Všimli jste si někdy, že když jste hluboko ve hře, slyšíte nejrůznější zvuky, jako jsou kroky, výbuchy a zvuky okolí, které se zdají být dokonale načasované na vaše akce? Většina těchto zvuků jsou předem nahrané zvukové vzorky vytvořené talentovanými zvukovými designéry.

Tyto drobné zvukové úryvky mají také mnoho podob, včetně jednorázových výstřelů, jako je jeden výstřel, nebo smyček, jako je neustálé hučení motoru vesmírné lodi. Možná jste však nevěděli, že ne všechny zvuky ve videohrách pocházejí z předem nahraných samplů. Některé zvuky jsou vytvářeny za běhu přímo při hraní hry.

Tomu říkáme procedurální zvuk, který rád považuji za malého osobního skladatele hry. Díky němu jsme schopni vytvářet zvuky dynamicky během hraní, aniž bychom se museli spoléhat na předem vykreslené zvukové soubory. To znamená, že zvuk, který uslyšíte, když postava šlápne na štěrk, může být pokaždé trochu jiný, díky čemuž hra působí ještě více pohlcujícím a realistickým dojmem.

V tomto průvodci se podíváme na vše, co je třeba vědět o procedurálním zvuku, včetně jeho historie, fungování a několika zajímavých příkladů jeho využití v moderních hrách.

Ať už jste začínající zvukový designér, nebo vás jen zajímá technika, která stojí za vašimi oblíbenými hrami, zůstaňte s námi! Máme toho hodně na srdci.

Co je procedurální zvuk?

Procedurální zvuk je fascinujícím aspektem herního zvukového designu. Jde o vytváření zvuku za běhu hry nebo jeho generování za běhu, přímo při hraní hry, nikoliv o předem nahraný a přehrávaný zvuk.

Laicky řečeno, procedurální zvukový design vytváří zvukové efekty na základě předem určeného chování. Představte si ho jako systém, který umí generovat zvuk kroků, kdykoli vaše postava kráčí po různých površích, aniž by pro každý krok potřebovala předem nahraný vzorek. Místo toho syntetizuje zvuk v reálném čase, takže každý krok je mírně unikátní.

Tato technika je podobná procedurálnímu generování, které se používá v jiných částech her, například při tvorbě prostředí a designu úrovní. Stejně jako hra může při každém hraní vytvořit nové rozvržení lesa nebo dungeonu, procedurální zvuk vytváří zvukovou krajinu, kterou slyšíte na základě aktuálního stavu hry a vašich interakcí.

Pomocí procedurálního zvuku mohou tvůrci zvuku vytvářet hluboce integrované zvukové krajiny, které soudržným a věrohodným způsobem reagují na akce hráče a herní prostředí.

Používání běžných procedurálních technik návrhu zvuku má však své kompromisy.

Jednou z hlavních výzev je složité zajištění vysoké kvality a realističnosti zvuků. Vytvoření přesvědčivého procedurálního zvuku může být technicky náročnější než použití předem nahraných vzorků. Navíc může vyžadovat více procesoru, což může mít vliv na výkon hry, zejména na systémech nižší třídy.

Historie procedurálního zvukového designu

V počátcích her nebyl procedurální zvukový design jen uměleckou formou. Byla to nutnost zvuku. Omezená paměť RAM v prvních herních systémech nedokázala zvládnout nároky na ukládání předem nahraných zvukových vzorků, což byla alternativa k procedurálnímu zvuku. Toto omezení nutilo vývojáře generovat zvuky v reálném čase v průběhu hry.

Herní zvuk se objevil v roce 1972 v kultovní hře Pong na počítači Magnavox Odyssey. Zajímavé je, že původní Magnavox Odyssey nebyl vybaven vůbec žádným zvukem. Teprve verze hry Pong pro Atari se zapsala do historie tím, že obsahovala zvuk. Společnost Atari toho dosáhla použitím adaptéru TIA (Television Interface Adapter), hardwaru určeného pro zpracování obrazových i zvukových výstupů.

TIA mohla generovat zvukové vlny pomocí dvou oscilátorů. Manipulací s těmito oscilátory mohla verze hry Pong pro Atari vytvářet jednoduchý, ale účinný zvuk, což byl první případ procedurálního zvukového designu ve hrách.

Ve hře byly tři základní zvuky, které byly generovány procedurálně:

• Prvním zvukem bylo pípnutí, když míček dopadl na pádla, což hráčům poskytlo okamžitou zvukovou zpětnou vazbu o jejich zásahu.
• Druhým zvukem byl hlubší zvuk pongu při nárazu míčku do stěn, který se odlišoval od úderů pádlem.
• Třetí zvuk byl vyšší zvuk pro bodování, který signalizoval, že byl dosažen bod.

Ačkoli jsou tyto zvuky na dnešní poměry základní, dodaly hře novou vrstvu zapojení a zpětné vazby, která měla zásadní význam pro pohlcující zážitek ze hry.

