Prohlášení o autorství Prohlašuji, že tato práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracoval samostatně. Všechny zdroje, prameny a literaturu, které jsem při vypracování používal nebo z nich čerpal, v práci řádně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj. Vedoucí práce: Mgr. Jiří Chmelík, Ph.D. Poděkování Chtěl bych tímto způsobem poděkovat Mgr. Jiřímu Chmelíkovi, Ph.D. za to, že v dobách hledání, strádání a nejistoty nejen, že odhodlaně přijal pozici garanta této práce, ale hlavně plně projevil svou benevolenci a shovívavost týkající se mého přístupu v průběhu celého procesu. Dále bych chtěl poděkovat MgA. Heleně Lukášové v pozici konzultanta za její nadšení a optimismus, ale i za hlas, který mne neustále motivoval k tomu, abych všechny tyto a veškeré následující řádky doopravdy sepsal. První kapitolu bych jen těžko koncipoval nebýt serveru www.root.cz a jeho seriálu Historie vývoje počítačových her, který výtečně zdokumentoval nejdůležitější milníky herního průmyslu a nesmírně mi pomohl nastínit a představit vývoj vlasů u her vytvořených během sedmdesátých a osmdesátých let. Bc. Rudolfu Burdovi patří zvláštní dík za poskytnutí své scény při převodu do herního enginu Unreal Engine 4 a následné kontrole možného poklesu výkonu během vykreslování v reálném čase. V neposlední řadě bych chtěl poděkovat svým rodičům, svým relativně silným nervům a vlastně i všem svatým za to, že jsem se vůbec narodil, zvládl vyrůst po téměř všech stránkách s důstojností sobě vlastní a dokázal se relativně ve zdraví dožít tohoto vzácného okamžiku. Shrnutí Tato práce analyzuje historii a moderní principy tvorby a následného vykreslování vousů, vlasů a účesů v počítačových hrách a přináší nový postup využívající bodových a polygonových modifikátorů. Text práce popisuje návrh a dokumentuje implementaci mé metody, jejíž výsledek je kvalitativně i kvantitativně srovnán vůči hlavním postavám deseti známých a komerčně či cenově úspěšných her posledních let. Klíčová slova model, modelování, vlasy, vousy, displacement, shader, Blender, 3D, digitální hry Obsah 1 Úvod............................................................................................................................................ 5 2 Historie technik vykreslování vlasů......................................................................................... 6 2.1 Pixelové zobrazení/pixelizace.............................................................................................. 6 2.2 Kresebné zobrazení.............................................................................................................. 8 2.3 3D hry druhého tisíciletí...................................................................................................... 9 2.4 Texturové zobrazení............................................................................................................. 10 2.5 Polygonové zpracování a rozšíření texturového zobrazení.................................................. 12 2.6 Alpha blend/test/to coverage................................................................................................ 13 2.7 NVIDIA HairWorks a přiblížení hair strands....................................................................... 14 2.8 DirectX 12 a Tress FX 3.0/NVIDIA HairWorks.................................................................. 15 3 Návrh a implementace vlastní metody..................................................................................... 16 3.1 Vlas v reálném světě............................................................................................................ 16 3.2 Tvorba pramenů vlasů pomocí modifikátorů programu Blender......................................... 17 3.3 Výpočetní metoda HerrHair................................................................................................. 21 3.3.1 Kód pro vousy............................................................................................................... 21 3.3.2 Komplementární kódy pro vlasy................................................................................... 23 3.4 Pokožka............................................................................................................................... 27 3.5 Složení materiálu................................................................................................................. 28 3.5.1 Hard shader................................................................................................................... 28 3.5.2 Soft shader..................................................................................................................... 30 3.5.3 Kombinace.................................................................................................................... 31 4 Převod do reálného času............................................................................................................ 33 4.1 Unreal Engine 4................................................................................................................... 33 4.2 Tvorba textur a export objektů............................................................................................. 34 4.3 Import a stavba materiálů..................................................................................................... 35 4.4 Srovnání a test FPS.............................................................................................................. 37 5 Kvalitativní a kvantitativní srovnání....................................................................................... 39 5.1 Základní přehled.................................................................................................................. 39 5.2 Výběr deseti nejlepších her.................................................................................................. 40 5.2.1 Deus Ex: Human Revolution..................................................................................... 41 5.2.2 The Last of Us........................................................................................................... 42 5.2.3 GTA V........................................................................................................................ 43 5.2.4 Ryse: Son of Rome.................................................................................................... 44 5.2.5 Herní série Metal Gear.............................................................................................. 45 5.2.6 Dragon Age: Inquisition............................................................................................ 47 5.2.7 The Order: 1886........................................................................................................ 48 5.2.8 Final Fantasy XV....................................................................................................... 49 5.2.9 Star Citizen................................................................................................................ 50 5.3 Anketa.................................................................................................................................. 51 6 Závěr .......................................................................................................................................... 52 6.1 Na začátku cesty................................................................................................................... 52 1 Úvod Vlasy, potažmo chlupy a srst, byly z hlediska evolučního dříve jedním z nejpodstatnějších termoregulačních faktorů udržujících tělesnou teplotu jedince v mezích životnosti. Postupem času svou prvotní funkci ztratily, nicméně se staly důležitou součástí estetického či psychologického vnímání osob. Jak v podrobně zaznamenané historii, tak i dnes dokáží určit společenské postavení, náboženské či politické přesvědčení, psychickou vyrovnanost i labilitu. Každým dnem vizuálně reflektují a dotvářejí naši osobnost. I v mnohých počítačových hrách máme často možnost upravit vzhled a charakter ovladatelných postav. Standartem moderních titulů jsou velmi bohaté možnosti úprav – formování tvaru postavy a jednotlivých částí obličeje, výběr barvy očí, tvar a pozice jizev a tetování či nastavení barvy a kvality pokožky. Nicméně v oblasti vizualizace a výběru vlasů a účesů jsme stále velmi limitováni. Před samotným zpracováním studie a související bakalářské práce jsem osobně mezi svými přáteli z herní komunity provedl neoficiální průzkum, abych zjistil, co je podle nich z vizuálního hlediska při tvorbě postav nejslabším článkem. Nejčastější odpovědi se týkaly především zpracování vlasů a s tím spojených herních účesů. Jedním z hlavních nedostatků je dle dotázaných hráčů omezená volnost při výběru účesů. Během provádění průzkumu jsem si uvědomil, že nevhodné či zastaralé zpracování vlasů v počítačových hrách může být jedním ze skrytých problémů, který není dostatečně adresován, důsledkem čehož nedochází k potřebnému a žádoucímu pokroku grafického zpracování počítačových her. Z výsledků také vyplynulo, že hráči by byli pro větší volnost, případně jistou formu nezávislosti při tvorbě účesů pro své postavy i za cenu větší časové i výpočetní náročnosti. Proto jsem se v této práci rozhodl danou problematikou zabývat. Kapitola 2 zrekapituluje historii vlasů v počítačových hrách včetně metod, které se v daných desetiletích používaly; následně přejdeme k technikám moderním, přičemž nastíníme jejich možné výhody, nevýhody a jejich budoucí potenciální využití. Ve třetí kapitole představím svůj