La grafica di Diablo IV: filosofia, scalabilità e performance

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FILOSOFIA E PRINCIPI GUIDA

– con Keven Cantin, ingegnere capo della grafica

Gli obiettivi e la filosofia del team della grafica di Diablo IV sono radicati negli stessi valori che spingono Blizzard verso il successo. Siamo un’azienda che mette il gameplay al primo posto, il che significa che ogni decisione che prendiamo dev’essere volta a creare un gioco che sia divertente da giocare. Con ogni iterazione unica del mondo mortale di Sanctuarium, abbiamo spinto la nostra tecnologia di rendering al limite. Poiché Diablo IV ha un tono molto più oscuro, ci siamo chiesti “cosa possiamo fare, come team di grafica, per supportare questa idea nello specifico?” Per rispondere, abbiamo scelto un piccolo numero di funzionalità importanti e abbiamo dato priorità a un risultato altamente rifinito piuttosto che a una vasta gamma di opzioni.

Il cuore della nostra filosofia è la collaborazione. I nostri team di ingegneri grafici e artisti tecnici hanno lavorato insieme a vari team artistici di Diablo IV, collaborando con loro durante la fase di progettazione e di sviluppo. Avere dei team multidisciplinari che lavorano insieme su una funzionalità specifica è piuttosto comune per noi. Diamo molto valore all’opinione non soltanto del team artistico, ma di tutti quelli che lavorano al gioco.

Un altro aspetto importante per tutti noi è rendere il gioco accessibile a un’ampia gamma di pubblico e assicurarci che più persone possibili possano divertirsi con il gioco. Sappiamo che giocatori e giocatrici possono avere vari dispositivi con diverse capacità, e vogliamo assicurarci di portare un’esperienza altamente performante e visivamente accattivante per tutti. Il nostro processo grafico è ottimizzato per funzionare in maniera efficiente anche nei dispositivi più vecchi. Per chi, invece, ha dispositivi di fascia alta, abbiamo messo a disposizione una serie di opzioni per sfruttare al meglio il dispositivo, aumentare la fedeltà visiva e portare il gioco verso nuove vette.

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RITORNO ALL’OSCURITÀ ATTRAVERSO LA TECNOLOGIA

– con John Buckley, ingegnere grafico principale

Rendering basato sulla fisica

L’aspetto oscuro di Diablo è supportato dal rendering basato sulla fisica (Physically Based Rendering) che dà un tocco più realistico a tutti i nostri materiali nel gioco. Come suggerisce il nome, usiamo il mondo reale e valori fisici come base per modellare le interazioni tra la luce e la materia nel nostro mondo di gioco virtuale. In un videogioco, puoi creare la tua realtà, il che è sicuramente divertente. Ma se dividi completamente la grafica dalla realtà, tutto può diventare molto confuso. Abbiamo scelto di ancorare la nostra tecnologia nella fisica del mondo reale e abbiamo deviato dalla realtà solo quando ci sembrava appropriato per il gioco. Per esempio, non ci sono “fonti di luce negativa” nel mondo reale, ma nel gioco volevamo che ci fossero dei momenti dove la magia oscura rimuovesse la luce dal mondo.

Per arrivare ai materiali basati sulla fisica, il nostro team artistico ha lavorato su tantissimi dati per dire al nostro motore grafico come la luce dovrebbe interagire con le superfici. Per esempio, il nostro team artistico ha deciso quali lunghezze d’onda della luce vengono irradiate da un materiale di gioco specifico, quanto lisci o ruvidi debbano essere i dettagli, quanto debbano essere metalliche le superfici e molti altri aspetti.

Luci, ombre e tutto quello che c’è in mezzo.

Quando parlavamo della direzione artistica all’inizio, abbiamo capito subito che l’arte di Diablo IV avrebbe dovuto esprimere delle tonalità più scure. Questo significava ombre, più ombre che potevamo creare con l’hardware a disposizione, mantenendo comunque un frame rate alto. Con un mondo aperto in costante cambiamento, spedizioni generate casualmente, tempo atmosferico dinamico e filmati che incorporano il personaggio unico di ogni giocatore o giocatrice, significava dover implementare alcuni trucchetti o scorciatoie per l’ottimizzazione. Per fortuna, le schede grafiche di oggi e le console sono estremamente veloci, capaci di trilioni di operazioni matematiche al secondo, un’impresa impossibile qualche decade fa. Questo trilione di operazioni ci permette di fare calcoli complicati per le luci e le ombre, che finiscono per simulare i dettagli intricati della realtà stessa.

