Новичок открывает редактор, лепит холм, ставит камни, рисует дорогу — и за вечер мир разваливается. Дело не в руках, а в порядке работы. Здесь ты поймёшь, почему мир собирают проходами от крупного к мелкому, по всей карте сразу, и почему поздняя правка крупного дороже всего. А ещё — зачем инструменты мира умеют всё пересчитывать, какие они бывают и с чего начать свой первый мир. Это первый урок курса «Свой открытый мир».

Зачем это

Типичный первый вечер с редактором мира. Создаёшь землю и кистью лепишь холм. Ставишь на склон десяток камней, рисуешь к холму дорогу, сажаешь вокруг лес. Потом кажется, что холм стоит неудачно, и ты сдвигаешь его левее. С одной стороны камни и деревья повисли в воздухе, с другой ушли в землю. Дорога теперь взбирается на крутой склон. Ты решаешь вырыть рядом озеро — и посреди воды остаются деревья. Час уходит на починку руками, а мир так и не складывается.

Бывает и по-другому. Один уголок доведён до красоты: мох на камнях, цветы у забора, калитка. А от деревни до озера — несколько минут по пустой зелёной равнине. Первая же прогулка показывает, что озеро слишком далеко и его надо переносить — вместе с красивым уголком на берегу.

Оба провала — не от неумения. Мелкое поставили раньше крупного, а мелкое стоит на крупном. Сдвинул крупное — мелкое сломалось.

Представь дачный участок. Никто не сажает розы, пока экскаватор не вырыл пруд: экскаватор проедет прямо по розам. Сначала план участка на бумаге, потом земляные работы, потом дорожки и место для дома. Дальше газон и деревья, и только в самом конце — скамейка, фонари и цветы. Большой игровой мир собирают в том же порядке, и к этому участку урок будет возвращаться.

Мир — стопка слоёв

Всё в мире на чём-то стоит. Дерево стоит на земле. Дорога лежит на земле и обходит воду. Деревня стоит у дороги и у воды. Трава растёт там, где нет дороги и воды. Свет падает на всё сразу, и тени зависят от каждого холма и дома. Получается стопка: каждый слой опирается на те, что под ним.

Отсюда главное правило. Когда меняешь слой, всё, что лежит выше, надо проверить и поправить. Сдвинул холм — переставь лес на нём, поправь дорогу через него, перекрась склоны, проверь тени. Если выше ничего нет, правка бесплатна. Значит, цена правки — это то, что успели поставить сверху.

На участке так же. Перенести пруд, пока он нарисован на плане, — стереть ластиком. Перенести, когда вокруг газон, дорожки и розы, — заново копать, ровнять, сеять и сажать. Пруд тот же, а работа другая: всё дело в том, что на нём стоит.

Поэтому чем позже меняешь крупное, тем дороже. Пока мир серый, сдвинуть холм — минута. Когда на нём лес, камни, тропа и смотровая площадка, — день работы и риск что-то пропустить. Самое крупное в любом мире — масштаб. От него зависят ширина дорог, размеры домов, расстояния и время в пути. Поменять масштаб в конце — значит переделать почти всё. О нём следующий урок, «Масштаб мира».

Шесть проходов от крупного к мелкому

Раз мелкое стоит на крупном, мир строят снизу вверх по стопке. Один слой — один проход: ты идёшь по всей карте и делаешь только этот слой. У каждого прохода свой вопрос: «готово ли, чтобы класть следующий слой?» «Готово» не значит «идеально». Это значит «достаточно, чтобы следующий слой не пришлось сносить».

Проход 1. Замысел и масштаб

Всё начинается на бумаге. О чём этот мир и какой он: тихие леса и озёра, деревня у воды, дорога через перевал. Как по нему передвигаются: пешком, на машине, на лодке. Какой он величины — и считают её не в километрах, а в минутах пути (размер мира в минутах). Где регионы со своим характером и какие ориентиры видно издалека (дизайн открытого мира). Где живут люди и куда ведут дороги (логика мира).

На участке это план на миллиметровке: где пруд, где дом, где яблони. Правка на плане стоит ластика.

Готово, когда есть карта с масштабной линейкой: регионы, главные ориентиры, вода, деревни и основные дороги. И ты можешь сказать, сколько минут от деревни до озера пешком и на машине.

