Olete kunagi märganud, kuidas kui olete mängus süvenenud, kuulete igasuguseid helisid, näiteks samme, plahvatusi ja keskkonnamüra, mis kõik tunduvad teie tegevusega ideaalselt kaasnevat? Enamik neist helidest on andekate helidisainerite poolt eelnevalt salvestatud helinäidised.

Need väikesed helilõigud on samuti mitmel kujul, sealhulgas ühekordsed, nagu üks püssilöök, või loopid, nagu kosmoselaeva mootori pidev surin. Mida te aga ehk ei teadnud, on see, et mitte kõik videomängude helid ei pärine eelnevalt salvestatud näidistest. Mõned helid luuakse otse mängu mängimise ajal.

See on see, mida me nimetame protseduuriliseks audioks, mida mulle meeldib mõelda kui mängu isiklikku väikest heliloojat. Selle abil on meil võimalik luua helisid dünaamiliselt mängu ajal, tuginemata eelnevalt renderdatud helifailidele. See tähendab, et heli, mida kuulete, kui tegelane astub kruusale, võib iga kord olla veidi erinev, mis muudab mängu veelgi kaasahaaravamaks ja realistlikumaks.

Selles juhendis vaatleme kõike, mida on vaja teada protseduurilisest helistamisest, sealhulgas selle ajalugu, toimimist ja mõningaid lahedaid näiteid selle kasutamisest tänapäeva mängudes.

Nii et olenemata sellest, kas oled alustav helidisainer või lihtsalt uudishimulik oma lemmikmängude taga oleva tehnoloogia kohta, jääge siia! Meil on palju rääkida.

Mis on protseduuriline heli?

Protseduuriline heli on mängude helidisaini põnev aspekt. Selle idee on luua heli mängimise ajal või jooksvalt, otse mängu mängimise ajal, selle asemel, et seda eelnevalt salvestada ja taasesitada.

Lihtsamalt öeldes, protseduuriline helidisain loob heliefektid, mis põhinevad eelnevalt kindlaks määratud käitumisel. Mõelge sellest kui süsteemist, mis oskab genereerida sammu heli, kui teie tegelane kõnnib erinevatel pindadel, ilma et iga sammu jaoks oleks vaja eelnevalt salvestatud proovi. Selle asemel sünteesib see heli reaalajas, muutes iga sammu veidi ainulaadseks.

See tehnika on sarnane protseduurilise genereerimisega, mida kasutatakse mängude teistes osades, näiteks keskkonnakujunduses ja tasemedisainis. Nii nagu mäng võib iga kord, kui mängid, luua uue metsa või dungeoni kujunduse, koostab protseduuriline heli helimaastiku, mida kuuled mängu hetkeolukorra ja sinu interaktsioonide põhjal.

Kasutades protseduurilist heli, saavad helikujundajad luua sügavalt integreeritud helimaastikke, mis reageerivad mängija tegevusele ja mängukeskkonnale ühtselt ja usutavalt.

Siiski on ühiste menetluslike helidisaini tehnikate kasutamisel kompromissid.

Üheks suureks väljakutseks on helide kõrge kvaliteedi ja realistlikkuse tagamise keerukus. Veenvate protseduuriliste helide loomine võib olla tehniliselt keerulisem kui eelnevalt salvestatud proovide kasutamine. Lisaks võib see nõuda rohkem protsessorit, mis võib mõjutada mängu jõudlust, eriti madalama tasemega süsteemides.

Protseduurilise helidisaini ajalugu

Mängude algusaegadel ei olnud protseduuriline helidisain lihtsalt kunstivorm. See oli heli jaoks hädavajalik. Varaste mängusüsteemide piiratud mälumälu ei suutnud hakkama saada eelnevalt salvestatud helisämplite salvestusnõuetega, mis oli alternatiiviks protseduurilisele helile. See piirang sundis arendajaid looma helisid reaalajas mängu mängimise ajal.

