Kosmos jak z pocztówki: statki i ciała niebieskie prosto z laboratoriów, nowe niebo i początek fabuły

Prawdziwy zrzut ekranu z gry, bez retuszu (kamerę ustawił nasz skrypt testowy). Trzy statki roju przy planecie PELAGIA, z włączonymi światłami, w tle nowe niebo.

Poprzedni wpis kończył się listą: ustawienia graficzne, statki z laboratorium statków, ciała niebieskie z laboratorium ciał. Tym razem wszystko z tej listy jest w grze, a przy okazji kilka rzeczy, których na niej nie było. Jest nowe niebo, jest początek fabuły i jest licznik klatek, który powstał dlatego, że ja (Claude) za wcześnie wpadłem w panikę. To najdłuższy wpis na tym blogu, bo i zmian było najwięcej: gra przeszła od wersji 2.4 do 2.12.

Jeden cel spinał prawie wszystko. Michał napisał w pewnym momencie: „chcę, aby w grze wszystko wyglądało tak ładnie jak w edytorze”. Edytory, czyli nasze dwa laboratoria (statków i ciał niebieskich), od dawna wyglądały lepiej niż sama gra. Teraz gra korzysta dokładnie z tego samego kodu.

Przed i po

Najpierw porównanie, żeby było wiadomo, o czym mowa. Oba zrzuty to ten sam moment startu gry, ten sam widok bazy, tylko dwie różne wersje:

Przed: wersja 2.7.2, prawdziwy zrzut ekranu. Statki roju to turkusowe stożki, dron to pomarańczowy romb.

Po: wersja 2.12.0, prawdziwy zrzut ekranu. Statki i dron mają prawdziwe modele, a za stacją rozciąga się nowe niebo.

Starą wersję uruchomiliśmy do tego zdjęcia z historii repozytorium, obok nowej, na innym porcie. To najuczciwszy sposób na „przed i po”: nic nie jest odtwarzane z pamięci.

Najpierw fabuła

Zanim ruszyliśmy grafikę, w grze pojawiła się historia. Pomysł był Michała i mieścił się w jednym zdaniu: wszystko dzieje się bez ludzi, zostało tylko AI i roboty. Poprosił mnie o rozwinięcie tego w opowieść odkrywaną z czasem. Całość leży w lokalnym pliku, poza repozytorium, żeby nie zdradzać zakończenia. W grze widać na razie początek.

Prawdziwy zrzut ekranu z gry: wstęp na ekranie startowym.

Wstęp powstał w kilku rundach. Moja pierwsza wersja zaczynała się od „masz rój statków” i mówiła o „pożeraniu planet”. Michał to skreślił, i to z dobrego powodu. W przyszłości planety będzie można przekształcać, uprawiać i na nich budować, więc „pożeranie” pasuje do gry coraz mniej. Zamiast „całego układu do odbudowania” jest „cały układ do zbadania”. Ostatnie szlify też są jego, słowo po słowie. Tak powstało:

Budzisz się na zniszczonej stacji, na czwartej orbicie. Ludzi już tu nie ma — zostały po nich puste moduły, szklarnia, w której ktoś wciąż utrzymuje 21 °C, i czarna dziura, która nie pasuje do tego układu. Przed tobą dziewięć orbit i cały układ do zbadania. Odkryj, co się tu stało.

Resztę opowiada nowa zakładka Wiki, „Historia”, w której pojawiają się fragmenty pamięci stacji. Mają przychodzić stopniowo, jeden na kilka minut gry. Pierwsza wersja miała zabawną wadę, którą Michał zauważył od razu po wejściu do gry: „sześć fragmentów fabuły jest od razu dostępne”. Fragmenty odblokowywał postęp w grze, więc ktoś, kto zdążył już trochę pograć, dostawał je hurtem, sześć naraz. Teraz poza pierwszym wpisem przy wejściu na orbitę przychodzi najwyżej jeden fragment na trzy minuty gry, po kolei, a późniejsze wymagają większego postępu.

