Aula 01 - Arte para jogos X arte para cinema

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Modelagem Para Jogos Digitais
Aula 1: Arte para jogos X arte para cinema
 
Apresentação
Quando falamos de arte para jogos, ou “games”, uma das primeiras considerações que devemos fazer é diferenciar esta
da Arte para Cinema, ou para render “off-line”. A arte para jogos, por via de regra, tem limitações técnicas devido ao
hardware em que está sendo aplicada, como em dispositivos mobile, por exemplo.
Na arte para cinema não existe limitante, a criação da imagem é feita de forma off-line, renderizada em grandes farms
de computadores, utilizando toda uma gama de efeitos e pós-produção. É muito comum no mercado as pessoas
confundirem a arte do trailer de um game com o grá�co que o game de fato terá quando chegar às mãos dos jogadores.
Estudaremos aqui essas diferenças.
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Objetivo
Examinar os fundamentos básicos de modelagem para jogos;
Recordar o histórico dos jogos 3d;
Prever a próxima geração de jogos.
Introdução
Como dissemos, a arte de jogos se diferencia da arte para
cinema. A palavra-chave que separa os dois ramos chama-
se “limitação”: limitação de polígonos, tamanho das
texturas, qualidade e realismo da iluminação e materiais,
quantidade de pontos de deformação nos personagens,
tudo dentro do ambiente do game possui limitações muito
maiores.
Na primeira imagem, temos o personagem Darth Malgus,
da franquia Star Wars, com o grá�co do game. Na segunda,
o mesmo personagem no �lme de divulgação do game.
 
 Fonte: Bioware - Blur  Fonte: Bioware - Blur
Saiba mais
O “render”, a criação da imagem em si, nos jogos digitais é feito em tempo real, com luz, sombra e oclusão sendo calculadas
diretamente na placa de vídeo o tempo inteiro, a cada interação do jogo.
O sol se movimenta no céu, o personagem anda pela cena, sua sombra é desenhada em movimento no chão, tudo isso é
calculado o tempo inteiro na placa de vídeo. E isso tem um custo computacional. Quando falamos de um �lme, o “render”, a
criação da imagem, já foi feito, e ela é estática, não interativa.
Limitações projetuais
Sempre que formos trabalhar em um projeto de jogos haverá limitações de polígonos e texturas a serem utilizados, os quais
chamamos de “poly budget” e “texture limit”. Cada jogo possui valores especí�cos, variando muito de uma plataforma para
outra.
Comentário
Jogos de console, ditos “single player”, geralmente possuem especi�cações mais generosas de polígonos e texturas, uma vez
que estes serão carregados a partir de uma mídia estática (DVD, HD do console). 
Jogos online e multiplayers massivos, como WOW e League of Legends possuem especi�cações mais baixas, devido ao fato de
carregar e descarregar da memória, o tempo todo, uma gama enorme de modelos 3D de diferentes pessoas que estão jogando
simultaneamente.
Outra coisa que afeta a qualidade �nal dos multiplayers massivos é o tempo de desenvolvimento do jogo, que devido ao seu
tamanho faz com que sejam lançados às vezes dez anos depois do seu início; sendo assim, a tecnologia grá�ca evoluiu
signi�cativamente, dando a impressão de que o jogo está “datado” visualmente.
Bons desenvolvedores vêm contornando esse problema ao desenvolver jogos multiplayers com grá�cos de desenho
animado, cartoon, como o recente Genshin Impact.
 Screenshot em realtime da personagem Ellie do game Last of Us 2 para PS4 / Fonte:
lastofus2.com  Screenshot do Multiplayer Online Genshin Impact / Fonte: omelet.com
Plataformas de jogos
Cada plataforma de jogos, ou console, possui seus requerimentos especí�cos, que variam de acordo com a sua capacidade
de processamento em CPU (processador) e GPU (placa de vídeo). Sendo assim, a cada novo lançamento de consoles e
novas peças de computador, esses limites crescem junto, acompanhando a tecnologia.
