Забелязвали ли сте, че когато сте навлезли дълбоко в игра, чувате различни звуци, като стъпки, експлозии и шумове от околната среда, които изглеждат перфектно синхронизирани с вашите действия? Повечето от тези звуци са предварително записани аудио семпли, направени от талантливи звукови дизайнери.

Тези малки отрязъци от звук също са под различни форми, включително еднократни, като един изстрел, или цикли, като постоянното бръмчене на двигателя на космически кораб. Това, което може би не знаете, е, че не всички звуци във видеоигрите идват от предварително записани семпли. Някои звуци се създават в движение, докато играете играта.

Това е така нареченият процедурен звук, за който обичам да мисля като за малък личен композитор на играта. С него можем да създаваме звуци динамично по време на игра, без да разчитаме на предварително рендерирани аудиофайлове. Това означава, че звукът, който чувате, когато героят стъпва върху чакъл, може да е малко по-различен всеки път, което прави играта още по-завладяваща и реалистична.

В това ръководство ще разгледаме всичко, което трябва да се знае за процедурния звук, включително историята му, начина на работа и някои интересни примери за използването му в съвременните игри.

Така че, независимо дали сте начинаещ звуков дизайнер или просто сте любопитни за технологиите зад любимите си игри, останете тук! Имаме много неща за разглеждане.

Какво е процедурно аудио?

Процедурният звук е очарователен аспект на звуковия дизайн на игрите. Идеята е звукът да се създава по време на изпълнение или да се генерира в движение, докато играете играта, а не да се записва предварително и да се възпроизвежда.

Накратко казано, процедурният звуков дизайн създава звукови ефекти въз основа на предварително зададени поведения. Представете си го като система, която знае как да генерира звук от стъпки, когато вашият герой ходи по различни повърхности, без да се нуждае от предварително записан семпъл за всяка стъпка. Вместо това тя синтезира звука в реално време, като прави всяка стъпка леко уникална.

Тази техника е подобна на процедурното генериране, което се използва в други части на игрите, като изкуството на околната среда и дизайна на нивото. Точно както една игра може да създава нова гора или подземие всеки път, когато играете, процедурното генериране на звук създава звукови пейзажи, които чувате, въз основа на текущото състояние на играта и вашите взаимодействия.

С помощта на процедурно аудио звуковите дизайнери могат да създават дълбоко интегрирани звукови пейзажи, които реагират на действията на играчите и на средата на играта по съгласуван и правдоподобен начин.

Използването на общи процедурни техники за звуков дизайн обаче има своите компромиси.

Едно от основните предизвикателства е сложността да се гарантира, че звуците са висококачествени и реалистични. Създаването на убедителен процедурен звук може да бъде по-трудно от техническа гледна точка, отколкото използването на предварително записани семпли. Освен това то може да изисква повече процесор, което може да повлияе на производителността на играта, особено на системи от по-нисък клас.

История на процедурния звуков дизайн

В началото на гейминга процедурният звуков дизайн не беше просто форма на изкуство. Той беше необходимост за звука. Ограничената оперативна памет на ранните системи за игри не можеше да се справи с изискванията за съхранение на предварително записани аудио образци, които бяха алтернативата на процедурния звук. Това ограничение принуди разработчиците да генерират звуци в реално време, докато играта се играе.

Аудиото в играта започва с емблематичната игра Pong за Magnavox Odyssey през 1972 г. Интересно е, че оригиналният Magnavox Odyssey не е бил снабден с никакъв звук. Именно версията на Pong на Atari влезе в историята с включването на звук. Atari постига това, като използва адаптера за телевизионен интерфейс (TIA ) , част от хардуера, проектирана да обработва както видео, така и аудио изходи.

TIA може да генерира звукови вълни с помощта на два осцилатора. Чрез манипулиране на тези осцилатори версията на Pong за Atari можеше да създаде прост, но ефективен звук, което бе първият случай на процедурен звуков дизайн в игрите.

В играта имаше три основни звука, всеки от които се генерираше процедурно:

• Първият звук беше звуковият сигнал при удара на топката в лопатките, който даваше на играчите незабавна аудио обратна връзка за техните попадения.
• Вторият звук е по-дълбок звук на понг, когато топката се сблъсква със стените, което го отличава от ударите с гребло.
• Третият звук беше по-висок звук за точкуване, който сигнализираше, че е направена точка.

Макар и елементарни по днешните стандарти, тези звуци добавиха нов слой на ангажираност и обратна връзка, които бяха от решаващо значение за потапянето в играта.

Разбира се, с развитието на технологиите се повишиха сложността и качеството на процедурното аудио.

