Virtualidade Visual: a evolução dos gráficos gerados por computador

Evolução Gráficos

A virtualidade manifesta-se particularmente pela mimese do mundo sensorial (Almeida, Virtualidade, 2009, p. 4). Sendo o humano um animal visual, naturalmente, as mais fortes manifestações de virtualidade surgem pelas artes visuais como a escultura, pintura e animação. Os videojogos são, de momento, os artefactos digitais que melhor conciliam a virtualidade e interactividade numa compilação de vários elementos artísticos. O desenvolvimento de gráficos gerados por computador para videojogos é um processo relativamente recente mas tem a vantagem de iterar sobre técnicas já desenvolvidas noutras artes visuais.

Nos primeiros videojogos desenvolvidos, ao estilo dos hieróglifos egípcios, os objectos são pictográficos, sinaléticos e o espaço topológico é representativo e limitado a um único local e apenas eram renderizadas[1] relações espaciais básicas como paredes e portas (Almeida, Arte Digital e Cultura de Massas, p. 3). A movimentação do cenário exigia a rápida alteração dos pixéis que o compõem para formar uma nova imagem de fundo, o que exigia muitos recursos computacionais e era algo quase impossível para os computadores da era.

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Ilustração 1 – Asteriods (Atari, 1979) Jogo monocromático com um triângulo que representa a nave e linhas vectoriais formam os asteróides.
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Ilustração 2 – Pac-Man (Atari, 1980) O cenário (mapa) é estático e é formado apenas por linhas azuis que representam as paredes do labirinto.

Tal como nos hieróglifos, os personagens são desenhados tipicamente de perfil com duas direcções, virado para a direita ou esquerda, num plano bidimensional sem ser representada a profundidade. Com o avanço da tecnologia já foi possível aos artistas trabalharem também na movimentação de cenários num eixo 2D para dar a ilusão de movimentação do personagem, assim surge a era dos Side-scrollers[2].

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Ilustração 3 – Super Mario Bros (Nintendo, 1985) Jogo side-scroller onde o cenário se move na direcção oposta à do personagem, dando a illusão de deslocação espacial.
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Ilustração 4 – Hieróglifos a representar o corpo humano, de perfil, num plano bidimensional.

Para simular a profundidade de campo, é utilizado o chamado Parallax Scrolling onde o cenário é dividido em camadas que se movem a diferentes velocidades, dependendo da relação de distância (profundidade) dos objectos do cenário (exemplo: as árvores que estão próximas da câmara movem-se a uma maior velocidade que a montanha que está mais atrás na linha do horizonte) (Davison, 2004, p. 1 cap.6.2). Este efeito parallax utiliza o mesmo conceito do teatro e dos espectáculos de marionetas onde o cenário é dividido em diferentes peças físicas que podem ser movidas independentemente. A mesma abordagem foi utilizada pela primeira vez no cinema de animação em 1937 pela Disney, denominado Multiplane Camera, onde a cena era dividia em várias camadas de profundidade para o animador não ter que redesenhar os objectos estáticos a cada frame (Lewies, 2012, p. 224).

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Ilustração 5 – Altered Beast (Sega, 1988) A relva em primeiro plano, os edifícios e as árvores do fundo, movem-se a velocidades diferentes.
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Ilustração 6 – Representação das camadas de um cenário parallax do livro “Java Prog. Techniques for Games” de Andrew Davison.

O aumento de resolução, número de pixels presentes no ecrã, tornou possível criar imagens com mais pormenores e outras técnicas do cinema de animação transbordaram para a indústria dos videojogos. Para a criação dos sprites[3] dos personagens, destacam-se 4 técnicas diferentes, duas mais focadas na representação artística e duas mais inclinadas para a reprodução da forma ou movimento do corpo humano.

O Pixel Art é a manipulação de pontos de cor numa grelha de pixéis de forma a criar uma imagem (Silber D. , 2015, p. 11), imitando o conceito de ladrilho em que uma imagem é formada por pequenos quadrados coloridos. O Hand Drawn Sprites, como o próprio nome indica, é a técnica de criar os sprites através do desenho à mão tradicional, processo mais utilizado nos produtores orientais como a CAPCOM devido à forte influência do anime e manga na cultura popular japonesa. A Rotoscopia é uma técnica proveniente dos filmes de animação onde o personagem é desenhado ao decalcar sobre uma gravação em filme de uma pessoa real. Esta técnica, também utlizada pela Disney pela primeira vez em 1937, foca-se principalmente sobre a fidelidade de representação do movimento humano e não na redução de custos de produção (Menache, 2000, p. 2). Por fim, os Digitized Sprites são sprites criados através da digitalização de fotografias de humanos e objectos reais e recortando-os do fundo, obtendo assim um personagem com um aspecto foto-realista, mas apenas num plano bidimensional.

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Ilustração 7 – Metroid (Nintendo, 1986) Sprites criados por Pixel Art.
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Ilustração 8 – King of Fighters (SNK, 1994) Jogo 100% desenhado à mão
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Ilustração 9 – Prince of Persia (Jordan Mechner, 1989) Os movimentos do personagem foram “decalcados” de gravações em video.
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Ilustração 10 – Mortal Kombat (Acclaim, 1992) Os sprites dos personagem são “recortes” de fotografias.

Com a evolução dos processadores gráficos, foi possível trazer a terceira dimensão para o universo dos videojogos utilizando alguns truques de câmara e polígonos, formas geométricas que compõem um objecto ou personagem. Mas o 3D a 100% ainda não era possível de conseguir devido aos baixos recursos computacionais, portanto eram utilizadas técnicas para compensar esta falta de recursos.