Inicialmente, nos primórdios dos jogos em 3D, os
requerimentos de poligonagem e texturas eram muito
baixos, deixando os modelos 3D com a aparência
“facetada”.
Além da baixa quantidade de polígonos para dar forma aos
modelos, o uso de shaders era mínimo – no máximo, se
usava uma textura diffuse (que representa a cor do
modelo) e alguns mapas de re�exão em armas e água.
 Screenshot do game Goldeneye 007, de Nintendo 64, produzido e lançado pela Rare,
em 1997 / Fonte: Nintendo.com
Até hoje, podemos encontrar jogos com este grá�co, hoje chamado “old school” ou “hand painted”, principalmente em jogos
para dispositivos móveis (celulares iPhone, android, tablets etc).
Esses jogos ditos “old school” possuem como requerimento malhas
poligonais que variam de 500 triângulos+texturas de 128x128 pixels, até
malhas com 6.000 triângulos e texturas de 1024x1024 pixels, dependendo
do hardware target.
 Rafael Nadal, modelo 3D para plataformas iPhone 4 / Fonte: desconhecida
 Sylvanas Windrunner, personagem do jogo online WOW, com 6 Mil triângulos e
texturas de 1024 pixels / Fonte: blizzard.com
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Next-Gen
Next-Gen, como o nome já diz, é uma redução de Next
Generation. Trata-se dos jogos que foram introduzidos a
partir do primeiro X-BOX da Microsoft, que possuíam
modelos 3D com especi�cações mais amplas de
poligonagem, texturas e shaders, com destaque para o
primeiro uso de Normal Mapping.
O padrão do que se conhece por next-gen, no Playstation 3,
por exemplo, �cava em torno de 20 mil triângulos e
texturas de 2048x2048 pixels para um personagem
principal.
 Exemplo de um modelo next-gen com texturas de 2048x2048 pixels e 10 mil
triângulos / Fonte: artstation.com/renanleser
Normal Mapping
O normal mapping é uma técnica de computação grá�ca usada para falsear a iluminação e projeção de sombras e
elevações/detalhes de um modelo 3D, sem adicionar mais polígonos. É como se você adicionasse poros em uma superfície,
sem adicionar o relevo em si.
Através desse mapa, conseguimos trazer os detalhes de um modelo “high poly”, cheio de veias, poros e texturas, para um
modelo mais simples, com poucos polígonos, chamado “low poly”.
 Mapa de Normal na esquerda e, à direita, um modelo sem e com o Normal Map aplicado / Fonte: renanleser.com / thewithcher.com
Repare como na imagem acima o modelo com o Normal Map aplicado tem muito mais detalhes do que o sem. Esta técnica
foi de suma importância para aumentar a qualidade grá�ca dos modelos de jogos next-gen.
Saiba mais
O vetor normal, em 3D, é aquele que, por de�nição, faz 90 graus, ou seja, é perpendicular a uma dada superfície. Para calcular a
iluminação de uma superfície, o vetor normal da superfície do modelo 3D aponta para o vetor da fonte de luz sobre aquela
superfície, e o resultado da operação proporciona o ângulo da sombra naquele modelo.
Para facilitar, imagine uma esfera. Você só consegue notar seu volume devido ao fato de a luz se distribuir ao redor dela, de
acordo com o cálculo entre o vetor de normal e a posição da fonte de iluminação.
Esse grá�co mostra como as normais do modelo low poly são afetadas com o Normal Map a �m de dar a impressão de um
relevo que veio do modelo high poly.
 Fonte: polycount
Já nesse exemplo, você pode ver uma esfera low poly com aplicação de normal map. Todos os relevos percebidos nessa
imagem são “fakes”, graças ao uso do Normal Map.
