Проблемы масштабирования космоса в видеоиграх

Космос поистине безграничен. Его размеры настолько огромны, что человеческое сознание едва ли может их осознать. Наблюдаемая вселенная простирается примерно на 93 миллиарда световых лет. Даже наша собственная галактика, Млечный Путь, представляет собой лишь небольшую часть этого универсального полотна, достигая 100,000 световых лет в диаметре и содержащая сотни миллиардов звезд.

Неудивительно, что видеоигры о космосе сталкиваются с трудностями в создании "реалистичного" представления таких невероятных расстояний, особенно в эпоху, когда мы еще не изобрели технологии, способные их преодолевать за разумное время.

Во время запуска модуля Orion в рамках миссии Artemis 2, он развил скорость около 25,000 миль в час. Если игнорировать вопросы топлива и безопасности, на таких скоростях нам потребовалось бы как минимум 80,000 лет, чтобы добраться до ближайшей звезды, Альфа Центавра.

Как же разработчики игр могут передать величие космоса, одновременно делая его доступным для исследования? Как уменьшить масштаб пространства до удобного размера, не создавая ощущения замкнутости?

Я пообщался с астрофизиком Доктором Джеффри Беннеттом, основателем Big Kid Science и автором книги "Масштаб Вселенной", чтобы лучше понять суть проблемы.

Истинный масштаб космоса

"На масштабе 1 к 10 миллиардам — где Солнце размером с большой грейпфрут — Земля меньше шарика от ручки и находится примерно в 15 метрах от Солнца," объясняет Беннетт. "На том же масштабе Луна — самое дальнее место, куда когда-либо ступала нога человека — расположена всего в 4 сантиметрах от нас. Планеты нашей солнечной системы находятся гораздо дальше, хотя до самых удаленных планет можно дойти всего за 10 минут."

По словам Беннетта, большинство научно-фантастических фильмов и игр неверно интерпретируют масштаб, показывая дальние путешествия слишком легкими. Например, учитывая вышеуказанный масштаб, чтобы добраться до ближайших звезд, нужно было бы пройти расстояние через Соединенные Штаты.

Просто симулировать небольшую часть существующей вселенной было бы крайне сложно для современных технологий, даже с использованием процедурной генерации. Разработчики применяют различные методы, такие как масштабирование уровня детализации, инстансирование и стриминг, чтобы создать иллюзию безграничности без перегрузки оборудования.

Беннетт также обсуждает, как работает масштаб в случае межзвездных объектов, таких как астероиды, и маневрирование вокруг них.

Фильмы и игры, по его словам, "обычно делают так, что избежать столкновения с астероидами очень сложно, и космические корабли должны маневрировать в разные стороны, чтобы безопасно пройти через астероидное поле. На самом деле, хотя в астероидном поясе нашей солнечной системы находится множество миллионов астероидов, сама область настолько велика, что было бы невероятно сложно случайно столкнуться с астероидом. Именно поэтому исследования астероидов требуют тщательного планирования, чтобы космический аппарат смог приблизиться к астероиду для получения фотографий и других данных."

На самом деле, даже в самых населенных областях астероиды обычно находятся на расстоянии сотен тысяч до миллионов километров друг от друга в астероидном поясе нашей системы. Стоя на одном из астероидов, было бы крайне маловероятно, что вы смогли бы увидеть даже один из крупнейших других астероидов невооруженным глазом.

Как игры справляются с огромностью космоса

"Это действительно конфликт дизайна, который все космические игры должны решить," говорит Бернд Лехан, основатель и управляющий директор Egosoft, компании, создающей успешную серию космических симуляторов X (включая X4: Foundations).

"С одной стороны, космос должен казаться очень большим, иначе игроки будут чувствовать себя обманутыми. Космос и научная фантастика всегда были о мечте о бесконечных расстояниях и исследованиях в казалось бы бесконечной вселенной. В то же время большинство игр, включая X, не хотят заставлять игроков проходить чрезмерно долгие полеты или, не дай бог, скучать."

Лехан говорит, что его студия пытается найти баланс между областями, которые кажутся более насыщенными контентом, и регионами, которые ощущаются как неосвоенные границы, чтобы передать истинную пустоту космоса.

"Должно быть место для обоих крайностей: плотные, населенные регионы, часто с искусственными средствами транспорта, которые позволяют игроку находить и посещать множество важных мест относительно быстро, а также пустые, удаленные, пограничные области космоса, где опыт гораздо медленнее, но именно там происходит исследование, и неразведанная карта позволяет обнаруживать тайны и секреты."

Поиск решения для моделирования и перемещения по безграничному космосу является проблемой для Egosoft с момента выпуска оригинальной игры X в 1999 году и продолжает оставаться актуальной и сегодня. Реальность такова, что большая часть космоса пуста, настолько пуста, что у вас даже нет визуальных подсказок, указывающих на то, что вы перемещаетесь через него. Перемещение по нему без каких-либо ухищрений или сжатия означало бы бесконечные участки черной пустоты, где ничего не происходит, но слишком сильное сжатие начинает казаться искусственным.

"X4: Foundations, вероятно, имеет самое сложное решение этой проблемы," говорит Лехан. Для последней игры команда сочетает несколько решений. Она начинается с масштабированных уровней технологий двигателей с все более ограниченными возможностями управления. Более быстрые и мощные двигатели обеспечивают более быстрое, но более прямолинейное или контролируемое движение.