S vývojem technologií se samozřejmě zvyšovala i složitost a kvalita procedurálního zvuku.

Vývoj procedurálního zvuku

Koncem 70. let se na různých herních konzolích začalo prosazovat procedurální audio. Třemi významnými systémy z této éry byly Atari 2600, Fairchild Channel F a Bally Astrocade. Každá z těchto konzolí využívala procedurální zvuk k vylepšení herního zážitku v rámci možností svého hardwaru.

Pokroky v 80. letech dále posunuly hranice herního zvuku.

V roce 1983 přinesl Vectrex novou úroveň zvukové syntézy, zatímco Nintendo udělalo významný pokrok s vydáním Nintendo Entertainment System (NES) v roce 1985. NES používal pětikanálový zvukový systém, který podporoval širší frekvenční rozsah od 54 Hz do 28 kHz a mohl provádět ohýbání výšky tónu. Ikonické hry jako Super Mario Bros. stanovily měřítko pro procedurální zvuk s nezapomenutelnými zvuky, jako je "ping" při sběru mincí, zvuk "houby" při zapnutí a efekt "skoku".

V roce 1986 přinesl systém Sega Master System ještě větší vývoj herního zvuku. Obsahoval samplování i elektronickou syntézu a používal čtyři zvukové kanály (tři pro hudbu a jeden pro zvukové efekty). Systém Master System byl vybaven čipem YM2413 od společnosti Yamaha, stejným čipem, který se používal v jejich profesionálních syntezátorech, což výrazně zvýšilo kvalitu a komplexnost zvuků, které dokázal produkovat.

Vývoj pokračoval vydáním konzole Sega Mega Drive (Genesis) v roce 1988 a Super Nintendo Entertainment System (SNES) v roce 1990. Obě tyto konzole přinesly sofistikovanější zvukové možnosti, včetně kvalitnějších samplů a více kanálů pro bohatší zvukovou krajinu.

Dalšího významného milníku ve vývoji herního zvuku jsme se však dočkali až s vydáním konzole Sega Saturn v roce 1994. Byl vybaven zvukovým čipem a zvukovým procesorem schopným podporovat až 16 kanálů zvuku s kvalitou 44,1 kHz na CD, čímž připravil půdu pro vysoce kvalitní zvuk, který očekáváme v moderních hrách.

Předem nahrané zvukové efekty a hudba

V roce 1994 došlo v herním světě k zásadní změně, když společnost Sony vydala PlayStation. Tato konzole přinesla výrazné vylepšení zvukových schopností a nabídla vzorkovací frekvenci 44,1 kHz a 24 kanálů stereofonního zvuku. Zvukový čip systému PlayStation změnil pravidla hry, protože umožňoval efekty dozvuku a nahrávání ve smyčce.

Díky nově nabyté flexibilitě mohli skladatelé a zvukoví designéři vytvářet složitější a pohlcující zvukové krajiny, které obohatí zážitek každého hráče.

Před érou systému PlayStation vyžadovala tvorba zvuku pro hry hluboké znalosti programování zvuku a procedurálního zvuku. Tvůrci zvuků museli být dobře obeznámeni se složitým kódováním a zpracováním signálu, aby mohli generovat a implementovat zvukové efekty a hudbu. To způsobovalo, že tento proces byl velmi pracný a často omezoval kreativitu těch, kteří měli větší hudební sklony, ale menší technické dovednosti.

PlayStation v mnoha ohledech způsobil revoluci v tomto procesu tím, že umožnil snadnou implementaci předem nahraných zvukových efektů a hudby do her. Skladatelé a zvukoví designéři se již nemuseli zabývat složitostí procedurálního zvuku. Místo toho se mohli soustředit pouze na tvorbu vysoce kvalitních zvukových efektů a hudby, které pak předávali vývojářům k začlenění do hry.

Vyšel procedurální zvuk z módy?

I přes nárůst předem nahraných zvukových efektů a hudby procedurální zvuk zdaleka není v módě. Mnoho her po vydání systému PlayStation nadále využívá matematické modely procedurálního zvuku. Podívejme se na některé z těch nejoblíbenějších.

Moderní hry využívající procedurální zvuk

Spory

V průlomové hře Spore z roku 2008 použili zvukoví programátoři Aaron McLeran a Ken Jolly pokročilé procedurální zvukové techniky k vytvoření dynamického a pohlcujícího zvukového zážitku.

Použili adaptaci Pure Data nazvanou libpd, knihovnu pro syntézu zvuku, která je určena k integraci výkonných schopností Pure Data do jiných aplikací. Pro ty, kteří Pure Data neznají, je to open-source vizuální programovací jazyk pro multimédia, který se hojně používá při tvorbě interaktivní počítačové hudby a zvuku.

Libpd umožnil týmu generovat hudbu a zvuky prostředí na základě nekonečně se měnících proměnných ve hře. Například když hráči vytvářeli a vyvíjeli své tvory, zvuky, které tito tvorové vydávali, byly generovány v reálném čase a odrážely jejich jedinečné vlastnosti a chování.

