Привет, Хабр! Скоро Новый год, а это значит, что самое время говорить о снеге — но не о том, что за окном, а о том, который мы видим в видеоиграх. Снег — это не просто атмосферный элемент, а настоящая магия технологий: от реалистичных метелей до следов на пушистых поверхностях. В этой статье я расскажу, как разработчики создают визуальные эффекты снега, про физику взаимодействия со снежным ландшафтом, динамическую деформацию и оптимизацию для современных движков. А в конце мы посмотрим на самые красивые и интересные реализации снега в играх. Готовы почувствовать зимнюю магию геймдева и уже надеваете свой цифровой пуховик? Тогда поехали!

Нет ничего удивительного в том, что снег, будучи такой неотъемлемой частью природы, на протяжении десятилетий нашел свое применение в бесчисленных видеоиграх, причем во всевозможных забавных и уникальных. От спортивных игр, RPG и симуляторов до RTS, приключений и выживачей — снег присутствует везде. Иногда он является основной игровой механикой, иногда является лишь украшением, а иногда он задает атмосферу. Снег может быть тематическим элементом повествования или мира, или просто уютным, эстетическим штрихом для определенной области или уровня. Как бы вы ни смотрели на это, снег глубоко укоренился в индустрии видеоигр. Поэтому сегодня я хочу немного погрузиться в эту морозную тему вместе с вами. Что первым пришло вам в голову, когда вы подумали о снеге в видеоиграх? Была ли это конкретная игра, локация, персонаж или, может быть, музыкальное произведение? Пишите в комментариях, а я начну вас погружать глубже в этот «сугроб».

Когда выпал первый пиксельный снег?

Снег каждый может описать по‑разному, мягкий, холодный, пушистый, но все мы сойдемся в том, что он белый. И это значит, что изобразить снег на рассвете гейм индустрии, можно было легко — белым цветом. Например, так сделали в Horace Goes Skiing 1983

Раньше, если у игрока было базовое понимание, что он находится в зимнем ландшафте или выполняет какую то зимнюю активность, простые визуалы — например, белая поверхность с редкими линиями, изображающими сугробы, — прекрасно справлялись со своей задачей. Аналогично, синий цвет всегда обозначал воду, зеленый — траву, а оранжевый или красный — опасную лаву. Однако с развитием 2D-графики в конце 1980-х и начале 1990-х эти простые представления начали меняться.

Со временем снег начал использоваться не только как огромные блоки ландшафта, но и более осознанно, становясь украшением, которое обвивает деревья на заднем плане, покрывает вершины гор, дороги, платформы и другие объекты. Это действительно помогло создать ощущение, что снег имеет реальный вес и глубину. В 90-х мы также начали видеть первые качественные эффекты падающего снега, как, например, в игре Hook, выпущенной в 1992 году.

Это, конечно, всего лишь простая текстура белого цвета, быстро прокручивающаяся по экрану в одном направлении, но, на мой взгляд, это добавляет массу атмосферы, создает ощущение холода и открытости пространства, что очень важно для снега в видеоиграх. Некоторые игры того времени — это просто вершина старой пиксельной графики, которая подарила нам фантастические снежные ландшафты, уровни и игры, которые до сих пор выглядят прекрасно и актуально. И вполне понятно, что снег часто исследуется с визуальной точки зрения.

Однако неизбежный переход всей индустрии к 3D-графике оказался, ну, несколько неоднозначным. 8-битные сугробы сменились на многополигональные. Ранний 3D-снег, конечно, был вынужден вернуться к классическим методам 80-х, став просто большими плоскими участками белого. Однако стоит отметить, что виды, которые удалось достичь в этих первых играх, с отдаленными снежными горами и деревьями при помощи пререндеренной графики, действительно работали. Открытие видеоигр для третьего измерения также сильно помогло создать подлинное ощущение холода, ведь туман, который присутствовал почти в каждой игре того времени, случайно подчеркивал зимние пейзажи.