La complessità qui deriva dal bisogno di calcolare le ombre per tutte quelle fonti di luce. Per velocizzare i calcoli, abbiamo scelto di implementare quello che è conosciuto come rendering in differita, una “solida” tecnica di grafica che condivide gli stessi calcoli dei materiali tra diverse fonti di luce.

Sopra al rendering in differita giace un elaborato sistema per il calcolo, conservazione e sovrapposizione delle ombre che abbiamo costruito da zero. Le spedizioni sono generate casualmente; non sappiamo esattamente quale configurazione di spedizione apparirà prima della sua generazione. Per fortuna, non tutte le parti di una spedizione cambiano una volta generata. Man mano che si esplora una spedizione, il sistema di illuminazione cerca di gestire e pianificare tutti questi calcoli per le ombre, in modo che non vengano fatti tutti insieme. Il sistema di ombre è costruito per sfruttare gli oggetti statici come il pavimento e i muri, spesso conservando questi calcoli per un secondo momento, e poi sovrappone gli oggetti dinamici, come un personaggio, sopra a questi calcoli conservati.

Anche se degli ottimi materiali di base rappresentano le fondamenta della nostra arte nel gioco, le luci e le ombre sono necessarie per dare loro vita. Come i materiali, anche l’illuminazione di Diablo IV è basata sulla fisica del mondo reale. I dettagli tecnici come questi possono facilmente sopraffare un team artistico che cerca di esprimere la propria visione, quindi abbiamo nascosto tutti questi dettagli sotto un fantastico set di strumenti artistici, per fare in modo che gli artisti potessero concentrarsi sulla loro specialità. Per farlo, abbiamo costruito un set di strumenti artisti completamente nuovo per Diablo IV. Dentro questi strumenti c’è un sacco di fisica con termini applicabili come lumen, irraggiamento e candele.

Una delle sorprese che non avevamo previsto durante lo sviluppo è stata l’importanza dello spazio in mezzo. Per dare un tono oscuro in un mondo aspro e vitale, era necessario modellare la polvere e le particelle tra le luci e gli oggetti. Questo si chiama rendering volumetrico ed è un fattore principale nel dare vita all’arte di Diablo IV.

In passato, abbiamo simulato questi effetti con dei sistemi di particelle, ovvero immagini posizionate sopra delle forme rettangolari che poi venivano messe davanti alla videocamera. Il risultato dava l’illusione di polvere e fumo, ma era molto primitivo. Nel mondo reale, la luce rimbalza ovunque, interagisce con strutture dure e dense come i muri. Ma passa anche attraverso un campo minato di polvere e particelle nell’aria, cambiando le proprie caratteristiche fisiche durante il percorso. In Diablo IV abbiamo modellato l’aria, in modo che le particelle nell’aria siano illuminate. La luce si muove attraverso lo spazio non vuoto tra le particelle, a volte spargendosi, a volte venendo assorbita, mentre viaggia verso la videocamera virtuale nel mondo di gioco. Il tutto usa la fisica del mondo reale. Anche le finestre con i vetri colorati emettono luce nell’aria.

Primi piani

Uno dei punti di forza di Diablo IV è che la storia viene raccontata attraverso dei filmati di gioco. Quando la videocamera si focalizza su un personaggio, rappresentare fedelmente la sua pelle è importantissimo. La luce si trasmette attraverso la pelle da dietro a davanti, come si vede con le ali di Lilith. Anche nel mondo reale la luce entra nella tua pelle, rimbalza al suo interno, e poi esce da una posizione diversa. La luce viene cambiata dalla carne, dal sangue e dalle ossa che attraversa, un fenomeno fisico chiamato diffrazione sotto la superficie. Modellare questa complessa interazione di luci è quello che dà vita al volto di un personaggio. Senza questo, il suo volto sembrerebbe fatto di plastica.