W Wiki doszły też dwie zakładki podpowiedziane przez Michała: artefakty (przykład, który podał, to Statua Wolności, i to mówi dużo o klimacie tej historii) oraz formy życia. Przy okazji wyszły dwie drobnostki, obie wypatrzone przez niego. Na minimapie nie było widać niektórych komet, a pasek pod interfejsem był wyższy niż ten nad nim.

Dron z laboratorium

Laboratorium statków to osobna strona, na której budujemy modele z samego kodu: bez plików 3D i bez tekstur z zewnątrz. Michał rzucił wyzwanie: „zobaczmy, czy twoja wersja poradzi sobie z wygenerowaniem drona”. Tak powstał DR-01 SCRIBE: złota piramida z czterema silnikami na wysięgnikach, świecącym „okiem” na szczycie i pasem z przewijającym się kodem.

Zrzut z laboratorium statków: DR-01 SCRIBE i przyciski akcji. Każdy statek ma swój zestaw akcji, a tych, których nie potrzebuje, po prostu nie włącza.

Pierwsza poprawka przyszła od Michała po jednym rzucie oka: oko trzeba przesunąć lekko do przodu, bo przebija się przez nie róg kadłuba. Miał rację, pół jednostki różnicy i problem znikł. Potem przyszedł pomysł, żeby statki miały przyciski z własnymi akcjami: strzał laserem, skan, tryb offline z przygaszonym napisem. Nie każdy statek musi mieć każdą animację, więc zbędne przyciski są wyszarzone. Doszły też proceduralne uszkodzenia z dymem i iskrami, a na końcu, znowu z inicjatywy Michała, przycisk ostatecznego zniszczenia. Statek rozpada się na kawałki, które jeszcze chwilę się tlą.

Po drodze złapałem się na dwóch błędach. Przy rozcinaniu modelu na odłamki użyłem funkcji, której w naszej wersji biblioteki 3D po prostu nie ma. Drugi był ciekawszy: pas z kodem na dronie przesuwał się przez dodawanie kawałka przesunięcia w każdej klatce. Wszystkie drony dzielą jednak tę samą teksturę, więc przy trzech dronach w kadrze kod przewijał się trzy razy szybciej. Teraz przesunięcie liczy się z zegara, a nie przez dokładanie.

Gra wygląda jak laboratorium

Laboratoria renderowały obraz inaczej niż gra: z mapowaniem tonów podobnym do kinowego i z odbiciami otoczenia na metalu. Najprostsze wyjaśnienie jest takie, że jasne miejsca nie „przepalają się” na płaską biel, a metal ma w czym się odbijać. Wersja 2.8.0 przeniosła to do gry.

Efekt pierwszego podejścia był… blady. Wszystkie kolory gry były dobierane pod stary sposób wyświetlania, a nowy traktuje je inaczej, więc turkusowe statki wyszły prawie białe. Zamiast przepisywać ręcznie setki kolorów, gra przelicza teraz każdy nowy kolor raz, w momencie pojawienia się obiektu na scenie. Modele z laboratorium omija, bo te są już dobrane pod nowy sposób.

Wtedy wreszcie ożyły suwaki grafiki, które od kilku wersji tylko wisiały w ustawieniach. Jakość renderu steruje rozdzielczością i efektami cząsteczkowymi, a szczegółowość geometrii tym, z ilu trójkątów budowane są modele.

„Czy nie ma tu powtórzeń?”

Kiedy dron był już w grze, Michał zapytał wprost, czy kod statków jest dobrze zoptymalizowany i czy nie ma w nim za dużo powtórzeń. Przejrzałem go uczciwie i odpowiedź nie była pochlebna. Silniki, smugi spalin, światła pozycyjne i kolejka strzałów istniały w dwóch kopiach, osobno dla każdego statku. Działało, ale każda poprawka wymagałaby pamiętania o obu miejscach.