Но для многих вехой виртуального снега стал 3D-меркеж в Super Mario 64 в 1996 году. Здесь, даже с минимальной текстурой на самой снежной поверхности, ощущение снега было прекрасно передано: утешительное скольжение, хруст шагов, ветер, что свистит вокруг. А еще потрясающая музыка и, что особенно запомнилось, падающий снег, который, казалось, присутствовал на протяжении всего уровня. Это было сделано с использованием хитрого и довольно распространенного приема того времени, известного как "билбординг" — техника, при которой плоское изображение всегда поворачивается и смотрит в сторону камеры игрока, создавая иллюзию объемности.

Падающий снег, который вы видите здесь, на самом деле никак не меняется— он "наклеен" поверх камеры, как линза, и всегда остается перпендикулярным вашему взгляду. Это создает ощущение, что снег движется вместе с вами, покрывая все пространство. Дополнительную иллюзию глубины создают снежинки разного размера, которые смешаны между собой. На мой взгляд, это потрясающий эффект: он выглядит естественно и динамично. Именно такие решения сделали этот уровень одним из самых запоминающихся в одной из лучших видеоигр всех времен.

К началу нового тысячелетия мы увидели те же самые достижения прошлого, но уже в трехмерной графике. Аппаратные улучшения позволили использовать более сложные текстуры, цвета и полигональные модели, что дало возможность создавать все более реалистичный снег в играх. Например, в Top Gear Rally снег оставался на шинах, в 1080 Snowboarding персонажи оставляли глубокие борозды на поверхности, а в Final Fantasy 8 создавались заснеженные горные пейзажи, которые просто завораживали.

С художественной точки зрения, снег часто сводится к игре оттенков белого, серого и черного, но благодаря новым возможностям аппаратного обеспечения стали появляться погодные системы, освещение и базовые физические движки, которые вывели визуализацию на новый уровень. Эта тенденция к улучшению не замедлилась и по сей день.

Сегодня мы наблюдаем фотореалистичный снег в играх, который просто поражает воображение. Например, снег в The Last of Us Part II — это что-то невероятное, а дополнение со снежным окружением к последней части Horizon просто потрясает. Серия Metro передает ощущение холода и суровости снежной зимы до мурашек. Но больше всего выделяется мой любимый пример — снег в Red Dead Redemption 2. Этот уровень проработки — просто нечто невероятное. Хотя игра вышла еще в 2018 году, качество визуализации снега до сих пор остается эталоном.

Теперь же давайте перейдем к снегу, с точки зрения разработчика

Зачем геймдеву нужны сугробы?

Снег в играх выполняет не только эстетическую роль, но и активно используется для усиления атмосферы, создания уникальных игровых механик и построения сюжета. Вот несколько ключевых направлений его применения:

• Эмоциональная составляющая
  
  Снег помогает передать определенные эмоции и настроение, от уюта до полного ощущения одиночества и изоляции. Например, в игре «The Long Dark» заснеженные ландшафты символизируют холод и безысходность. Белоснежная пустошь усиливает чувство одиночества, заставляя игрока ощущать уязвимость перед суровой природой.

  Напротив, снег может создавать атмосферу тепла и уюта — такие сцены часто используются в праздничных играх или зимних событиях, как, например, снежные локации в MMORPG во время новогодних праздников. Падающий снег, мягкий свет и рождественские украшения, теплый какао вызывают ощущение праздника и комфорта

• Геймплей
  
  Снег может активно влиять на игровую механику, добавляя реализма и сложности в игровой процесс:
  
  Скольжение: на льду или утоптанном снегу персонажи или транспортные средства теряют сцепление с поверхностью, что может использоваться как элемент испытания (например, в гоночных играх или платформерах).
  