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HDR IN DIABLO IV

– with Kevin Todisco, ingegnere grafico principale

Un’altra nuova tecnologia che supporta il ritorno all’oscurità sono gli schermi in High Dynamic Range (HDR).

L’HDR è diventato un argomento di intensa discussione ora che sempre più schermi sul mercato supportano questa tecnologia. Prima di tuffarci nell’HDR di Diablo IV, forse è meglio parlare un attimo di quali siano i suoi benefici rispetto alla tecnologia degli schermi alla quale ci siamo abituati nelle scorse decadi.

Gli schermi di una volta potevano gestire solo una gamma specifica di luminosità. Per scendere nel dettaglio, gli schermi meno avanzati erano capaci di 0,1 nit. Il nit è un’unità di misura della luminosità su una superficie piatta, e 1 nit equivale a una candela accesa in un’area di un metro quadrato. Quelli più avanzati tra questi schermi più vecchi arrivavano fino a 80 nit, che non è poi così luminoso. Per intenderci, anche le TV a tubo catodico di una volta arrivavano a massimo 80 nit. Tende a produrre risultati un po’ deludenti. Quando gli schermi HD sono arrivati sul mercato, i produttori volevano che i loro prodotti avessero l’aspetto migliore possibile. Quindi iniziarono ad aumentare la luminosità dei loro schermi a valori fino a 300 nit. E a causa di quello che si chiama effetto Hunt, i colori più luminosi tendono ad apparire anche più saturi. Questo fa risaltare meglio i colori e l’immagine sembra più vivace sugli schermi HD, tutte cose che ci piace vedere anche nei videogiochi.

Gli schermi HDR hanno esteso ancora di più quel raggio, portandolo a un massimo di 10.000 nit, e la tecnologia OLED ha permesso di ottenere il nero totale su qualsiasi sezione di uno schermo. Questi avanzamenti significano che il rendering HDR interno di un motore di gioco può ora essere inviato direttamente allo schermo senza la compressione necessaria per lo standard SDR. Non solo possiamo ottenere luci migliori, ma fortunatamente per Diablo IV, possiamo anche ottenere l’oscurità più oscura.

Vediamo come avviene tutto questo nel gioco. In questa scena abbiamo attivato un visualizzatore di colori falso per mostrare il raggio di luminosità che apparirebbe su uno schermo. Sotto c’è una legenda per interpretare le successive due immagini.

Per prima cosa, abbiamo Diablo IV su uno schermo SDR.

Ora compariamolo alla stessa scena su uno schermo HDR.

Nota come la scena in HDR raggiunge il nero totale in alcune sezioni dello schermo e in generale sembra molto più buia. Allora perché la versione SDR sembra tanto più luminosa? Per gli schermi SDR, dobbiamo modificare i toni dell’immagine per innalzare i valori più scuri fino a un limite inferiore di 0,1 nit. Si può vedere nelle ombre della prima schermata. Questa compressione significa anche che dobbiamo alzare la luminosità del resto della scena, altrimenti sembrerebbe tutto coperto da un’ombra. Questo problema spesso si chiama “neri schiacciati” ed è quello che vogliamo evitare con la nostra modifica ai toni per gli schermi SDR.

Al contrario, con l’HDR possiamo riprodurre molto più fedelmente le luci soffuse di questa spedizione e realizzare anche aree di nero puro dentro le ombre, il che aiuta a creare quell’atmosfera buia e gotica di Diablo IV.