Команда также использует концепцию "порталов прыжка", чтобы перепрыгивать через огромные участки вселенной в мгновение ока, а также телепортацию и ускорение времени для аналогичного сжатия путешествий. Существуют также космические шоссе с ускорением скольжения, чтобы ускорить процесс.

Важным аспектом является то, что игры X часто предоставляют игрокам задания во время длительных путешествий по космосу. Предоставление игрокам мелких, незначительных задач или других отвлечений может помочь заполнить длинные промежутки непрерывного путешествия. Прежде всего, Лехан хочет, чтобы игроки наслаждались процессом.

"X4: Foundations — это все же игра. Мы хотим, чтобы она ощущалась как можно более реалистично — позволять игрокам испытывать вселенную и действительно верить, что 'секторы' бесконечны, планеты имеют реальные размеры, и вы можете перемещаться относительно планет и даже более крупных небесных объектов. Но иногда, если существует конфликт между увлекательным игровым процессом и реализмом, нам, возможно, придется немного пойти на компромисс с реализмом."

Другой подход

В отличие от того, чтобы сжимать пространство до удобного размера, команда Elite Dangerous из Frontier Developments взяла на себя гораздо более амбициозную задачу.

"У нас есть Млечный Путь в масштабе 1:1," говорит исполнительный продюсер Готье Веркер. "Приблизительно 400 миллиардов звездных систем."

Для создания этого обширного полотна команда использует технологию под названием Stellar Forge, которая использует реальные астрономические данные и моделирует такие явления, как столкновение звездных систем и процесс формирования звезд и планет для процедурной генерации систем. Системы создаются один раз, когда система открывается, и регенерируются тем же образом, когда игрок их посещает.

Одной из самых сложных задач, с которой сталкивается Elite Dangerous, является то, что игра моделирует галактику не только на макроуровне. Она также должна генерировать поверхности планет и интерьеры космических станций для исследования игроками.

"По всей вселенной у нас есть эти потрясающие звездные явления, которые игроки открывают каждый день," говорит Веркер. "Обратная сторона этого заключается в том, что у нас есть игроки, встречающиеся в одних и тех же звездных системах или на поверхности планеты. Мы должны представлять как огромный масштаб 1:1 космоса, который у нас есть в игре для межзвездных элементов, таких как облака Лагранжа или туманности, так и личный масштаб 'Я на ногах в планетарном поселении.'"

Несмотря на то, что игра была выпущена еще в 2014 году, лишь небольшая часть пространства, которое она симулирует, была исследована игроками.

По словам Веркера, "Все еще более 99% вселенной ждет своего исследования, где любой Командор может первым добавить свое имя в систему и сказать 'Я был первым, кто это увидел'. Мы также добавили колонизацию систем в прошлом году, что позволяет нашим игрокам строить космические станции и планетарные поселения. Это было очень приятно для нас, видеть скорость, с которой пузырь расширяется."

Чтобы дать игрокам возможность исследовать эту почти бесконечную игровую площадку, Elite Dangerous (как и X4) использует многоуровневый подход. Три метода передвижения обеспечивают все большее сжатие пространства и времени путешествий.

"Есть глубокий космос, где корабли движутся на 'медленных' скоростях (около 300 м/с, ниже скорости звука) для выполнения отдельных игровых действий, таких как бой или добыча," говорит Веркер, "Суперкруиз, который по сути является формой FTL-путешествия внутри системы, полезной для сканирования систем, и гиперпространство, где игроки перемещаются между звездными системами через туннель."

Недавно в игру был введен четвертый уровень перемещения, названный Суперкруизом с перегрузкой, который позволяет игрокам перемещаться по звездным системам с гораздо большей скоростью. Даже с такими множеством систем для ускорения транзита, тем не менее, преодоление таких невероятно больших расстояний может занять много времени, и Frontier старается обеспечить, чтобы путешествия были наполнены событиями и управлением ресурсами, чтобы удерживать игроков вовлеченными.

"Все дело в игроке," объясняет Веркер. "Исследователи часто хотят немного уединения или неожиданной встречи, в то время как наши торговцы учитывают риск того, что они перевозят. Управление топливом и теплом обычно является основным приоритетом; никто не хочет оказаться в изоляции в глубоких просторах! Есть также интердикции, когда Командор может быть выдернут из прыжка и обнаружить, что за ним охотятся."

"Кроме того, те долгие поездки, которые наши игроки совершают в глубокий космос, означают, что небольшие повреждения накапливаются, трещины в стеклянной кабине и моменты напряжения превращают красоту космоса почти мгновенно в полное страх."

Волшебство и восхищение колоссальными масштабами космоса являются неотъемлемой частью мистики Elite Dangerous, и Веркер это понимает.

"Я помню путешествие, которое я однажды совершил к Beagle Point, одной из самых удаленных звездных систем в Elite Dangerous, которое я бы назвал одним из самых запоминающихся игровых моментов в моей жизни. Чувство достижения в достижении системы, которую вы запланировали в конце путешествия, — это что-то очень ощутимое, и это всегда заставляет меня ждать следующего приключения."

(Почти) бесконечная задача

Космические игры не справляются с симуляцией масштаба космоса не потому, что разработчики не имеют амбиций или воображения, а потому, что это действительно сложная задача, требующая инновационных решений и постоянного поиска баланса между реализмом и игровым процессом.