  Замедление: глубокий снег ограничивает скорость передвижения игрока или транспорта, вынуждая продумывать маршрут и тактику. Эта механика встречается в выживалках, таких, как «The Long Dark», или в ст ратегиях, где войска перемещаются медленнее по заснеженной местности.
  
  Ограничение обзора: метель или сильный снегопад ухудшают видимость, создавая дополнительные вызовы для игрока, будь то ориентирование в пространстве или поиск врагов. В шутерах это может быть частью тактического элемента, когда игрок должен учитывать плохую видимость в своих действиях.

• Наративные элементы
  
  Снег и метель часто играют важную роль в повествовании, подчеркивая значимость определенных событий или служа метафорой:
  
  Метель как часть сюжета: в игре «Red Dead Redemption 2» начал о истории разворачивается во время сильного снегопада, который усиливает ощущение опасности и выживания. Герои вынуждены искать убежище, а метель становится символом изоляции и трудностей.
  
  Символика зимы: в играх зима часто ассоциируется с концом и одновременно обновлением. Например, снег может символизировать завершение чего-то важного или переходный этап перед началом нового. Это может быть финальный этап игры, где белизна снега подчеркивает чистоту или безмолвие после конфликтов и сражений.

Снег — это мощный инструмент для создания уникальной атмосферы, глубоких механик и эмоционально насыщенного повествования. Разработчики используют его не только как визуальный эффект, но и как способ усилить погружение игрока в игровой мир.

Самые простые решения реализации снега в играх

На начальных этапах разработки игр, когда ресурсы и мощности оборудования ограничены, снег реализуется максимально просто, но всё равно эффективно передает атмосферу зимнего мира. Вот несколько базовых подходов:

• Статические текстуры
  
  Один из самых простых и распространённых способов — это использование статических текстур. Белые или слегка серые текстуры с легкими деталями неровностей или следов, изображающие снег, накладываются на ландшафт или объекты. Это создаёт иллюзию заснеженной местности, без необходимости сложных вычислений или анимации. Такой подход встречался в ранних 2D-играх, таких, как Super Mario Bros., где зимние уровни выглядели просто благодаря изменённым текстурам земли и фона.

• Падающий снег как спрайты
  
  В 2D-играх снегопад часто реализуется с помощью спрайтов — простых плоских изображений снежинок, которые падают сверху вниз. Эти спрайты движутся по экрану с фиксированной скоростью, создавая эффект падающего снега. Несмотря на простоту, этот подход добавляет динамики в сцены. Например, в старых играх, как Hook (1991), простые точки, движущиеся по экрану, создавали впечатление снегопада, добавляя атмосферы (данный пример мы уже разбирали в начале статьи, там даже гифка есть).

• Цветовые изменения
  
  Ещё один элементарный метод — смена палитры цветов. Зелёные земли и яркие пейзажи заменяются на белые, голубоватые и серые оттенки. Такой подход был популярен в 8-битных и 16-битных играх, где изменение цвета ассоциировалось с зимним сезоном или заснеженными уровнями. Это минимально затратный способ создать зимнюю атмосферу, который, например, использовался в ранних частях The Legend of Zelda.

• Партиклы для фона
  
  Даже в простых играх часто используются базовые партиклы для создания падающего снега на фоне. В этих случаях частицы не взаимодействуют с окружением или персонажами, а служат исключительно визуальным эффектом. Партиклы запрограммированы так, чтобы двигаться по заранее заданным траекториям, создавая иллюзию хаотичного снегопада. Например, Undertale (2015) - в этой культовой игре снег реализован через минималистичные падающие частицы на фоне, которые не взаимодействуют с персонажем или окружением. Такой эффект помогает создать уютную и немного меланхоличную зимнюю атмосферу

• Визуально-атмосферные элементы
  
  В более сложных случаях, но всё ещё в рамках простоты, снег может быть представлен в виде статических объектов, с которыми игрок или персонаж никак не взаимодействует. Например, The Elder Scrolls V: Skyrim (2011) в похождении драконорожденного, снег - чаще всего декоративный элемент. Заснеженные дороги и вершины не оказывают значительного влияния на механику передвижения игрока. Хотя снег выглядит реалистично, он не взаимодействует с персонажем, что позволяет сохранить простоту реализации.