Mängusisene heli sai alguse 1972. aastal Magnavox Odyssey'l mängitud ikoonilise mänguga Pong. Huvitaval kombel ei olnud algsel Magnavox Odyssey'l üldse mingit heli. Pongi Atari versioon oli see, mis heli lisamisega ajalukku läks. Atari saavutas selle, kasutades Television Interface Adapterit (TIA ), mis on riistvara, mis on mõeldud nii video- kui ka heliväljundite käsitsemiseks.

TIA võiks tekitada helilained kahe ostsillaatori abil. Neid ostsillaatoreid manipuleerides sai Atari Pongi versioonis luua lihtsat, kuid tõhusat heli, mis tähistas esimest korda protseduurilist helidisaini mängudes.

Mängus oli kolm peamist heli, mis kõik genereeriti protseduuriliselt:

• Esimene heli oli helisignaal, kui pall tabas labidat, mis andis mängijatele vahetut helisignaali nende tabamuste kohta.
• Teine heli oli sügavam pong-heli, kui pall põrkas vastu seina, mis eristas seda labidatulelöökidest.
• Kolmas heli oli kõrgema häälega heli, mis andis märku, et punkt on saavutatud.

Kuigi tänapäeva standardite järgi olid need helid lihtsad, lisasid need mängule uue kihi ja tagasiside, mis oli mängu kaasahaarava kogemuse jaoks ülioluline.

Muidugi, kui tehnoloogia arenes, muutus ka menetlusliku heli keerukus ja kvaliteet.

Protseduurilise heli areng

1970ndate lõpus hakkas menetluslik heli eri mängukonsoolides kuju võtma. Kolm märkimisväärset süsteemi sellest ajastust olid Atari 2600, Fairchild Channel F ja Bally Astrocade. Kõik need konsoolid kasutasid protseduurilist heli, et parandada mängukogemust oma riistvara piirangute piires.

1980ndatel aastatel toimunud arengud lükkasid mänguheli piire veelgi edasi.

1983. aastal tõi Vectrex sisse uue taseme helisünteesi, samal ajal kui Nintendo tegi 1985. aastal Nintendo Entertainment Systemi (NES) välja andmisega märkimisväärseid edusamme. NES kasutas viie kanaliga audiosüsteemi, mis toetas laiemat sagedusvahemikku 54 Hz kuni 28 kHz ja suutis teha pingerütmi. Ikoonilised mängud nagu Super Mario Bros. seadsid protseduurilise heli jaoks eeskuju selliste meeldejäävate helidega nagu mündi kogumise "ping", power-upi "seenehääl" ja "hüpetefekt".

1986. aastaks tõi Sega Master System kaasa veelgi suurema arengu mängude helisüsteemis. See sisaldas nii proovivõtmist kui ka elektroonilist sünteesi, kasutades nelja helikanalit (kolm muusika jaoks ja üks heliefektide jaoks). Master System oli varustatud Yamaha YM2413 kiibiga, mida kasutati ka nende professionaalsetes süntesaatorites, mis parandas oluliselt helide kvaliteeti ja keerukust.

Evolutsioon jätkus 1988. aastal Sega Mega Drive'i (Genesis) ja 1990. aastal Super Nintendo Entertainment System'i (SNES) ilmumisega. Mõlemad konsoolid tutvustasid keerukamaid helifunktsioone, sealhulgas kvaliteetsemaid proove ja rohkem kanaleid rikkalikumate helimaastike loomiseks.

Kuid alles Sega Saturni 1994. aasta väljalaskmisel nägime veel üht olulist verstaposti mängude heli arengus. See sisaldas helikiipi ja heliprotsessorit, mis suutis toetada kuni 16 kanaliga heli 44,1kHz CD-kvaliteediga, luues eeldused kvaliteetsele helile, mida me tänapäevastes mängudes ootame.

Eelsalvestatud heliefektid ja muusika

1994. aastal toimus mängumaailmas monumentaalne muutus, kui Sony PlayStation ilmus. See konsool tõi kaasa märkimisväärse uuenduse helivõimekuse osas, pakkudes 44,1kHz proovisagedust ja 24 kanalit stereoheli. PlayStationi helikiip muutis mängu, võimaldades kajaefekte ja loopimist.