Cambi all’HDR sin dall’open beta

Durante la open beta c’è stato un problema per cui i livelli di nero nel gioco apparivano “sollevati” oltre i valori di oscurità raggiungibili dagli schermi HDR (specialmente quelli OLED). Il nostro team ha capito che si trattava di un problema con una funzione log() che sarebbe dovuta servire alla distribuzione di campioni di colore nelle nostre tabelle di colore. La funzione log() fa un ottimo lavoro nel distribuire i campioni di colore per tutto il cubo di colori, ma gli appassionati di matematica sapranno che non può mai raggiungere lo 0, perché 2⁰ fa sempre 1, e anche 2^-10 è comunque 0,000976. In effetti, 0,000976 è un valore significativo perché rappresentava il valore di colore minimo che il gioco era in grado di visualizzare a causa del bug. Grazie al trattamento delle immagini extra che i produttori di schermi inseriscono nelle loro TV SDR, questi stessi schermi mostrano qualcosa di molto simile al nero quando ricevono quei valori. Tuttavia, su una TV HDR, questi valori vengono interpretati più letteralmente. Quel valore, 0,000976, si traduce in circa 0,07 nit di luminosità sul display, che è molto sopra al valore di quasi zero di un OLED, e verrebbe visualizzato come una strana luminosità in tutte le zone d’ombra nel gioco. Siamo stati felici di aver risolto questo problema in tempo per lo stress test.

Un’altra modifica fondamentale che abbiamo fatto tra la open beta e lo stress test è stata l’introduzione di una nuova curva di toni specifica per l’HDR. Si può paragonare il prendere valori interni dell’HDR e inviarli direttamente allo schermo al fare una foto con la propria fotocamera e pubblicarla senza usare nessun filtro. Potrebbe sembrare un po’ “slavata” o senza contrasto o vivacità. Introducendo una nuova curva della mappatura dei toni creata dal team artistico, abbiamo raggiunto il contrasto e la saturazione di colore che volevamo nell’HDR. Questo probabilmente si vede meglio in questa scena nel deserto. Per prima cosa, l’immagine senza mappatura dei toni.

E ora, la stessa scena con la mappatura dei toni HDR.

È una differenza sottile, ma facendo avanti e indietro da queste due immagini, si vede che l’immagine con la mappatura dei toni ha guadagnato contrasto, e la sabbia sembra meno grigia e, be’, più sabbiosa.

Può avere anche un sottile ma importante effetto sulla saturazione dei colori. Guardiamo attentamente le due fonti di luce in questa scena.

La fonte di luce sulla destra dell’immagine sembra naturale, ma manca del contrasto nelle aree più luminose. Ora, compariamola alla stessa scena con la mappatura dei toni HDR.

Di nuovo, l’effetto è sottile ma estremamente importante. La luce arancione della fonte di luce sulla sinistra è diventata più rossa, e l’area illuminata sulla destra ha ottenuto saturazione. Questi cambiamenti sono molto importanti per mantenere lo stesso aspetto del gioco su tutti gli schermi, siano essi SDR che HDR.

Calibrare l’Inferno

Abbiamo lavorato sodo per rendere visivamente sorprendenti sia la versione SDR che HDR di Diablo IV. Abbiamo anche delle opzioni di calibrazione disponibili per bilanciare le differenze negli schermi e la luce dell’ambiente. Qui sotto c’è lo schermo di calibrazione dell’HDR, dove è possibile modificare il punto di nero, la luminosità e il punto di banco per adattare a piacimento la grafica del gioco.

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CREARE UN PONTE CON L’ARTE TECNICA

– con Aaron Aikman, capo artista tecnico

L’arte tecnica ci aiuta a creare un ponte tra gli ingegneri e gli artisti, mescolando l’arte degli shader e la generazione procedurale dell’arte con i dettagli di basso livello del rendering che portano i vertici e i pixel sullo schermo.

La maggior parte del nostro lavoro sugli shader riguarda gli shader dei pixel, che fornisce valori per i materiali basati sulla fisica come albedo, ruvidezza, normale, alfa ed emissivo. Creare uno shader è come creare una serie di passi per fare in modo che sia possibile accedere e modificare i dati prima del risultato finale. Accedere ai dati spesso significa prendere dei campioni di texture all’esterno del motore grafico, ma la parte interessante avviene quando questi dati si mescolano insieme.

Per gli effetti grafici, questo potrebbe voler dire combinare le texture di rumore in modo da creare nebbie avvolgenti, incendi infernali o pozze di veleno senza dover creare delle texture fotogramma per fotogramma. Possiamo usare anche le texture con le informazioni direzionali 2D per distorcerle e aggiungere ancora più variazioni.

