas certamente também deve ser tida em conta. O que se passa aqui na 360? Existe algum problema com as limitações de tamanho da eDRAM

David Jefferies: A complexidade de renderizar Split/Second requer-nos mais de 70 alvos de renderização que eventualmente se compõe juntos para formar a imagem final. Nem a PS3 nem a 360 podem acomodar tantos alvos de renderizações na memória de vídeo por isso existe muito copiar de alvos de renderização entre o sistema e a memória de vídeo.

No entanto estás certo: a Xbox 360 tem uma ligeiramente reduzida resolução vertical a correr a 1280x672. Isto é para acomodar os alvos de renderização de elevada precisão que usámos para a renderização correcta em gama. Aplicámos então um escalamento de elevada qualidade para alcançar a nossa resolução de saída de 1280x720.

Resolução crua de pixel é apenas um de muitos factores que entram na criação de uma imagem de elevada qualidade. Tão importante, se não mais, é a qualidade do pixel em si. Correcção gamma, precisão de iluminação de elevada resolução e anti-aliasing de boa qualidade são todos extremamente importantes para a fidelidade visual da memória de imagem final.

Também vale ter em conta que poucos LCDs de consumidores realmente tem uma resolução de pixel de 1280x720 - são quase todos ou a 1366x768 ou 1920x1080. Por isso o LCD do consumidor vai então fazer outra operação de escalamento antes de renderizar a imagem visível ao utilizador.

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O sistema de iluminação aplicado permite centenas de fontes de luz em cenas nocturnas.

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Digital Foundry: Avançando, com MSAA não estando em termos amigáveis com sombras diferidas (precisando de mais RAM de vídeo, largura de banda e mais tecelagem na 360), tem alguma ideia sobre substituir isso por uma solução mais personalizada para o anti-aliasing? Estamos a ver um bem sensacional anti-aliasing personalizado baseado no SPU em God of War III e LittleBigPlanet 2, por exemplo.

David Jefferies: Penso que o MSAA ainda é uma solução muito boa para o anti-aliasing (como explicando antes, precisas assegurar que tens um renderizador correcto em gamma ou não vai parecer bem).

A razão porque precisa de RAM de vídeo adicional, largura de banda e tecelagem é porque funcional ao nível do sub-pixel (ou dois ou quatro fragmentos por pixel) ao invés de ao nível do pixel. Se queres reduzir este excesso então precisas de parar de trabalhar ao nível sub-pixel e isso introduz toda uma carga de problemas próprios.

As implementações AA SPU que vi todas funcional ao nível do pixel e em alguns casos podem ter um bom aspecto mas em outros casos, particularmente objectos finos, podem parecer muito mau porque não tem acesso à informação sub-pixel.

Por isso não estou totalmente convencido ainda mas como sempre vamos avaliar o mais avançado quando melhorar-mos o nosso motor de renderização. Na nossa experiência bom anti-aliasing é tanto devido a ter bons elementos de arte como devido ao equipamento de MSAA.

Digital Foundry: Existe muito entusiasmo no Twitter de codificadores de jogos para chegar a termos com os SPUs PS3. Onde é que isto deixa a 360? Existe muito mais que pode ser extraído do equipamento com VMX128 e memexport por exemplo? Existe uma sensação que o CPU ajuda o GPU com a PS3 acontecendo o contrário na 360?

David Jefferies: A 360 tem um GPU muito poderoso que fornece ao programador muita flexibilidade sobre como abordar a renderização. Tirámos alguma carga de trabalho para os CPUs mas não tanto como para a PS3.

São arquitecturas muito diferentes mas depois de realmente puxar por ambas as consolas para Split/Second não temos a sensação de que uma é mais poderosa do que a outra - são apenas diferentes e isto precisa de ser lembrado quando se desenham motores para elas.

Com os nossos exemplos específicos, sim usámos muito do VMX128 na performance de partes críticas do nosso código e usámos o memexport quando desfragmentámos as texturas nas nossas memórias temporárias de leitura contínua (é melhor para o GPU realizar esta operação porque assim não tens contenção entre o CPU e o GPU enquanto tentam e acedem às mesmas texturas) e também como parte do nosso sistema de classificação de telas.

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A Black Rock utilizou o bem conhecido sistema de físicas Havok para o lidar dos objectos em Split/Second.

Digital Foundry: Qual o peso do PC do ponto de vista do desenvolvimento?

David Jefferies: Nós trabalhámos com um estúdio externo na versão PC que assume as versões de consola como ponte de partida. Isto permite-nos concentrar na 360 e PS3 seguros sabendo que está em boas mãos.

Digital Foundry: Vamos por um momento falar dos jogos online. Existe muita controvérsia entre jogadores sobre os relativos méritos de performance entre a PNS e o Xbox Live. Qual é a abordagem técnica no desenvolver para o online - estamos efectivamente a ver o mesmo código online de base tanto para Xbox 360 como PS3? Falando de uma forma geral, se existem diferenças de performance elas devem-se à infraestrutura?

David Jefferies: Interessante, não encontrei esta controvérsia antes. Usámos uma peça de equipamento mediador chamada NetZ que gere o interface de baixo nível na PSN e Xbox Live e apresenta ao jogo os pacotes de dados que transmitimos. O jogo usa então esses pacotes para manter em sincronização ao longo de qualquer que seja a rede que está a usar.

A única diferença de performance que temos é quando o online se deve ao jogo ao invés da rede. Jogadores online podem accionar até oito Power Plays a qualquer dado momento o que coloca esforço adicional no motor pelo qual precisámos ter em conta - no modo de um jogador é raro ter mais do que duas Power Plays activadas instantaneamente.

Digital Foundry: Finalmente, uma questão sobre o futuro. O vosso motor é desenvolvido especificamente para jogos de corrida? Ou ao invés disso, pode facilmente expandir-se a outros tipos? com Split/Second praticamente completo e pronto para ser vendido, o que pensam que podem fazer com o motor no futuro?

David Jefferies: O próximo passo que queremos dar com o motor não é tanto sobre melhorar a eficiência e qualidade do próprio motor mas sim melhorar a fonte de dados que o alimenta. Os artistas geram elementos fonte que o motor usa e estamos inclinados em melhorar a sua fluidez de trabalho e os seus tempos de iteração e a resposta que as ferramentas lhes dão sobre a qualidade dos seus elementos e se estão dentro do orçamento ou não.

Isto é o que vai fazer a grande diferença nos nossos futuros jogos.

Split/Second chega está à venda a partir de hoje (21/05/2010) para a Xbox 360 e PlayStation 3.