Еволюция на процедурното аудио

В края на 70-те години на миналия век процедурното аудио започва да се оформя в различни конзоли за игри. Три забележителни системи от тази епоха са Atari 2600, Fairchild Channel F и Bally Astrocade. Всяка от тези конзоли използва процедурно аудио, за да подобри игровото изживяване в рамките на ограниченията на своя хардуер.

Постиженията през 80-те години на миналия век разшириха още повече границите на аудиосистемата в игрите.

През 1983 г. Vectrex въведе ново ниво на аудиосинтез, а Nintendo направи значителен напредък с пускането на Nintendo Entertainment System (NES) през 1985 г. NES използваше петканална аудиосистема, която поддържаше по-широк честотен диапазон от 54Hz до 28kHz и можеше да извършва огъвания на височината на звука. Иконични игри като Super Mario Bros. поставиха еталон за процедурно аудио със запомнящи се звуци като "пинг" при събирането на монети, звукът "гъба" при захранването и ефектът "скок".

През 1986 г. системата Sega Master System донесе още по-голяма еволюция на аудиото в игрите. Тя включваше семплиране и електронен синтез, като използваше четири аудиоканала (три за музика и един за звукови ефекти). Master System беше оборудвана с чипа YM2413 на Yamaha, същия чип, използван в професионалните им синтезатори, който значително подобри качеството и сложността на звуците, които можеше да произвежда.

Еволюцията продължава с пускането на Sega Mega Drive (Genesis) през 1988 г. и Super Nintendo Entertainment System (SNES) през 1990 г. И двете конзоли въведоха по-усъвършенствани аудио възможности, включително семпли с по-високо качество и повече канали за по-богати звукови пейзажи.

Но едва след излизането на Sega Saturn през 1994 г. видяхме друг важен етап в еволюцията на аудиото в игрите. Тя включваше звуков чип и звуков процесор, способни да поддържат до 16 канала звук с 44,1 kHz CD качество, като поставиха началото на висококачествения звук, който очакваме в съвременните игри.

Предварително записани звукови ефекти и музика

През 1994 г. светът на игрите претърпя монументална промяна с пускането на PlayStation на Sony. Тази конзола въведе значително подобрение на аудио възможностите, предлагайки честота на дискретизация 44,1 kHz и 24 канала за стерео звук. Звуковият чип на PlayStation променяше правилата на играта, като позволяваше ефекти на реверберация и зацикляне.

Благодарение на новооткритата гъвкавост композиторите и звуковите дизайнери могат да създават по-сложни и по-завладяващи звукови пейзажи, за да обогатят изживяването на всеки играч.

Преди ерата на PlayStation създаването на аудио за игри изискваше задълбочени познания по аудио програмиране и процедурно аудио. Създателите на звуци трябваше да са добре запознати със сложното кодиране и обработка на сигнали, за да генерират и реализират звукови ефекти и музика. Това правеше процеса много трудоемък и често ограничаваше креативността на тези, които имаха повече музикални наклонности, но по-малко технически умения.

В много отношения PlayStation направи революция в този процес, като позволи лесното внедряване на предварително записани звукови ефекти и музика в игрите. Композиторите и звуковите дизайнери вече не трябваше да се притесняват за тънкостите на процедурния звук. Вместо това те можеха да се съсредоточат единствено върху създаването на висококачествени звукови ефекти и музика, които след това да предадат на разработчиците за интегриране в играта.

Излиза ли процедурното аудио от мода?

Въпреки възхода на предварително записаните звукови ефекти и музика, процедурното аудио далеч не е на мода. В много игри след PlayStation продължават да се използват математическите модели на процедурното аудио. Нека разгледаме някои от най-популярните.

Съвременни игри, които използват процедурно аудио

Спори

В новаторската игра Spore от 2008 г. аудиопрограмистите Аарон Маклеран и Кен Джоли използват усъвършенствани процедурни аудиотехники, за да създадат динамично и завладяващо звуково изживяване.

Те използваха адаптация на Pure Data, наречена libpd - вграждаща се библиотека за аудиосинтез, предназначена за интегриране на мощните възможности на Pure Data в други приложения. Pure Data, за тези, които не знаят, е визуален език за програмиране с отворен код за мултимедия, който се използва широко при създаването на интерактивна компютърна музика и аудио.

Libpd позволи на екипа да генерира музика и звуци от околната среда въз основа на безкрайно променящи се променливи в играта. Например, когато играчите създаваха и развиваха своите същества, звуците, които те издаваха, се генерираха в реално време, отразявайки техните уникални характеристики и поведение.