Použití procedurálního zvuku zajistilo každému hráči jedinečný a osobní zážitek ze hry.

Hra No Man's Sky

Hra No Man's Sky je dalším ukázkovým příkladem toho, jak může procedurální zvukový design vytvořit bohatý a dynamický herní svět. Vývojový tým stál před jedinečným úkolem vytvořit zvukovou stopu, která by se přizpůsobila procedurálně generovanému hernímu světu. Vzhledem k tomu, že většina zdrojů hry, včetně planet, ekosystémů a dokonce i tvorů, je generována algoritmicky, tradiční předem nahraný soundtrack by nestačil.

Pro splnění tohoto úkolu použil tým Hello Games zvukový middleware Wwise, konkrétně vlastní plugin známý jako VocAlien. Tento nástroj byl nezbytný pro syntézu vokálů rozmanitých a jedinečných tvorů ve hře. VocAlien generuje zvuky na základě charakteristik jednotlivých tvorů, jako je jejich velikost a typ, čímž zajišťuje, že každý zvuk je vhodný a jedinečný.

Procedurální zvukový systém ve hře také umožnil tvůrcům v podstatě "hrát" zvuky. To znamená, že vytvořené zvukové scény nejsou statické nahrávky, ale dynamické zvuky, které se mění v reálném čase na základě základních animací a chování tvorů.

Zvuky, které při průzkumu slyšíte, jsou proto úzce spjaty s akcemi na obrazovce a podmínkami prostředí.

Elite Dangerous

Elite Dangerous, megahitová online sci-fi hra pro průzkum vesmíru z roku 2014, nastavila vysokou laťku pro pohlcující zvuk ve hrách díky použití procedurálního zvukového designu. Vývojáři hry použili procedurální techniky k vytvoření dynamických a adaptivních zvuků, zejména pro motory vesmírných lodí a grafická rozhraní.

Mini Metro

Mini Metro je minimalistická simulace metra z roku 2015, která využívá procedurální zvuk k vytvoření adaptivního a poutavého soundtracku, který zlepšuje hratelnost. Vývojáři ze studia Dino Polo Club se od počátku snažili začlenit procedurální hudbu a využít předností procedurálních technik tak, aby odpovídaly dynamické povaze hry.

Skladatel Rich Vreeland použil procedurální hudební systém, který reaguje na akce hráče a vyvíjející se systém metra. Každé město ve hře má svůj vlastní soubor hudebních kvalit, jako jsou rytmy a harmonické volby, které se dynamicky mění podle toho, jak hráči budují a mění své linky metra.

Just Cause 4

Ve hře Just Cause 4 použili vývojáři procedurální zvukový design pro zvukový efekt "whoosh", který se generuje, když hráč míjí vozidlo NPC v provozu. Tento efekt je vytvořen pomocí syntézy za běhu ze zvukového middlewaru FMOD.

Tento zvukový efekt byl syntetizován pomocí směsi bílého a hnědého šumu. Bílý šum obsahuje stejnou intenzitu na různých frekvencích, což vytváří konzistentní syčivý zvuk, zatímco hnědý šum má více energie na nižších frekvencích, což vytváří hlubší a měkčí zvuk.

Smícháním těchto dvou typů hluku v různých poměrech byl tým schopen měnit výkon kombinovaného zvuku v závislosti na několika proměnných ve hře, jako je vzdálenost od vozidel NPC, rychlost těchto vozidel a rychlost vozidla hráče.

Díky tomuto přístupu se zvukové efekty v herním enginu mohly dynamicky přizpůsobovat akcím hráče a prostředí.

Závěrečné myšlenky - pohled do budoucnosti procedurálního zvukového designu

Procedurální zvuk nabízí v moderních hrách obrovskou flexibilitu. Zvukoví designéři mohou vytvářet dynamické a adaptivní zvukové krajiny, které reagují na akce hráčů a změny prostředí v reálném čase, a zajistit tak, aby byl zážitek každého hráče jedinečný, a zároveň zvýšit ponoření do hry a zapojení do ní tím, že poskytnou zvukové efekty přizpůsobené konkrétnímu kontextu hry.

Navzdory výhodám procedurálního zvuku však samplovaný zvuk zůstává zlatým standardem pro dosažení nejvyšší věrnosti a realističnosti. Předem nahrané vzorky zachycují jemné detaily a přirozené vlastnosti reálných zvuků a poskytují bezkonkurenční úroveň kvality zvuku. Proč si prostě nenaprogramovat některý z milionů vzorků mečových hitů, které jsou k dispozici v knihovnách samplů, místo abyste syntetizovali vlastní?

Do budoucna se budou procedurální techniky pravděpodobně dále vyvíjet a doplňovat tradiční metody zvukového designu. Integrací procedurálního zvukového designu se samplovaným zvukem budou tvůrci her schopni využít silné stránky obou přístupů k vytvoření dynamičtější a realističtější zvukové krajiny.