 Fonte: polycount
Comentário
O normal map apareceu pela primeira vez no Dreamcast, mas o primeiro console a usá-lo extensivamente foi o X-BOX, por volta
de 2003. Consoles como o XBOX 360/ XBOX ONE e o Playstation ¾ são altamente dependentes de técnicas de normal mapping
para gerar grá�cos de qualidade.
Jogos em realidade virtual
Apesar de existir há mais de dez anos, os jogos em Realidade Virtual tiveram um forte desenvolvimento nos anos recentes,
incluindo o lançamento de um headset especí�co para o Playstation 4. O PS4 é uma máquina muito potente, porém o VR –
Virtual Reality – é particularmente pesado em qualquer máquina.
Saiba mais
Tanto o Oculus Rift quanto o HTC Vive – óculos de realidade virtual para PCs – requerem máquinas que possam alcançar alta
�delidade grá�ca em duas telas de1080x1200, em 75 frames por segundo (o mínimo recomendado para um VR de qualidade),
ou mais, e o PS4 simplesmente não consegue renderizar nessa resolução.
Muitos dos jogos de console mais bonitos (em qualquer plataforma) rodam a 30 frames por segundo, o que é natural para
rodar um gameplay tradicional, mas é inaceitável para o VR. A velocidade reduzida aumenta a latência, garantindo náuseas e
dor de cabeça. Dessa forma, o mínimo necessário para jogos no Playstation VR são 60 frames por segundo.
Mesmo que os jogos sejam �uidos, rodando no Playstation VR você nunca vai ver a mesma qualidade grá�ca de um jogo
rodado no PC. É bem comum encontrar modelos bem facetados (low poly), texturas com baixa resolução, modelos
“pipocando” na tela e muitos problemas de anti-alising (bordas dos modelos muito marcada).
Dica
Alguns jogos são de�nitivamente mais bem feitos tecnicamente do que outros, mas há limites para o que o PS4 pode fazer. O
PS5, que a Sony lançou em novembro de 2020, com certeza vai preencher essa lacuna de qualidade, mas ainda assim não vai
alcançar a qualidade de um jogo em VR rodando em um bom PC.
Uma das principais variações que temos no que diz respeito ao conteúdo dos jogos em VR é que todo o processo de
programação e arte tem que ser pensado especi�camente para VR. É muito difícil portar um jogo de PC para VR, por exemplo,
devido aos requisitos de resolução de tela e texturas, aplicação de LODs, drawcalls, tudo isso in�ui.
Um jogo feito exclusivamente para VR faz bom uso de técnicas de carregamento e descarregamento de drawcalls, como
fechar bem os ambientes, ocludir, mesmo nos cenários externos o que é desnecessário, e focar sempre a atenção do jogador
na experiência, no jogo em si.
A propósito, qualquer preocupação com um efeito de “porta de tela” aumentado devido à resolução mais baixa pode ser
deixada de lado; os pixels chamam menos atenção no PlayStation VR do que em outros sistemas, talvez devido ao seu uso
de um painel RGB adequado em oposição à tela Pentile encontrada em seus concorrentes.
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O silverlining de tudo isso é que você pode comprar um PlayStation 4 e o PlayStation VR Launch Bundle por apenas
um pouco mais do que o preço do HTC Vive sozinho. Na verdade, além do recém-lançado AMD RX 480 (e, talvez, o
NVIDIA GTX 1060), todas as placas grá�cas apresentadas como “VR Ready” custam tanto quanto um PS4.
O preço combinado pode não ser barato, mas, pelo que você obtém, é um ótimo negócio. Isso é o mais próximo que
vamos chegar da realidade virtual de mercado de massa por algum tempo, facilitado pelo fato de que tantas
pessoas já têm PS4s. E, pelo preço, você está recebendo o pacote total.
Se você já tem uma câmera PlayStation 4 e um par de controladores Move, pode optar pela opção mais barata com
somente fone de ouvido, mas a maioria das pessoas provavelmente escolherá o pacote completo, especialmente
porque inclui o disco de jogo PlayStation VR Worlds , que oferece cinco experiências que podem não ser os próximos
Wii Sports, mas servirão como um bom ponto de entrada para o novo meio.