Le ombre di Sanctuarium

I personaggi rappresentano un interessante mix di elementi di shader diretti e funzionalità degli shader per produrre risultati come essere in fiamme, avvelenati o nascosti. Per aggiungere ancora più interazioni dinamiche con l’ambiente, i personaggi si bagnano con la pioggia e si asciugano dentro gli edifici. Nel cuore della battaglia, i personaggi possono diventare ricoperti di sangue in base alle abilità che usano. E per supportare la fedeltà quando ci si avvicina al personaggio, gli shader del personaggio si integrano con le texture ad alta definizione durante i primi piani.

Anche gli shader ambientali applicano una serie di tecniche, come il blending direzionale, lo scalamento adattivo delle texture e la dissoluzione. Gli shader direzionali permettono di combinare diverse texture in base alla direzione in cui è rivolta la superficie, come delle rocce ricoperte di neve. I dati di curvatura si possono usare per modificare i valori del colore e della ruvidezza per gli angoli e le cavità negli elementi dell’ambiente. Gli shader ambientali usano elementi emissivi per illuminare e attirare l’attenzione verso gli oggetti interattivi. Gli shader del terreno fanno un mix di tante texture ripetibili per creare un terreno dall’aspetto naturale. Per limitare la complessità degli shader, abbiamo creato delle texture virtuali che combinano diverse texture una volta sola, invece di doverle mescolare per ogni fotogramma durante il rendering.

Gli shader dell’acqua utilizzano diverse tecniche di shader dei pixel per simulare la realtà. Gli artisti possono creare delle maschere per i livelli di texture del rumore e distorcerle nel tempo. La luce simulata sotto le superfici viene riflessa per creare un effetto di distorsione, e il colore varia a seconda della profondità dell’acqua. Inoltre, i personaggi possono interagire con l’acqua. I personaggi e i mostri che camminano nell’acqua creeranno scie e schiuma. Gli elementi degli shader dei vertici ci permettono di spostare la posizione dei vertici di superficie. Questo è particolarmente evidente quando le onde dell’oceano si infrangono sulla costa o le abilità attivano delle esplosioni.

A proposito di shader dei vertici, molti elementi ambientali usano la matematica per muovere quelle che altrimenti sarebbero delle mesh statiche. Il fogliame si muove quando un personaggio o le abilità interagiscono con esso, ondate di vento scorrono sull’erba, le escrescenze di carne ondeggiano, i globuli di sangue tremano: tutto questo si ottiene con i dati e la matematica degli shader.

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SCALABILITÀ DI SANCTUARIUM

– con Samuel Delmont, ingegnere grafico senior

Diablo IV è stato costruito per girare su PC Windows e due generazioni di console. Per supportare tutto questo, sono stati implementati diversi sistemi per rendere il motore grafico scalabile e per mantenere la qualità, rispettando comunque il frame rate richiesto da ogni dispositivo per offrire l’esperienza di gioco migliore possibile.

Considerando le capacità di PC e console, come i limiti di memoria e la potenza di processori e schede video, Diablo IV funzionerà al livello migliore per ogni dispositivo su cui viene giocato. Per esempio, gli elementi come le mesh e le texture possono essere caricati a un livello di dettaglio minore, e lo stesso trattamento si può applicare agli shader, agli effetti visivi, agli effetti di post produzione e agli altri sistemi, modificando ognuno di essi per dare priorità alla qualità dell’immagine piuttosto che alla performance, o viceversa.

Capire le opzioni su PC

Il motore di Diablo IV seleziona automaticamente le impostazioni grafiche più compatibili con l’hardware del PC. Ci sono quattro modalità preimpostate tra cui scegliere: Bassa, Media, Alta e Ultra, oltre a un’opzione per scegliere una modalità preimpostata diversa per modificare la qualità e il frame rate a piacimento. Però è importante capire qual è l’impatto che ogni impostazione ha sui suoi limiti, come l’uso della memoria e i costi di elaborazione.

Risoluzione

Uno dei fattori principali della performance è la risoluzione alla quale viene visualizzato il gioco. Quando si gioca su PC, il mondo può essere visualizzato a una risoluzione più alta o più bassa, in base al cursore della percentuale di risoluzione, e poi si può scalare per combaciare con la risoluzione finale del monitor o della finestra sul quale viene visualizzato il gioco.