Эти простые решения не требуют значительных вычислительных ресурсов и могут быть реализованы даже начинающими разработчиками. Поэтому часто они использовались в старых или инди играх. Они не только обеспечивают базовую атмосферу зимы, но и часто становятся основой для последующего добавления более сложных эффектов.

Эффекты свечения и отражения света на снегу

Снег — это уникальная поверхность в играх, которая может не только создавать атмосферу, но и демонстрировать мощь графических технологий. Его яркость и блеск зависят от освещения, поэтому разработчики часто используют такие эффекты, как бликование (glare), отражение света (specular highlights) и свечение (bloom). Благодаря этим технологиям снег может выглядеть по-настоящему живым, например, ослепительно сверкать под солнечными лучами или приглушенно светиться в лунном свете. Для достижения таких эффектов применяются шейдеры, которые симулируют отражение света от кристаллической структуры снега.

Игры, такие как Red Dead Redemption 2 или The Last of Us Part II, используют эти технологии для создания максимально реалистичного снега. Особенно впечатляет отражение света ночью, когда снег становится более «холодным», передавая ощущение суровой зимы. Вдобавок, эффект рассеивания света внутри слоя снега (subsurface scattering) добавляет реалистичности, так как свет, попадая на снег, частично поглощается и рассеянно отражается, создавая мягкое сияние.

Метель и видимость: реализация плотных снегопадов

Метель — это ключевой элемент, который усиливает драматизм в зимних сценах, ограничивает обзор и погружает игрока в холодную, неуютную атмосферу. Для создания плотных снегопадов разработчики используют системы частиц (particle systems), которые генерируют большое количество снежинок, двигающихся с разной скоростью и направлениями. Например, в играх Skyrim и Metro Exodus плотные метели не только выглядят зрелищно, но и влияют на геймплей, затрудняя видимость и ориентирование в мире.

Для придания глубины метели используется техника многослойного рендеринга снега: передний слой содержит крупные, медленно падающие снежинки, а дальние слои — мельчайшие частицы, создающие эффект тумана. Ограничение обзора дополняется постобработкой, добавляющей легкую дымку или размытость, что усиливает ощущение нахождения внутри снежной бури. Примером может служить метель из Horizon Zero Dawn: The Frozen Wilds, где снегопад настолько плотный, что игрок вынужден замедлять движение и больше полагаться на карту. Все эти элементы работают вместе, чтобы создать ощущение реального холода и беспомощности перед стихией.

Динамическое изменение ландшафта

Одним из ярких примеров динамики снега в играх являются следы, которые остаются после шагов персонажа, движений животных или транспорта. Эта механика реализуется с помощью текстурных масок или изменений нормалей поверхности. При взаимодействии с ландшафтом текстуры обновляются, создавая реалистичные углубления, напоминающие следы на снегу.

Примером такой технологии являются игры, как Horizon Zero Dawn, где следы исчезают с течением времени, или The Last of Us Part II, где они выглядят утрамбованными и добавляют аутентичности зимнему окружению. Ну и конечно же Red Dead Redemption 2. Этот эффект позволяет игроку взаимодействовать с миром, оставляя за собой физически «убедимые» изменения, что усиливает погружение в игру.

Физика снега в играх

Физика снега в играх играет важную роль в создании ощущения реалистичности и вовлеченности. Для достижения этого разработчики используют различные методы моделирования снега, чтобы имитировать его взаимодействие с окружающим миром и персонажами. Одним из ключевых аспектов является поведение снега при движении персонажа или транспортных средств. Например, в играх как SnowRunner снег может «поглощать» колеса, создавая эффект проваливания, замедления движения или скольжения, в зависимости от состояния снега — глубины, плотности и состояния поверхности. Такой эффект требует точного расчета, чтобы снег правильно взаимодействовал с физикой движения.