Проход 2. Форма земли и вода

Крупные формы: горы, долины, равнины, озёра, русла рек. Грубо, как работает экскаватор: без тропинок и камешков. Земля в играх почти всегда — сетка высот (урок про ландшафт). На этом проходе её лепят крупными кистями или берут заготовку из генератора рельефа. Вода ложится в низины, а реки текут только вниз (урок про воду). Долины и перевалы сразу решают, где пройдут дороги: машина не заберётся на слишком крутой склон.

Готово, когда с высоты роста игрока читаются силуэты гор и холмов, вода лежит в низинах, реки текут вниз, а для дорог есть место в долинах и на перевалах.

Проход 3. Дороги и места — серыми коробками

Дороги и тропы ложатся линиями. Деревни, хутора, мосты, смотровые площадки и входы в пещеры встают серыми коробками нужного размера: дом — коробка размером с дом, без окон и крыши. Это блокаут мира (blockout, ещё говорят greybox): черновик из простых форм, по которому уже можно ходить (урок про блокаут).

На участке так размечают дом и дорожки колышками и верёвкой, а потом ходят между ними: удобно ли от калитки до крыльца, не упирается ли дорожка в сарай.

Дальше — прогулка и поездка с секундомером (серый мир и секундомер). Сколько идти от деревни до озера? Проходит ли машина подъём? Видна ли с дороги гора-ориентир? Не скучно ли на этом отрезке?

Готово, когда весь мир можно пройти и проехать, время в пути совпадает с замыслом, машина берёт все подъёмы, а ориентиры видны оттуда, откуда задумано.

Проход 4. Покрытие: земля, лес, трава

Земля получает материал: трава на равнине, камень на крутых склонах, песок у воды, утоптанная земля на тропах (материал земли). Появляются леса, поляны, опушки и луга (биомы, расстановка по правилам) и трава (трава и листва). Предметов становится сотни тысяч, поэтому покрытие почти всегда кладут правилами, а не руками. О правилах — ниже.

На участке это газон, деревья и кусты.

Готово, когда издалека мир читается крупными пятнами — тёмный лес, светлые луга, серые скалы. Лес не залезает на дороги и в воду. И игра не тормозит в самом густом лесу на том компьютере, под который её делают.

Проход 5. Детали, интерьеры, свет и воздух

Камни у тропы, заборы, телеги, вывески, мостки у воды. Внутренности домов (интерьер и экстерьер). Свет, туман, небо и время суток (воздух и даль), звук. Это то, что делает мир живым вблизи. Деталей больше всего, и они самые мелкие, поэтому идут последними.

Простое солнце и небо в мире есть с первого дня: без них не разглядеть формы. На этом проходе свет не включают, а настраивают: настроение, время суток, туман, который прячет даль.

На участке это скамейка, фонари и клумбы.

Готово, когда главные места вблизи выглядят законченными, свет и туман ведут взгляд к ориентирам, а ничего не висит и не тонет.

Проход 6. Подгрузка кусками и бюджет

Большой мир целиком в памяти не помещается. Его режут на квадраты и грузят только те, что вокруг игрока, а дальние места заменяют упрощёнными копиями. Целый квартал или кусок леса вдали склеивают в одну простую модель — это HLOD, иерархический уровень детализации (урок про LOD). Подробно — в уроке «Открытый мир: как он грузится кусками». Сюда же относится бюджет: сколько времени кадра и памяти можно потратить (бюджет кадра, бюджет открытого мира).

В списке этот проход последний, но начинается он в первый день. Мир сразу создают с подгрузкой кусками: переделывать под неё готовый мир долго. А бюджет меряют на каждом проходе — особенно на покрытии, где кадр обычно и проседает. Последний проход — доводка: дальности загрузки, упрощённые копии, замеры по всему маршруту.

Готово, когда весь маршрут проходится и проезжается без рывков на компьютере, под который делают игру, а впереди не видно, как подгружаются куски.

Проход идёт по всей карте

Второе правило: проход делают по всей карте, а не по одному углу до блеска. Экскаватор роет весь участок, а не угол за углом с клумбой в каждом. Так же учат рисовать: художник ведёт всю картину сразу, от общего к частному, и не дописывает один глаз, пока на холсте нет лица.

Почему так:

• Крупные ошибки видны только на целом мире. Далеко ли деревня от озера, туда ли ведёт дорога, не скучен ли лес — это показывает прогулка через всю карту. Если строить угол за углом, пройти маршрут можно только в самом конце, и правка выбрасывает уже готовую красоту.
• Игрок видит мир целиком. С холма видна вся долина. Вылизанный угол рядом с пустой равниной смотрится хуже, чем ровный мир средней готовности.
• Один проход — один почерк. Слой, сделанный за раз по всей карте, получается ровным: те же правила, та же густота леса, тот же стиль. Углы, сделанные в разное время, разные: к последнему углу ты рисуешь лучше, чем к первому.
• Кончилось время — мир всё равно целый. Проходами выйдет весь мир средней готовности. Углами — половина красивая, а половина пустая.