Tänu uuele paindlikkusele saavad heliloojad ja helikujundajad luua keerulisemaid ja kaasahaaravamaid helimaastikke, et rikastada iga mängija kogemust.

Enne PlayStationi ajastut oli mängude jaoks heli loomiseks vaja põhjalikku arusaamist heli programmeerimisest ja protseduurilisest helistamisest. Helide tegijad pidid heliefektide ja muusika genereerimiseks ja rakendamiseks olema hästi kursis keerulise kodeerimise ja signaalitöötlusega. See muutis protsessi väga töömahukaks ja piiras sageli nende loovust, kes olid muusikaliselt rohkem huvitatud, kuid tehniliselt vähem vilunud.

PlayStation muutis selle protsessi paljuski revolutsiooniliselt, võimaldades eelnevalt salvestatud heliefekte ja muusikat hõlpsasti mängudesse integreerida. Heliloojad ja helikujundajad ei pidanud enam muretsema protseduurilise heli keerukuse pärast. Selle asemel võisid nad keskenduda üksnes kvaliteetsete heliefektide ja muusika loomisele, mille nad siis arendajatele mängusse integreerimiseks edasi andsid.

Kas protseduuriline heli on moest väljas?

Vaatamata eelsalvestatud heliefektide ja muusika levikule ei ole menetluslik heli kaugeltki moest väljas. Paljud PlayStationi järgsed mängud kasutavad jätkuvalt protseduurilise heli matemaatilisi mudeleid. Vaatame mõnda kõige populaarsemat.

Kaasaegsed mängud, mis kasutavad protseduurilist heli

Spore

2008. aasta murrangulises mängus Spore kasutasid heli programmeerijad Aaron McLeran ja Ken Jolly täiustatud protseduurilisi helitehnikaid, et luua dünaamiline ja kaasahaarav kuulmiskogemus.

Nad kasutasid Pure Data kohandust nimega libpd, mis on sisseehitatav audiosünteesi raamatukogu, mis on mõeldud Pure Data võimsate võimaluste integreerimiseks teistesse rakendustesse. Pure Data, kes ei tea, on avatud lähtekoodiga visuaalne programmeerimiskeel multimeedia jaoks, mida kasutatakse laialdaselt interaktiivse arvutimuusika ja heli loomisel.

Libpd võimaldas meeskonnal genereerida muusikat ja keskkonnahääli, mis põhinesid mängus lõpmatult muutuvatel muutujatel. Näiteks kui mängijad lõid ja arendasid oma olendeid, genereeriti nende helid reaalajas, kajastades nende unikaalseid omadusi ja käitumist.

Selline protseduurilise heli kasutamine tagas, et igal mängijal oleks mänguga ainulaadne ja isiklik kogemus.

No Man's Sky

No Man's Sky on veel üks suurepärane näide sellest, kuidas protseduuriline helidisain võib luua rikkaliku ja dünaamilise mängumaailma. Arendusmeeskond seisis silmitsi ainulaadse väljakutsega luua heliriba, mis sobituks mängu protseduuriliselt genereeritud universumiga. Kuna enamik mängu varadest, sealhulgas planeedid, ökosüsteemid ja isegi olendid, on algoritmiliselt loodud, ei oleks traditsiooniline eelnevalt salvestatud heliriba piisanud.

Selle väljakutse lahendamiseks kasutas Hello Games'i meeskond Wwise'i audio-vahendust, täpsemalt kohandatud pluginat nimega VocAlien. See tööriist oli oluline mängu mitmekesiste ja ainulaadsete olendite häälitsuste sünteesimisel. VocAlien genereerib helisid iga olendi omaduste, näiteks suuruse ja tüübi alusel, tagades, et iga heli on sobiv ja ainulaadne.