Моделирование снега как физического материала также включает работу с его плотностью и поведением при различных температурах. Снег может быть мягким, глубоким и рыхлым, что позволяет персонажам или машинам проваливаться в нем, или жестким, замерзшим, с более твердыми поверхностями, которые легко скользят.

Как не растерять снежинки: оптимизация снега

Оптимизация физики снега в играх — это важный аспект, который позволяет поддерживать производительность, даже при сложных вычислениях и визуальных эффектах. Когда в игре реализована сложная динамика снега, важно эффективно управлять вычислениями и ресурсами, чтобы избежать потери FPS или чрезмерной нагрузки на систему. Одним из методов оптимизации является использование уровней детализации (LOD) для снежных эффектов. Например, на дальних расстояниях текстуры снега и модели могут быть значительно упрощены. Вместо детализированных частиц и сложных текстур можно использовать базовые шейдеры или текстуры с низким разрешением, что существенно снижает нагрузку на видеокарту, не теряя при этом визуальной привлекательности на большом расстоянии. Такой же подход сопоставим к деревьям, траве и т.п.

Другим важным методом является управление частицами. В играх часто используется система, в которой количество активных частиц ограничено, чтобы не создавать излишнюю нагрузку на процессор. Например, частички снега могут быть ограничены в кадре, или их количество может изменяться в зависимости от того, насколько близко игрок находится к источнику снега. В дополнение к этому, кэширование данных позволяет избежать многократных вычислений для одинаковых объектов и эффектов. Например, следы на снегу, оставленные персонажем, могут быть сохранены и воспроизведены при повторном посещении того же места, минимизируя вычисления и ускоряя рендеринг.

Оптимизация динамических эффектов, таких, как лавины или обрушения снега, также требует особого подхода. Эти эффекты могут быть довольно сложными и ресурсоемкими, поэтому часто используется предварительное вычисление и сохранение поведения снега в виде анимаций или симуляций, которые затем проигрываются в реальном времени. Такой подход значительно снижает нагрузку на систему и позволяет избежать проблем с производительностью во время интенсивных действий на экране.

Кроме того, важную роль в оптимизации играет использование более легких физических моделей для снега, например, базовых коллайдеров для скользящих объектов или простых методов для имитации взаимодействия с поверхностью, что позволяет сохранять производительность даже в крупных и детализированных мирах.

Реализация снега в Unreal Engine

Реализация снега в Unreal Engine — это многогранный процесс, который включает в себя использование мощных инструментов движка для создания правдоподобных зимних сцен. Один из ключевых аспектов — это симуляция поведения снега, которая может быть достигнута с помощью системы физики Chaos Physics. Она позволяет моделировать взаимодействие снега с окружающими объектами: например, следы, оставленные персонажем, или деформацию снежного покрова под весом движущихся объектов. Для симуляции падающего снега используется система частиц Niagara, которая предоставляет широкий спектр параметров, включая настройки плотности, скорости и взаимодействия с ветром.

Для создания реалистичного визуального отображения снега важную роль играют материалы и шейдеры. С помощью Shader Graph можно разработать материалы, которые меняют свой внешний вид в зависимости от условий, таких, как направление света или степень взаимодействия с персонажами. Например, снег может постепенно «таять» при соприкосновении с теплыми поверхностями или становиться плотнее под давлением.

Дополнительную глубину сценам придает использование глобального освещения с технологией Lumen, которая позволяет свету рассеиваться через снежный покров, создавая мягкие блики и тени. Это особенно заметно при освещении сцен ярким солнечным светом или при слабом свете луны, что делает пейзаж более атмосферным и кинематографичным.