Проходами ошибка находится на 32-м часу: по всей карте готовы два слоя — земля с водой и дороги с местами, — и маршрут уже можно пройти. Мир в этот момент серый, и переделать надо только эти два слоя на четырёх клетках — 8 часов, и мир готов к 88-му часу. Углом за углом маршрут становится проходимым лишь на 77-м часу. Три клетки у озера к этому времени доведены до конца, и в мусор уходит 17 часов: мир готов только к 97-му часу. Модель игрушечная: в жизни проходы стоят по-разному, а ошибок больше одной. Но вывод не меняется: чем раньше мир можно пройти целиком, тем дешевле обходятся крупные ошибки.

Инструменты, которые можно переделать

Порядок проходов делает поздние правки редкими, но не убирает их. Прогулка находит, что озеро далеко. Первые игроки жалуются, что долина тесная. Поэтому инструменты для мира стараются делать такими, чтобы правка основы стоила дёшево. Они хранят не результат, а рецепт: что сделать и по какому правилу. Поменял основу — результат пересчитался. Это неразрушающая правка (non-destructive editing): основа не портится, и любую правку можно снять или переделать.

На настоящем участке так не бывает: после переноса пруда деревья пересаживают руками. Но представь садовника, которому дали не «посади берёзу вот тут», а инструкцию: «берёзы вдоль всех дорожек через пять метров, не ближе двух метров к воде». Перенёс дорожку — садовник сам пересадил берёзы. В редакторе такой садовник есть, и работает он за секунды. Здесь аналогия с участком кончается: живого садовника пришлось бы ждать неделю.

Неразрушающих инструментов для мира три вида.

Слои правок земли

Землю лепят не прямо в одну поверхность, а слоями. Основа — рельеф из генератора. Поверх лежат слой «холм», слой «ложе озера», слой «насыпь под дорогу». Каждый слой хранит только своё изменение. Выключил слой — его правка исчезла, остальные остались. Это слои правок (edit layers).

На плане участка так работает калька: её кладут поверх плана, и на каждом листе — один вид изменений. Снял лист — план как был. Как слои хранятся и складываются внутри движка, разобрано в уроке про ландшафт.

Сплайны: линия через несколько точек

Изогнутую дорожку в саду размечают садовым шлангом. Кладёшь его на газон, поправляешь в трёх-четырёх местах, и он сам изгибается плавно. Сплайн (spline) — такая же линия в редакторе: плавная кривая через несколько опорных точек. Вдоль неё строят дорогу, реку, забор, провода, стену.

Сдвинул одну точку — всё вдоль линии перестроилось: дорога изогнулась, земля под ней выровнялась, столбы забора встали заново. Пять точек вместо пятисот кусков дороги. Подробно о дорогах — в уроке «Дороги и тропы».

Расстановка по правилам

Лес не сажают дерево за деревом. Пишут правила. Где расти: не в воде, не на дороге, не на склоне круче заданного, гуще в низинах. Сколько: густоту берут из карты плотности — серой картинки, где светлее значит гуще. Часто её рисуют шумом, случайным узором из плавных пятен. Какими: у каждого дерева случайный поворот, размер и оттенок. Всю случайность задаёт одно число — сид (seed): тот же сид даёт тот же лес. Компьютер расставляет по этим правилам тысячи предметов и пересчитывает их после каждой правки земли, воды или дорог. Это расстановка по правилам, в Unreal — PCG (Procedural Content Generation, процедурная генерация).

Правила пишет человек, и в них весь вкус: опушки, поляны, одинокие деревья на лугу, камни у подножия скал. Как такие правила устроены — в уроке «Расстановка по правилам», как собрать их в Unreal — во флоу «Засадить лес по правилам в PCG».

Так строят и большие миры. В Far Cry 5 рельеф меняли всю разработку, а инструменты на Houdini каждую ночь пересчитывали мир заново: леса, скалы, реки, заборы, линии электропередач. Художники расчищали места и прокладывали дороги сплайнами, а правила заполняли всё вокруг.

В демо ниже все три инструмента работают вместе на маленьком мире. Двигай холм и озеро и сравни, что ломается, когда всё расставлено руками, и что пересчитывается само, когда расставлено по правилам.