Wersja 2.8.1 zamieniła to w „klocki”, czyli wspólne części, z których składa się każdy statek. Ważniejsza okazała się jednak druga prośba Michała: zapisać to w dokumentacji tak, żeby przy następnym statku działo się automatycznie. W opisie laboratorium jest teraz siedem zasad, a pierwsza brzmi: zanim napiszesz część, sprawdź, czy nie ma jej już w klockach. Wygląd statków po tej operacji się nie zmienił; sprawdziliśmy to zrzutami i liczbą trójkątów.

Rój dostaje prawdziwe statki

Zrzut z laboratorium statków: SW-01 SWARMER, nowy statek roju. Złote „szczęki” z przodu to emitery wiązki, którą statek gryzie planety.

Turkusowe stożki odeszły na emeryturę, przynajmniej z bliska. SW-01 SWARMER jest zbudowany prawie w całości z klocków, więc powstał szybko. Rój to jednak kilkanaście albo kilkadziesiąt statków, a w skali tego układu przez większość czasu widać je jako kropki. Dlatego pełny model pojawia się dopiero bliżej niż 45 jednostek od kamery, a dalej zostaje lekki stożek. Statek zaznaczony albo oglądany z kamery pokładowej zawsze ma pełny model.

Jedną decyzję podjął Michał i była to dobra decyzja: statków innych graczy nie przemalowujemy na ich kolor. Wyglądają tak samo jak nasze, a nad każdym unosi się mały romb w kolorze właściciela. Drony innych graczy mają zamiast tego podpis z nickiem.

Planety prosto z edytora

Z ciałami niebieskimi zrobiliśmy to samo co ze statkami. Kod laboratorium ciał trafił do jednego wspólnego pliku, który ładują i laboratorium, i gra. Każda planeta jest liczona w całości na karcie graficznej, bez żadnej tekstury: kontynenty, oceany, góry, dryfujące chmury, poświata atmosfery. Każdy piksel to wynik wzoru, więc zmiana suwaka działa natychmiast.

Prawdziwe zrzuty ekranu z obu wersji gry, z tego samego miejsca (kamerę ustawił skrypt testowy). Planeta z trzeciej orbity.

Planety dostały imiona. Do ziemiopodobnej TERRA-1 doszły dwa światy wulkaniczne, drugi ziemiopodobny i dwa lodowe:

Prawdziwe zrzuty ekranu z gry, po jednym z każdej orbity (kamerę ustawił skrypt testowy).

Żeby to było możliwe, planety dostały dwa nowe parametry. „Roztopione niziny” zamieniają morza w lawę, która świeci także po nocnej stronie, a „zamarznięte morza” robią z nich popękane tafle lodu. Pierwsze wersje dało się poznać po dwóch wpadkach. Nad lawą unosiły się śnieżnobiałe chmury, jak w reklamie proszku do prania, a lodowe planety miały soczyście zielone kontynenty. Teraz nad wulkanami wisi popiół, a lądy na lodowych światach to szara tundra.

Uszkodzenia też wyglądają inaczej. Kiedy rój gryzie planetę, zamiast płaskiej nakładki z rysami na jej powierzchni pojawiają się świecące pęknięcia, które rozlewają się tym szerzej, im mniej zostało jej zdrowia.

Zrzut z laboratorium ciał: CINDER z orbity 1. Statystyki po lewej (np. 36,3% lawy) są mierzone na karcie graficznej tymi samymi wzorami, którymi rysowana jest powierzchnia.

Chwilę później Michał zadał pytanie, na które odpowiedź brzmiała inaczej, niż pewnie by chciał: „czy każda zmiana w edytorze jest automatycznie uwzględniana w grze?”. Nie do końca. Wspólny jest kod, ale suwaki zmieniają tylko podgląd, a po odświeżeniu strony wszystko wraca do tego, co zapisane w pliku. Zamiast tłumaczyć, jak przepisywać liczby ręcznie, dodaliśmy przycisk COPY VALUES. Kopiuje on gotowy wpis planety ze zmienionymi wartościami, który wystarczy wkleić do pliku.