Ridurre la percentuale di risoluzione riduce la risoluzione interna del gioco, fornendo un frame rate migliore al costo di un’immagine più sfocata. D’altro canto, aumentare la percentuale di risoluzione aumenta la risoluzione interna, che riduce la performance man mano che vengono mostrati più pixel su schermo, richiedendo di conseguenza più memoria. Questo porta a una qualità migliore e immagini più dettagliate, riducendo anche l’aliasing.

Come alternativa per il metodo di scalamento di base, sono disponibili varie opzioni di scalamento per PC, incluso NVIDIA DLSS 3, per ottenere una risoluzione migliore per l’immagine finale mentre il mondo viene mostrato a risoluzione più bassa con una perdita di qualità minima. Le console invece fanno affidamento su una combinazione di scalamento e gestione della risoluzione dinamica per mantenere un frame rate e una qualità visiva alta in ogni momento.

Ottimizzare le impostazioni per un’esperienza migliore

L’opzione della qualità delle texture è una delle impostazioni col maggiore impatto sull’uso della memoria e per un gameplay senza problemi. Ci sono quattro opzioni di qualità dalle quali scegliere, ma ci concentreremo su due di esse: Ultra e Alta. Ultra, la qualità più alta in assoluto, richiede che gli elementi ad alta risoluzione vengano selezionati e installati nel menu opzioni dentro Battle.net, e richiedono almeno 32GB di memoria una volta installate sul sistema. La qualità Ultra è indicata quando si gioca in 4K, ma il gioco userà più memoria in quel caso. L’opzione Alta è più adatta a schermi con risoluzioni 1440p e 1080p. Ridurre la qualità delle texture fa in modo che il gioco carichi le texture di risoluzione più bassa per migliorare la performance, riducendo anche l’uso della memoria al costo di visualizzare texture dall’aspetto più offuscato.

Anche la qualità delle ombre ha un grande impatto sull’uso della memoria. Ridurre questa impostazione ridurrà anche l’uso della memoria, aumentando la performance ma rendendo le ombre meno nitide sia quando si è al sole che nelle ombre degli ambienti illuminati.

Se la memoria è un problema, consigliamo di ridurre sia la qualità delle texture che delle ombre. Ci sono altre impostazioni che hanno un impatto significativo sulla memoria (come la complessità delle geometrie), ma le altre hanno un impatto quasi nullo. Nel menu delle impostazioni sono presenti altre informazioni per ogni singola opzione.

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PERFORMANCE SU CONSOLE AL LANCIO

Diablo IV uscirà su diverse console. Abbiamo personalmente scelto i valori migliori per ogni console per ottenere la qualità migliore. Le risoluzioni e i frame rate elencati qui sotto sono rappresentativi della performance su console Xbox e hardware simili.

Xbox:

• Xbox Series X: 60fps a 4K
• Xbox Series S: 60fps a 1440p
• Xbox One X: 30fps a 1440p
• Xbox One S: 30fps a 1080p
• Xbox One: 30fps a 1080p

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IN FUTURO

Le nostre ambizioni grafiche non finiscono qui. Dopo il lancio, il team continuerà a introdurre nuove funzionalità e migliorare e ottimizzare quelle già esistenti. Ti invitiamo a darci il tuo feedback o qualsiasi altro commento sui Forum di Diablo IV. Ma, per ora, ti ringraziamo aver fatto questo tuffo insieme a noi nella grafica che rende Diablo IV così artisticamente inquietante.

Ci vediamo a Sanctuarium!
– Il team di Diablo IV

Migliora il tuo viaggio a Sanctuarium con NVIDIA DLSS 3

Come menzionato in precedenza, NVIDIA DLSS 3 è una delle opzioni di scalamento disponibili per Diablo IV su PC. Usare NVIDIA DLSS 3 può moltiplicare i frame rate sulle schede grafiche di Serie GeForce RTX 40 per rendere le fiamme infernali degli Inferi Fiammeggianti ancora più luminose. Le informazioni su come attivare DLSS 3 si trovano su questa pagina, in fondo alla pagina.

Il GeForce Game Ready Driver di NVIDIA per Diablo IV è ora disponibile per il download nella sezione Driver di GeForce Experience o sul sito GeForce.

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