В режиме «Руками» каждый предмет помнит, где его поставили. Сдвинь холм — деревья на старом склоне повиснут, на новом уйдут в землю. Покрытие так и останется нарисованным по старой форме: камень на ровном месте, песок там, где берега уже нет. На втором проходе та же правка ничего не ломает: на земле ещё ничего не стоит.

В режиме «По правилам» лес, камни, забор, покрытие и высота дороги пересчитываются сами. Посмотри на дальние деревья: они не сдвигаются, меняется только то, что рядом с правкой. Но кое-что остаётся за тобой. Утащи озеро на дорогу — правила дорогу не перенесут. Куда она идёт, решаешь ты, и для этого хватает подвинуть пару точек. Дома тоже стоят там, где их поставили: их немного, и это решения, а не правила.

Руками — в конце и для акцентов

Ручная расстановка дороже всего в правке: каждый предмет помнит место и высоту. Некоторые инструменты помогают. Unreal подтягивает по высоте траву и деревья, посаженные кистью на ландшафт, когда ты лепишь землю. Но из нового озера и с новой дороги их не уберёт никто.

Поэтому руками ставят немногое и в конце. Одинокий дуб на холме, телега у ворот, камни у входа в пещеру, лодка у мостков. Это акценты: десяток предметов, которые рассказывают историю места. Ещё руками правят результат правил там, где он вышел неудачно. В Unreal 5.8 PCG сохраняет такие ручные правки поверх результата: подвинул или убрал несколько деревьев — после пересчёта правка остаётся.

Правило на каждый день: тысячи — правилами, десятки — руками, и руками — в конце.

Карта инструментов мира

В каждом движке инструменты называются по-своему, но виды у них одни и те же. Их семь. Сплайны и правила разобраны выше, поэтому здесь им хватит строки, а подробно каждый вид разбирается в своём уроке.

• Земля из карты высот. Земля — сетка точек на ровном шаге, у каждой своя высота. Высоты хранят серой картинкой — картой высот: чем светлее пиксель, тем выше точка. Кисти поднимают, опускают и сглаживают землю, а генераторы рельефа рисуют её сразу с эрозией — следами воды и осыпей. Нависаний и пещер карта высот не умеет, их делают отдельными моделями скал. Подробно — «Ландшафт».
• Тела воды. Озеро, река и море — предметы с формой и уровнем. У озера контур и высота воды, у реки — сплайн от истока к устью с шириной и течением. Ложе в земле они вырезают сами, своим слоем правок. Подробно — «Вода в мире».
• Сплайны. Дороги, тропы, реки, заборы и провода вдоль линии. Подробно — «Дороги и тропы» и расстановка вдоль дорог и берегов.
• Расстановка по правилам. Леса, трава, камни, мусор у дорог. Подробно — «Расстановка по правилам».
• Ручная кисть. Кисть сажает копии модели по поверхности: густота, случайный размер и поворот (расстановка травы). Хороша для небольших мест и акцентов, но о новых дорогах и воде ничего не знает.
• Готовые блоки. Дом с интерьером и мебелью, двор с колодцем, причал собирают один раз и сохраняют как одно целое. Это префаб (prefab), в Unreal — Level Instance. Копии расставляют по миру, а поправил образец — изменились все копии. Как готовая беседка из набора: её ставят целиком, а не по доске.
• Подгрузка кусками. Мир кладут на сетку ячеек и грузят только ячейки вокруг игрока, а в редакторе — вокруг места, где ты работаешь. Каждый предмет хранится в своём файле, поэтому один мир могут править несколько человек сразу. В Unreal это World Partition. Подробно — «Открытый мир: как он грузится кусками».

Как это в Unreal

Unreal Engine 5.8 даёт инструмент на каждый проход. Вот как они складываются в порядок работы.

С чего начать

Первый мир начинают в том же порядке, что и большой, только маленьким.

1. Карта на бумаге. Озеро, деревня, холм с ориентиром, дорога между ними, лес — и масштабная линейка, чтобы прикинуть минуты пути (карта с линейкой и сеткой). Карта может быть корявой: важно, где что и как далеко.
2. Серый мир. Грубый рельеф несколькими крупными мазками кисти или из генератора. Вода — плоскость на нужной высоте, дороги — линии, дома — коробки нужного размера. Ни материалов, ни леса: только размеры, расстояния и то, что откуда видно («Блокаут: мир из коробок»).
3. Прогулка и поездка с секундомером. Пройди от деревни к озеру, проедь всю дорогу, засеки время. Запиши, где скучно, где машина не берёт подъём, откуда не видно ориентира. Поправь серый мир и пройди снова. Два-три таких круга — норма.
4. Только потом покрытие и детали. Сначала материал земли и лес правилами, потом акценты руками. Кадр проверяй сразу после леса, а не в конце.