O headset do Playstation VR é confortável, mas não se encaixa exatamente como você esperava. É agradavelmente
simples de colocar no PlayStation VR. Todos os fones de ouvido têm uma curva de aprendizado, mas este parece
particularmente elegante.
Um botão na parte de trás expande a faixa de cabeça e um botão na frente move a tela para frente e para trás, para
que você possa ter certeza de que a imagem está em foco. É fácil, embora não se encaixe exatamente da maneira
que se esperava. A alça da cabeça �ca um pouco alta, descansando cerca de três quartos do caminho até a parte de
trás da cabeça.
Embora seja possível puxá-lo para baixo, como um boné de beisebol, fazer isso levanta as telas e di�culta sua
visualização. No entanto, em comparação com o pesado HTC Vive, ainda é um fone de ouvido muito confortável (e
atraente).
Porém, mais uma coisa a ser observada: Houve problemas com os fones de ouvido em todas as oito demos. Ao
olhar para cima, eles deslizam para trás, todas as vezes. Não se pode necessariamente culpar o PSVR por isso, já
que os fones de ouvido não estão incluídos no sistema, mas outros fones de ouvido não causaram esse problema.
Talvez seja a tira de cabeça, um plástico sem as laterais texturizadas e aderentes da tira elástica do Vive (ou a
conveniência dos fones de ouvido embutidos do Rift). Como resultado, pretendo jogar o PlayStation VR com fones de
ouvido, o que deve negar totalmente o problema.
Quatro das demos que joguei usavam o DualShock 4. Uma delas usava exclusivamente o rastreamento da cabeça.
Três deles aproveitaram os controladores do Move. A verdadeira realidade virtual é sobre imersão, sobre a sensação
de presença.
Cada jogo tratava disso de uma maneira diferente, e era particularmente interessante ver como os jogos controlados
por DualShock funcionavam com os problemas inerentes aos movimentos da cabeça desconectados dos
movimentos do seu controle padrão.
Alguns usavam controles estranhos, parecidos com tanques, reminiscentes da era PS1, enquanto outros eram um
pouco mais tradicionais em seu pensamento, embora até isso tenha suas limitações.
Em todos os casos, �cou claro que os desenvolvedores ainda estão tentando descobrir a melhor maneira de casar o
antigo com o novo, e espero que demore um pouco mais até que alguém realmente encontre a solução perfeita.
Ou talvez nunca o façam, porque um controlador tradicional realmente não é a solução perfeita para RV. Para isso,
você realmente precisa do verdadeiro nível de interatividade que só pode ser proporcionado pela capacidade de
alcançar e agarrar as coisas à sua frente.
Ser capaz de mover seu pulso para lançar um Batrang em Batman: Arkham VR, ou colocar suas mãos sobre o ombro
para trocar de arma em Farpoint, faz com que essas experiências pareçam um pouco mais certas. Como se você
realmente fosse o Batman ou estivesse em um mundo estranho. É assim que a realidade virtual deve ser.
The London Heist é um dos cinco jogos incluídos no PlayStation VR Worlds. Na seção que joguei, você anda de
espingarda em uma van na rodovia enquanto os bandidos enxameiam dos dois lados. Você tem uma arma. Você a
segura com uma das mãos, mira e atira.
Quando o pente acaba, ele cai da parte inferior da arma. Com a outra mão, você pega um clipe de dentro do porta-
luvas. Você o leva para o fundo da arma e en�a lá dentro. É uma versão simpli�cada demais de carregar uma arma,
mas não vou me preocupar se não foi absolutamente incrível.
Tudo isso - a forma como minha arma estava desligada da maneira como eu estava olhando; o fato de que eu
poderia estar fazendo algo totalmente diferente com aquele ponteiro de segundos (por exemplo, pegar um clipe e lê-
lo para quando o meu atual acabar); a �sicalidade visceral de bater minhas mãos juntas para recarregar; lavar,
enxaguar, repetir - exempli�ca verdadeiramente as capacidades da realidade virtual.