Това използване на процедурно аудио гарантира, че всеки играч ще има уникално и лично преживяване с играта.

No Man's Sky

No Man's Sky е още един отличен пример за това как процедурният звуков дизайн може да създаде богат и динамичен свят на играта. Екипът на разработчиците е изправен пред уникалното предизвикателство да създаде саундтрак, който да се адаптира към процедурно генерираната вселена на играта. Тъй като повечето от активите на играта, включително планетите, екосистемите и дори съществата, са алгоритмично генерирани, традиционният предварително записан саундтрак не би бил достатъчен.

За да се справи с това предизвикателство, екипът на Hello Games използва аудио междинния софтуер на Wwise, по-специално персонализирана приставка, известна като VocAlien. Този инструмент е от съществено значение за синтезирането на вокалите на разнообразните и уникални същества в играта. VocAlien генерира звуци въз основа на характеристиките на всяко същество, като например неговия размер и вид, като гарантира, че всеки звук е подходящ и уникален.

Процедурната аудиосистема в играта също така позволява на създателите да "изпълняват" звуци. Това означава, че създадените звукови пейзажи не са статични записи, а динамични звукови парчета, които се променят в реално време въз основа на основните анимации и поведение на съществата.

В резултат на това звуците, които чувате, докато изследвате, са сложно свързани с действията на екрана и условията на околната среда.

Elite Dangerous

Elite Dangerous, мегахитът от 2014 г. за онлайн научнофантастична игра за изследване на космоса, постави висока летва за потапящ звук в игрите с използването на процедурен звуков дизайн. Разработчиците на играта използваха процедурни техники за създаване на динамични и адаптивни звуци, особено за двигателите на космическите кораби и графичните интерфейси.

Мини метро

Mini Metro е минималистична симулационна игра за метрото от 2015 г., която използва процедурно аудио, за да създаде адаптивен и завладяващ саундтрак, който подобрява геймплея. Разработчиците, Dino Polo Club, са се стремили да интегрират процедурна музика от самото начало, използвайки силните страни на процедурните техники, за да съответстват на динамичния характер на играта.

Композиторът Рич Вриланд използва процедурна музикална система, която реагира на действията на играча и на развиващата се система на метрото. Всеки град в играта има свой собствен набор от музикални качества, като ритми и хармонични решения, които се променят динамично в зависимост от това как играчите изграждат и променят своите линии на метрото.

Just Cause 4

В Just Cause 4 разработчиците са използвали процедурен звуков дизайн за звуковия ефект whoosh, който се генерира, когато играчът преминава покрай превозно средство на NPC в движението. Този ефект е създаден с помощта на синтез по време на изпълнение от междинния аудио софтуер FMOD.

Този звуков ефект е синтезиран с помощта на смес от бял и кафяв шум. Белият шум съдържа еднакъв интензитет при различните честоти, създавайки последователен съскащ звук, докато кафявият шум има повече енергия при по-ниските честоти, създавайки по-дълбок и по-мек звук.

Чрез смесването на тези два вида шум в различни съотношения екипът успява да променя силата на комбинирания звук въз основа на няколко променливи в играта, като например разстоянието до превозните средства на НДК, скоростта на тези превозни средства и скоростта на превозното средство на играча.

С този подход звуковите ефекти в енджина на играта могат да се адаптират динамично към действията на играча и околната среда.

Заключителни мисли - поглед към бъдещето на процедурния звуков дизайн

Процедурният звук предлага огромна гъвкавост в съвременния геймплей. Звуковите дизайнери могат да създават динамични и адаптивни звукови пейзажи, които реагират на действията на играчите и на промените в околната среда в реално време, като гарантират, че преживяването на всеки играч е уникално и същевременно засилват потапянето и ангажираността чрез осигуряване на звукови ефекти, съобразени с конкретния контекст на играта.

Въпреки предимствата на процедурния звук обаче дискретизираният звук остава златен стандарт за постигане на най-висока точност и реализъм. Предварително записаните семпли улавят нюансираните детайли и естествените характеристики на реалните звуци, като осигуряват несравнимо ниво на качество на звука. Защо просто да не програмирате някои от милионите семпли на мечи хитове, налични в библиотеките за семпли, вместо да синтезирате свои собствени?

В перспектива процедурните техники вероятно ще продължат да се развиват и да допълват традиционните методи за звуков дизайн. Чрез интегриране на процедурния звуков дизайн с дискретизирания звук създателите на игри ще могат да използват силните страни на двата подхода за по-динамични и реалистични звукови пейзажи.