Где ломается

• Камни и деревья висят в воздухе или ушли в землю. Их поставили руками раньше, чем устоялась земля, а потом землю поправили. Расставляй правилами, а руками — в конце. Если уже случилось, в Foliage Mode Unreal кнопка Select Invalid выбирает копии, оторванные от земли.
• После прогулки дома кажутся сараями, дорога — шоссе, а до озера идти десять минут. Масштаб проверили поздно. Его закладывают на бумаге и проверяют секундомером на сером мире, а размеры домов и дорог берут от тела игрока (мир строят вокруг тела).
• Лес стоит в озере, трава растёт на дороге. У правил нет исключений для воды и дорог, или лес сажали кистью раньше, чем появились вода и дороги. Добавь в правила «не в воде, не на дороге» и пересчитай.
• Дорога лезет на обрыв, машина не едет. Дорогу нарисовали раньше, чем устоялся рельеф, или рельеф поменяли после. Дорогу делают сплайном, а уклоны проверяют поездкой по серому миру.
• Мир везде одинаковый. Всё сделано одними правилами, без регионов и акцентов. Нужны разные регионы со своими правилами и немного ручных акцентов (дизайн открытого мира).
• Игра стала тормозить, когда засадили лес. Бюджет не мерили на проходе покрытия. Меряй после каждого прохода (бюджет кадра).
• Мир долго открывается в редакторе, и двое не могут править его одновременно. Мир создан без подгрузки кусками, целиком в одном файле. Начинай с шаблона Open World.

Связи: та же идея в других областях

• Рисунок«От общего к частному»: сначала крупные пятна света и тени по всему листу, потом формы, потом детали. Силуэт и крупные пятна читаются раньше мелочей. Тон и силуэт
• ГеймдизайнИгру тоже проверяют на сером черновике из коробок, до всякого арта: крупные ошибки дешевле найти, пока сверху ничего нет. Как проводить плейтест
• МатериалыМастер-материал и инстансы — тот же рецепт вместо результата: поправил мастер, и все инстансы обновились. Инстансы
• ТекстурыГраф в Substance Designer неразрушающий, как слои правок земли: поменял высоту в начале графа — пересчитались нормаль, AO и цвет. Всё из высоты
• ЗвукЗвуки мира расставляют теми же правилами, что и лес: в Horizon Zero Dawn одна система рассаживает вокруг игрока растения, звуки и животных. Эмбиент
• ГрафикаИздалека от мира остаются только крупные массы: упрощённые копии заменяют кварталы и леса. Поэтому покрытие проверяют и издалека. HLOD

Источники и что почитать дальше

• Этьен Каррье, «Procedural World Generation of Far Cry 5», GDC 2018Как мир пересчитывали каждую ночь, пока рельеф менялся: вода, скалы, леса, заборы и провода по правилам. Конспект доклада — заметки Кристиана Миллса
• Epic Games, «Unreal Engine 5.7 is here»PCG готов для продакшена, PCG Editor Mode: сплайны, кисть и объёмы для правил. unrealengine.com
• Epic Games, «Unreal Engine 5.8 Release Notes»Ручные правки поверх результата PCG и экспериментальный Mesh Terrain. Документация Unreal

Главное

• Мир разваливается не от неумения, а от порядка работы: мелкое стоит на крупном, и правка крупного ломает всё, что успели поставить сверху.
• Мир строят шестью проходами: замысел и масштаб, земля и вода, дороги и места серыми коробками, покрытие, детали со светом и воздухом, подгрузка и бюджет. У каждого прохода свой вопрос «готово ли к следующему».
• Проход идёт по всей карте: крупные ошибки видны только на целом мире, а находить их дешевле, пока сверху мало что стоит.
• Инструменты мира хранят рецепт, а не результат: слои правок, сплайны и правила пересчитываются, когда меняется основа.
• Тысячи предметов ставят правилами, десятки — руками и в конце. Где деревня и куда ведёт дорога — решения, и они остаются за тобой.
• Подгрузку кусками включают с первого дня, а бюджет меряют на каждом проходе: в списке они последние, но не по времени.
• Первый мир начинают с карты на бумаге, потом серый мир из коробок и грубого рельефа, потом прогулка и поездка с секундомером — и только потом детали.