Essa é uma experiência que simplesmente não pode ser obtida com um controlador normal ou sem o auxílio de um
fone de ouvido VR.
A Sony está colocando muito esforço no PlayStation VR, e isso se re�ete em uma linha muito mais diversa do que a
disponível para os fones de ouvido existentes. Se mesmo um punhado deles são tão capazes de me fazer sentir tão
presente e parte da ação quanto The London Heist (minhas experiências me dizem que serão), então certamente
valerá o preço da admissão.
A geração atual de jogos
Em novembro de 2020, tivemos o lançamento do Playstation 5 e, em seguida, do novo X-BOX. A nova geração dos consoles
promete trazer sérios avanços na qualidade dos grá�cos dos jogos, como no preview da nova versão da engine Unreal.
 Nova tecnologia Nanite em ação na Unreal Engine / Fonte: unreal.com
A tecnologia Nanite de virtualização de geometria e micropolígonos vai permitir que os artistas adicionem uma quantidade
enorme de detalhes nos modelos diretamente na engine.
Comentário
Geometria virtualizada nanite signi�ca quemodelos 3D com padrão de cinema (render off-line) feitos com milhões ou bilhões de
polígonos poderão ser importados diretamente na Unreal Engine – qualquer coisa desde esculturas do ZBrush até
Fotogravimetria de modelos escaneados do mundo real e modelos nativos CAD – e simplesmente funcionar.
A geometria nanite passa por um sistema de streaming e ajuste de escala em tempo real, então dessa forma não há mais
limite de polígonos, budget de memória ou de draw calls (quantidade de modelos que podem ser desenhados na tela ao
mesmo tempo); não existe a necessidade de se bakear mapas de normal ou setar LODs manualmente; e não há perda de
qualidade.
É uma a�rmação bem ousada e vem causando burburinho nos grupos de desenvolvedores de games.
O Lumens é uma solução de iluminação global totalmente
dinâmica que reage imediatamente com a cena e
mudanças na iluminação. O sistema renderiza a re�exão
difusa entre objetos com bounces ilimitados e re�exão
especular indireta em cenários enormes e detalhados, em
escalas que variam de quilômetros até milímetros.
 Nova tecnologia de iluminação Lumens / Fonte: unreal.com
Artistas e designers podem criar mais cenas dinâmicas usando o Lumen, por exemplo, mudando a posição do sol durante o
dia, ligando uma lanterna, ou explodindo um buraco no teto, e a iluminação indireta vai se adaptar de acordo.
O Lumen remove a necessidade de esperar por bakes de lightmap
terminarem e de realizar as UVs de lightmap – o que economiza
bastante o tempo que os artistas gastam preparando os cenários
dentro da Unreal, uma vez que é possível simplesmente mover uma
lâmpada no editor e ver a iluminação alterando em tempo real com
o jogo funcionando.
Um time enorme trabalhou desenvolvendo essa tecnologia para alcançar esse salto de qualidade. Para construir grandes
cenas com geometria Nanite, o time fez um uso grande da biblioteca do Quixel Megascans, que provê modelos 3D com
qualidade de �lmes com milhões de polígonos.
Para suportar essas cenas muito maiores e mais detalhadas do que nas gerações anteriores, o Playstation 5 vai fornecer um
aumento dramático em transferência de dados em tempo real.
Playstation 4 Pro e XBOX
ONE X
O Playstation 4 Pro e o XBOX ONE X são
consoles de “entressafra” que oferecem
mais poder computacional na mesma
geração de consoles.

Playstation 5
Já o Playstation 5 vai permitir mudanças
signi�cativas no cenário dos jogos.
Basicamente, isso é culpa dos novos
processadores: Uma nona CPU e GPU da
AMD.