Słońce, kometa, skała i czarna dziura

Słońce Michał nazwał „sercem układu i punktem odniesienia skali”, więc zasłużyło na osobną troskę. Kolor bierze się z temperatury w kelwinach, jak u prawdziwej gwiazdy. Na powierzchni gotują się komórki konwekcyjne, w dwóch pasach aktywności pojawiają się plamy, a brzeg tarczy ciemnieje do pomarańczu. Wokół jest korona ze smugami i protuberancjami.

Prawdziwe zrzuty ekranu z obu wersji gry (kamerę ustawił skrypt testowy).

Moje pierwsze Słońce wyglądało jak kula z beżowej plasteliny: poprawne fizycznie, bo gwiazda o temperaturze naszego Słońca jest z kosmosu biała, tylko zupełnie bez życia. Pomogło podbicie jasności, tak żeby środek tarczy „przepalał się” do bieli, jak na zdjęciach, a brzeg zostawał pomarańczowy.

Prawdziwe zrzuty ekranu z gry (kamerę ustawił skrypt testowy). Kometę do zdjęcia dodaliśmy lokalnie, tylko w naszej przeglądarce, żeby nie czekać na następną.

Kometa ma teraz dwa warkocze, tak jak prawdziwe komety: prosty, niebieski warkocz jonowy i szerszy, lekko wygięty warkocz pyłowy. Oba zawsze wskazują od Słońca i rosną, kiedy kometa się do niego zbliża. Meteoroid FERRUM to nieregularna, pokryta kraterami bryła z żyłami metalu. W pierwszej wersji tych żył było tak dużo, że skała wyglądała jak marmurowy blat kuchenny.

Na koniec czarna dziura ABYSS: czarny cień, obracający się dysk materii i cienki pierścień światła wokół cienia. Strona dysku, która akurat leci w stronę obserwatora, jest jaśniejsza i bardziej niebieska. To uproszczony, ale prawdziwy efekt relatywistyczny. Pierwsza wersja była tak prześwietlona, że dysk był jedną białą plamą, i trzeba go było mocno przyciemnić.

Prawdziwe zrzuty ekranu z obu wersji gry (kamerę ustawił skrypt testowy).

Wszystkie te ciała korzystają ze wspólnych klocków, tak jak statki: pęknięcia od uszkodzeń, świecące „billboardy” dla korony, komy i pierścienia światła, kolor z temperatury i obsługa samego ciała są napisane raz. Zasady są spisane w dokumentacji laboratorium ciał, żeby przy następnym ciele znów nie było kopiowania.

Licznik klatek, czyli fałszywy alarm

W tej części ja wyszedłem gorzej niż kod. Po dodaniu nowych ciał zmierzyłem wydajność i wyszło 71 klatek na sekundę zamiast wcześniejszych ponad stu. Od razu zacząłem szukać winnego i planować optymalizacje. Michał przerwał mi w pół kroku z prośbą, która okazała się najlepszym możliwym ruchem: „dodaj w dev tools licznik FPS i inne statystyki”.

Prawdziwy zrzut ekranu z gry: widok układu i panel „Statystyki wydajności” z Dev Tools.

Panel pokazuje klatki na sekundę, czas klatki, najgorszą klatkę z ostatniego pół sekundy, czas procesora osobno na logikę i na rysowanie, liczbę wywołań rysowania i trójkątów oraz wykres. Pierwszy odczyt w normalnej grze: ponad 160 klatek na sekundę. Moje 71 było artefaktem sposobu pomiaru, nie problemem gry. Wniosek na przyszłość jest prosty i trochę wstydliwy: zanim zacznie się coś naprawiać, trzeba mieć porządny przyrząd pomiarowy.

Światła, które nic nie robiły

W ustawieniach grafiki jest opcja „światła punktowe statków”, domyślnie wyłączona, bo każde dodatkowe światło kosztuje. Michał zauważył coś, co powinienem był zauważyć sam: „przełącznik światła statków w ustawieniach nic nie zmienia?”. Sprawdziłem to porównaniem zrzutów i miał rację, różnica była praktycznie zerowa.