Не менее важен и звуковой аспект — с помощью аудиосистемы Unreal Engine можно добавить реалистичные звуки хруста снега под ногами, усиливающие эффект погружения. Всё это делает Unreal Engine универсальным инструментом для разработки проектов с зимней тематикой — от игр до архитектурных симуляторов и кинематографических роликов.

Лучшие реализации снега в играх

Тут будет небольшой топ от меня:

1. The Last of Us Part II: следы и накопление снега на предметах
   
   Игра от Naughty Dog впечатляет своей проработкой деталей, особенно реализацией снега. Игроки могут видеть, как накапливается снег на поверхностях и реалистично остаются следы от шагов персонажа или объектов. Эта механика усиливает погружение в атмосферу суровой зимы.

2. Red Dead Redemption 2: динамическая деформация снега
   
   Rockstar Games задала новый стандарт реализма (им не впервой) с помощью снега, который динамически деформируется при взаимодействии с персонажем, животными или экипировкой. Следы в снегу реалистично изменяются в зависимости от веса объекта и силы давления, добавляя игре кинематографический шарм.

3. Horizon Zero Dawn: процедурная генерация снежных текстур
   
   В снежных регионах Horizon Zero Dawn используются процедурные текстуры, которые адаптируются под рельеф и освещение. Благодаря этому каждая снежная сцена выглядит уникально и живо, подчеркивая величие окружающего мира.

4. SnowRunner: физика снега для сложного транспорта
   
   Симулятор от Saber Interactive делает акцент на взаимодействии транспортных средств с глубоким и рыхлым снегом. Уровень сцепления колес зависит от плотности снега и скорости движения, что заставляет игрока тщательно планировать маршрут.

5. Uncharted 4: эффекты метелей и интерактивный снег
   
   В приключенческой игре Naughty Dog снег используется для создания кинематографичных сцен. Эффекты метелей и снежных бурь выглядят впечатляюще, а интерактивный снег реагирует на действия персонажа, добавляя реализма исследованию заснеженных местностей.

Каждая из этих игр демонстрирует уникальный подход к реализации снега, вдохновляя разработчиков на новые высоты графического и технического мастерства.

Заключение: магия геймдева на снежных просторах

Снег в видеоиграх — это не просто визуальный эффект, а целый мир технологий и художественного мастерства. От первых пиксельных снежинок до кинематографичного снега в Red Dead Redemption 2, он всегда оставался мощным инструментом для создания эмоций: уюта, одиночества, опасности.

И что самое удивительное — каждый из нас имеет свой «снежный» момент в играх. Для кого-то это простой уровень из Super Mario 64, для кого-то — суровые зимы The Long Dark, а кто-то до сих пор вспоминает детство, глядя на снег в старых RPG.

И хотя за окном у многих слякоть, в играх зима — это всегда чуть больше, чем просто погода. Это магия, которая напоминает нам, что даже в холодные времена можно найти место для вдохновения.

С наступающим, Хабр! Пишите в комментариях, какой снег в играх запомнился вам больше всего, а мы наденем цифровой пуховик и отправимся в зимнее приключение вместе.

Всем хорошего настроения и еще раз с наступающим!

Источники: Snow in Video Games by Ghostcharm; 25 Years of Video Game Snow by Any Austin;
The Gamer; How SNOW and ICE are used in Video Games — Infinite Bits;

Статья поддерживается командой Serverspace.

Serverspace — провайдер облачных сервисов, предоставляющий в аренду виртуальные серверы с ОС Linux и Windows в 8 дата-центрах: Россия, Беларусь, Казахстан, Нидерланды, Турция, США, Канада и Бразилия. Для построения ИТ-инфраструктуры провайдер также предлагает: создание сетей, шлюзов, бэкапы, сервисы CDN, DNS, объектное хранилище S3.

IT-инфраструктура | Удвоение первого платежа по коду HABR