Na geração anterior eles usavam a AMD Ryzen, enquanto a nova geração vai usar a Radeon Navi. Isso signi�ca que o PS5 vai
utilizar chips de CPU e GPU que ainda não estão disponíveis no mercado.
Outra coisa que vai afetar o desempenho dos jogos é o fato de que, pela primeira vez, essa nova geração de consoles vai usar
um HD SSD – Solid State Drive. A principal diferença é que ele é muito, mas muito mais rápido do que um disco rígido comum.
Em uma demonstração do novo disco, em 2018, o jogo Spider Man carregou em um kit de desenvolvimento do Playstation
(trata-se de uma máquina que simula exatamente o hardware do novo console a �m de os desenvolvedores criarem e
testarem os jogos), demonstrando uma redução de 15 segundos para apenas um segundo no loading do jogo.
Imagine o tempo todo que você já perdeu aguardando telas de loading dos games – agora imagine que isso vai acabar
permanentemente.
A tecnologia 8k, que é o próximo passo para as resoluções de televisão
depois do 4k, também estará disponível no Playstation 5. Apesar de
sabermos que o console poderá oferecer resolução 8k, não espere ver
nenhum jogo com ela por algum tempo.
A�nal, ainda não existe uma gama grande de televisores 8k, muito menos uma audiência ávida por conteúdo nessa
resolução. Isso sem falar do custo absurdo das televisões de 8k já presentes no mercado.
Raytracing é uma “iluminação mais detalhada e �el ao mundo real”. Um componente crítico para o realismo nos games –
assim como em qualquer outra mídia visual – é como a iluminação é aplicada. Assim como as próprias engines de jogos
estão oferecendo novas ferramentas de iluminação, o Playstation 5 vai oferecer Raytracing em tempo real nativo no console.
A seguir, podemos ver a mesma cena de um jogo, com raytracing desligado à esquerda e ligado à direita. Repare como os
re�exos da explosão são visíveis na lateral do carro:
s
 Fonte: nvidia.com  Fonte: nvidia.com
Alguns estúdios de TV e Cinema já usam ray tracing para adicionar realismo na iluminação de cenas criadas por computador.
Mas só recentemente ele foi adicionado nos jogos. Ele usa muito processamento para simular uma iluminação realista,
especialmente em tempo real, correspondendo às ações dos personagens no jogo.
Atividade
1. Sobre a modelagem para jogos digitais, podemos a�rmar que:
a) Não possui limitações como a modelagem para cinema.
b) Depende de cada hardware utilizado.
c) Possui a melhor qualidade gráfica.
d) Utiliza recursos avançados, como o normal map.
e) Tem qualidade superior ao render.
2. Sobre o Normal Map, é correto a�rmar que:
a) Altera diretamente a malha 3D do modelo adicionando relevo.
b) Simula relevo no modelo 3D por meio de projeção de sombra de detalhes.
c) Adiciona relevo e sombra ao modelo, simulando detalhes.
d) Largamente utilizado em modelos high poly.
e) Somente utilizado em modelos low poly.
3. Sobre a próxima geração de jogos é possível declarar que:
a) Ainda não temos tanta inovação se compararmos ao PS4.
b) A quantidade de polígonos aceita e a iluminação melhoraram substancialmente.
c) Melhorias de iluminação permitem que todo o seu planejamento seja feito de forma automatizada.
d) O raytracing em tempo real promete melhorar a qualidade do som dos jogos.
e) Todos os novos títulos já fazem uso de gráficos 8K.
Notas
Glare1
O Glare nada mais é do que os pequenos raios emitidos da fonte luminosa, geralmente num formato de uma estrela de seis
pontas e gerado devido à falta de adaptação do nosso olho, ou da câmera, a certa fonte luminosa devido a sua intensidade.
Referências
MELISSINOS, Chris. The Art of Video Games: From Pac-Man to Mass Effect. USA: Welcome Books, 2012.
Próxima aula
Modelagem Poligonal;
High Poly – Low Poly.
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