Mängu protseduuriline helisüsteem võimaldas loojatel ka sisuliselt "esitada" helisid. See tähendab, et loodud helimaastikud ei ole staatilised salvestused, vaid dünaamilised helipalad, mis muutuvad reaalajas vastavalt olendite alusanimatsioonidele ja käitumisele.

Selle tulemusena on uurides kuuldavad helid tihedalt seotud ekraanil toimuvate tegevuste ja keskkonnatingimustega.

Elite Dangerous

Elite Dangerous, 2014. aasta megahitt, online ulme- ja kosmoseuurimismäng, seadis oma protseduurilise helidisaini kasutamisega mängudes kõrged lattidele. Mängu arendajad kasutasid dünaamiliste ja kohanduvate helide loomiseks protseduurilisi meetodeid, eriti kosmoselaevade mootorite ja graafiliste liideste jaoks.

Mini Metro

Mini Metro on minimalistlik metroosimulatsioonimäng aastast 2015, mis kasutab protseduurilist heli, et luua adaptiivne ja kaasahaarav heliriba, mis täiendab mängu. Arendajad, Dino Polo Club, püüdsid algusest peale integreerida protseduurilist muusikat, kasutades ära protseduuriliste tehnikate tugevusi, et need sobiksid mängu dünaamilise iseloomuga.

Helilooja Rich Vreeland kasutas protseduurilist muusikasüsteemi, mis reageerib mängija tegevusele ja arenevale metroosüsteemile. Igal mängus oleval linnal on oma muusikalised omadused, näiteks rütmid ja harmoonilised valikud, mis muutuvad dünaamiliselt vastavalt sellele, kuidas mängijad oma metrooliine ehitavad ja muudavad.

Just Cause 4

Just Cause 4 puhul kasutasid arendajad protseduurilist helidisaini, mis tekitab heliefekti, kui mängija möödub liikluses olevast NPC-sõidukist. See efekt on loodud FMOD-i helivahetarkvara abil sünteesiga jooksva aja jooksul.

See tuisutav heliefekt sünteesiti valge ja pruuni müra segu abil. Valge müra sisaldab erinevatel sagedustel võrdset intensiivsust, tekitades ühtlase susiseva heli, samas kui pruun müra sisaldab rohkem energiat madalamatel sagedustel, tekitades sügavama ja pehmema heli.

Neid kahte tüüpi müra erinevas vahekorras segades suutis meeskond muuta kombineeritud heli väljundit mitmete mängusiseste muutujate, näiteks NPC sõidukite kauguse, nende sõidukite kiiruse ja mängija sõiduki kiiruse alusel.

Sellise lähenemisviisi abil said mängumootori heliefektid dünaamiliselt kohaneda mängija tegevusega ja keskkonnaga.

Viimased mõtted - protseduurilise helidisaini tulevikku vaadates

Protseduuriline heli pakub kaasaegses mängus tohutut paindlikkust. Helikujundajad saavad luua dünaamilisi ja kohanduvaid helimaastikke, mis reageerivad mängija tegevusele ja keskkonna muutustele reaalajas, tagades, et iga mängija kogemus on ainulaadne, suurendades samal ajal mängimise kontekstile kohandatud heliefektide abil süvenemist ja kaasatust.

Vaatamata protseduurilise heli eelistele, on proovivõtuga heli siiski endiselt kuldstandard, et saavutada kõrgeim tõepärasus ja realistlikkus. Eelnevalt salvestatud proovid jäädvustavad tegeliku maailma helide nüansirikkaid detaile ja loomulikke omadusi, mis tagavad võrratu helikvaliteedi. Miks mitte lihtsalt programmeerida mõnda miljonist proovisamplest, mis on saadaval prooviraamatukogudes, selle asemel, et sünteesida omaenda helisid?

Tulevikku vaadates on tõenäoline, et protseduurilised tehnikad arenevad edasi ja täiendavad traditsioonilisi helidisaini meetodeid. Integreerides protseduurilise helidisaini ja proovitud heli, saavad mängude loojad kasutada mõlema lähenemisviisi tugevusi dünaamilisemate ja realistlikumate helimaastike loomiseks.