Co to teselacja w grach komputerowych? Na czym polega i jak wpływa na grafikę?

Od początków gier komputerowych dążono do uzyskania jak najlepszej jakości obrazu przy jednoczesnym zachowaniu rozsądnej płynności rozgrywki. Idealna równowaga pomiędzy tymi elementami często wymagała kompromisów i majsterkowania w ustawieniach graficznych. Jednym z rozwiązań tam dostępnych jest teselacja. Co to jest i na czym polega? Wyjaśniamy zasady działania tej technologii.

Co to teselacja w grach komputerowych?

Brzmi skomplikowanie, ale efekt działania tej technologii jest stosunkowo prosty. Aby zrozumieć teselację, warto wiedzieć, że każdy generowany w grafice 3D obiekt składa się z wielokątów. Im więcej ich jest, tym jest on bardziej szczegółowy.

Łatwo więc się domyślić, że do uzyskania zaawansowanej oprawy graficznej o wysokiej rozdzielczości potrzeba obiektów składających się z tysięcy, a nawet milionów wielokątów. Takie obiekty będą jednak wymagać wysokiej mocy obliczeniowej i zaawansowanych podzespołów komputera czy konsoli.

Właśnie w tym momencie do akcji wkracza teselacja, której działanie polega na dzieleniu wielokątów na mniejsze. Jeżeli więc obiekt składał się ze 100 wielokątów, to po włączeniu teselacji może zawierać ich 200, 300 lub jeszcze więcej. Podział następuje zazwyczaj na trójkąty (od czego wzięła się nazwa triangulacja) grupowane w siatkę wielokątów, która odwzorowuje powierzchnię obiektu.

Efektem teselacji jest więc bardziej szczegółowa grafika przy jednoczesnym ograniczeniu zapotrzebowania na moc obliczeniową, a w szczególności na pamięć i przepustowość. Dzięki tej technologii możliwe jest przekształcenie obiektów czy powierzchni o niskiej rozdzielczości w znacznie lepiej wyglądające modele.

Teselacja – co to mapowanie przemieszczeń?

Działanie teselacji najłatwiej zobrazować na zagęszczeniu wielokątów, ale to nie jedyna funkcja tej technologii. Powoduje ona także mapowanie przemieszczeń (ang. displacement mapping). Na czym to polega?

Mapowanie sprawia, że wierzchołki wcześniej zagęszczonych wielokątów są przesuwane. Dzięki temu obiekty nabierają dodatkowej szczegółowości. Bardzo dobrze widać to na ścianach, które są całkowicie płaskie, a po włączeniu teselacji nabierają wypukłości.

W cegłach można zaobserwować nierówności czy np. spoiny, które bez teselacji byłyby trudne do wymodelowania, a taki proces pochłaniałby znacznie więcej czasu deweloperów.

Działanie teselacji najprościej zaobserwować w grze. Wystarczy na chwilę wyłączyć tę funkcję i później aktywować ponownie, by dostrzec różnice. Warto przy tym dodać, że wpływ tej technologii na obiekty jest dynamiczny. Działa tym mocniej, im bliżej znajdujemy się danego obiektu.

W jakich grach dostępna jest teselacja?

Teselacja to stosunkowo stara technologia, która po raz pierwszy na szerszą skalę zaczęła być wykorzystywana wraz z premierą bibliotek DirectX 11 w 2009 roku i wtedy zyskiwała na popularności. Już wcześniej była jednak obecna w grach jako Trueform, technologia rozwijana wówczas przez ATI. Mowa więc o rozwiązaniu, które od lat jest już obecne i aktywnie wykorzystywane w grach wideo.

Od kilku lat znaczenie teselacji stale maleje i nieczęsto można ją zobaczyć w nowszych grach, choć zdarzają się wyjątki, jak choćby Rise of the Tomb Raider, który doskonale wykorzystuje to rozwiązanie.

Część gier wykorzystuje teselację w specyficzny sposób, ograniczając jej działanie np. wyłącznie do głównego bohatera. Można to zaobserwować np. w Hitman: Absolution. W innych przypadkach, jak choćby w lubianym, ale leciwym już S.T.A.L.K.E.R. Zew Prypeci, teselacja była aktywna dla wszystkich postaci ludzkich.

Inne gry, takie jak np. Metro: Last Light, wykorzystuje teselację w znacznie szerszy sposób, poprawiając wizualne aspekty ludzi, potworów, ceglanych ścian, kamieni, pojazdów czy drzew.

Niektóre tytuły, takie jak chociażby GTA V, pozwalają nawet dostosować moc działania tego rozwiązania w ustawieniach graficznych.

Czy teselacja wpływa na wydajność gier?

Jakakolwiek poprawa jakości oprawy graficznej z zasady powinna wpływać na wydajność gier. W przypadku teselacji spadek wydajności jest jednak znikomy, mierzony na poziomie maksymalnie kilku FPS-ów (klatek na sekundę). W warunkach testowych w zależności od gry i stopnia wykorzystania teselacji spadek wydajności wahał się w granicach od dwóch do kilkunastu procent.

Wiele współczesnych silników graficznych, takich jak Unreal Engine, potrafi też inteligentnie zarządzać teselacją w sposób dynamiczny. Dzięki temu więcej szczegółów generowanych jest wyłącznie na obiektach, które znajdują się bliżej nas. Te pozostające w oddali składają się z mniejszej liczby wielokątów, bo i tak nie bylibyśmy w stanie dostrzec ich szczegółowości.

Skoro więc teselacja nie wpływa bardzo negatywnie na wydajność gier, warto jej używać, gdy tylko to możliwe. Jeżeli jednak dostrzegalny jest spadek płynności, można z niej zrezygnować. Teselacja jest bowiem miłym dodatkiem do gier, ale w wielu przypadkach jej działanie jest trudne do zauważenia.