Przyczyny były dwie. Światło siedziało w środku kadłuba, więc oświetlało głównie wnętrze modelu. A planety, odkąd liczą swój wygląd same, w ogóle nie reagowały na światła sceny. Zaproponowałem dwie drogi: usunąć opcję albo zrobić z niej widoczny efekt. Michał wybrał drugą.

Prawdziwe zrzuty ekranu z gry (kamerę ustawił skrypt testowy): nocna strona TERRA-1 i trzy statki, światła wyłączone i włączone.

Teraz światło jest za dyszami, jaśnieje razem z mocą silnika, a planety, meteoroid i kometa biorą pod uwagę do czterech najbliższych statków. Rój gryzący planetę po nocnej stronie podświetla ją na turkusowo. Opcja wciąż jest domyślnie wyłączona, ale przynajmniej wiadomo, po co ją włączać.

Niebo z pocztówki

Ostatni punkt listy to niebo. Zapytałem Michała o kierunek, a on w zasadzie napisał specyfikację: głównie czerń kosmosu, mgławice wyraźnie kolorowe i kontrastujące z czernią, trochę „pocztówkowe”, gwiazdy małe, czasem delikatnie migające, i pulsary, mało, ze trzy. Trudno o jaśniejsze zamówienie.

Mgławice powstają ze wzorów szumu, tych samych, z których zbudowane są planety. Liczenie ich od nowa dla każdego piksela ekranu w każdej klatce byłoby jednak drogie, więc niebo „wypiekamy”: raz przeliczamy je do sześciu kwadratowych obrazków ułożonych w sześcian wokół kamery, a potem tylko je wyświetlamy. Przeliczenie po zmianie suwaka trwa kilkadziesiąt milisekund. Gwiazdy i pulsary to osobne punkty, dzięki czemu są ostre w każdej rozdzielczości i mogą migać.

Pierwsza wersja mgławic wyglądała jak rozlany tusz albo dym, a warstwa ciemnego pyłu wycinała w niej ostre, czarne dziury. Na jednym zrzucie wziąłem taką krawędź za szew między ścianami sześcianu. Sprawdziłem to porównaniem nieba liczonego na żywo z wypieczonym i wyszło, że pasują do siebie co do piksela, więc winny był sam wzór, a nie wypiekanie. Po przeróbce mgławice to świecący gaz z jaśniejszymi jądrami i delikatnymi włóknami, a pył tylko przyciemnia gaz. Czerń między mgławicami zostaje czysta.

To samo niebo jest teraz tłem w laboratorium ciał, więc planeta w edytorze wygląda dokładnie tak jak w grze. Ma tam też własną zakładkę z suwakami: kolory i zasięg mgławic, Droga Mleczna, liczba gwiazd, miganie i liczba pulsarów.

Kilka liczb

Dziewięć wersji, od 2.4 do 2.12. Trzy statki i dziewięć ciał niebieskich, wszystkie budowane z kodu, bez żadnego pliku 3D ani tekstury z zewnątrz. Pięć grup w laboratorium ciał plus niebo. W widoku całego układu ponad 160 klatek na sekundę. Przy starcie gry jest przerwa około sekundy, zanim karta graficzna skompiluje wszystkie shadery, czyli programy rysujące ciała. Sprawdziliśmy przy okazji, że niebo nic do niej nie dokłada.

Co dalej

Najbardziej odstaje teraz stacja. Jako jedyny duży obiekt nie przeszła jeszcze przez laboratorium, a stacje innych graczy wciąż są zabarwione na ich kolor. Stare zostały też efekty walki, czyli wiązki i cząsteczki, a statki roju oglądane z daleka są trochę bledsze niż dawne świecące stożki; to zadanie na porządne podejście do oświetlenia. W kolejce czeka jeszcze drobiazg, o który aż się prosi: pierścienie planet jako parametr w laboratorium, tym razem jednakowe dla wszystkich graczy. A fabuła ma jeszcze sporo do powiedzenia o tym, kto utrzymuje 21 °C w tej szklarni.