Para mostrar o cenário em profundidade, recorreu-se à Perspectiva Isométrica, um método utilizado para representação de peças de carpintaria, escultura e detalhes arquitectónicos, documentado no séc. XVII por William Farish (Carpo, 213, p. 152). Alguns jogos, como por exemplo The Sims (Maxis, 2000), permitiam até seleccionar entre quatro planos isométricos de visão diferentes simulando uma rotação 360º da câmara sobre o objecto.

Outro método utilizado é o Pre-rendered Background, onde o cenário é apenas uma captura de imagem (“fotografia”) bidimensional de um cenário previamente construído em 3D. Tal como no teatro e diorama, esta imagem pré-renderizada, é colocada no fundo para simular a perspectiva e apenas os objectos móveis e os personagens 3D são renderizados e tempo real. A desvantagem desta abordagem é o facto de, tal como no teatro (Scolastici, 2015, p. 58), a câmara tem que estar fixa na mesma perspectiva que a imagem de fundo e não se pode mover o que não ajuda na imersão do jogador (Almeida, Arte Digital e Cultura de Massas, p. 4).

O processo inverso também é utilizado, especialmente nos jogos em que a câmara está na perspetiva do personagem, nos Fisrt Person Shooters como por exemplo, Doom (id Software, 1993). Aqui o jogador, embora mais preso a dois eixos (avançar/recuar e esquerda/direita), percorre um espaço tridimensional e os objectos e personagens são sprites 2D, semelhante a recortes em cartão e mesmo denominados pelos artistas como “cutout” (Thorn, 2014, p. 115). Tal como nas pinturas da renascença, estes cenários apresentam uma perspetiva mais forçada e evidente (Manovich, 2001, p. 189), esta simplicidade de perspetiva ajuda o jogador a manter-se espacialmente orientado nos mapas tridimensionais.

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Ilustração 11 – Diablo (Blizzard, 1996) Mapa isométrico para representação do espaço tridimensional.
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Ilustração 12 – Resident Evil (Capcom, 1996) Personagens são construidos com poligonos 3D, cenário é uma imagem estática pré-renderizada.
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Ilustração 13 – Doom (id Software, 1993) Jogo Fisrt Person Shooter com perspectivas forçadas e lineares.
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Ilustração 14 – Escola de Atenas (1509–1511) Pintura renascentista de Rafael.

Com o advento do “Real 3D”, videojogos construídos 100% por polígonos tridimensionais, as formas e o espaço deixam de ser conseguidos através de ilusões. Há uma liberdade total de movimentação da câmara, é possível utilizar perspectivas mais cinematográficas e tudo é renderizado em tempo real e, por isso, o problema da preocupação com o consumo de recursos computacionais aumenta. É necessário criar novos tipos de ilusões para não perder a imersão do jogador.

As técnicas utilizadas na pintura barroca para economizar materiais e tempo (Almeida, Virtualidade, 2009, p. 4)

são os alicerces do Selective Rendering, o processo de seleccionar, pré-determinada ou dinamicamente, qual a informação que deve receber mais recursos computacionais durante o render (Alan Chalmers, 2006, p. 10). A utilização de zonas mais escuras para conciliar texturas menos detalhadas (Selective Rendering pré-determinado) e a utilização de diferentes tipos de pormenor dependendo da distância do objeto (Selective Rendering dinâmico) são algumas dessas técnicas. É utilizado um z-buffer, uma distância em profundidade que determina que os objectos mais próximos da câmara sejam renderizados com mais detalhe e os mais distantes vão “perdendo” gradualmente a definição (Manovich, 2001, p. 190). A uma distância elevada, o objecto 3D nem é renderizado e é colocado no seu lugar um “impostor”, um sprite 2D representativo do objecto (Davis, 2006). É também utilizado Fog (nevoeiro) para limitar o campo de visão da câmara e poupar recursos ao não fazer o render dos objectos que se encontram fora do campo de visão (Goldstone, 2009).

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Ilustração 15 – Assassin’s Creed Unity (Ubisoft, 2014) Os edifícios mais próximos da câmara carregam texturas mais detalhadas que os edifícios mais afastados.
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Ilustração 16 – The Rape of the Sabine Women (Nicolas Poussin, 1938) Os edifícios e pessoas mais próximos são pintados com mais detalhes que os mais afastados.
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Ilustração 17 – Deus Ex (Eidos, 2000) A cidade na linha do horizonte é um “impostor”, uma fotografia bidimensional estática.
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Ilustração 18 – Silent Hill 2 (Konami, 2001) O “Fog” serve dois propósitos: cria um ambiente de terror e faz com se sejam renderizados menos poligonos.

Também a técnica de simulação de relevos arquitetónicos nos frescos pintados em tectos faz o paralelo com o Bump Mapping, técnica utilizada para dar a ilusão de rugosidades e relevos tridimensionais a texturas de uma superfície plana utilizando contrastes e sombreados. As limitações desta técnica são as mesmas da pintura, o efeito ilusório perde-se dependendo da proximidade ou angulo de visão do observador (Doggett, 2002, p. 8).

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Ilustração 19 – Efeito Bump Mapping para dar ilusão de relevo na textura do muro.
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Ilustração 20 – Tecto da Capela Sistina com ilusão de relevo arquitetónico.

Da área da fotografia também foram transpostas algumas técnicas para os gráficos dos videojogos, para economizar recursos, para aumentar o realismo ou simplesmente para estilização. O Motion Blur, o arrastamento de imagens em movimento, conseguido com o aumento do tempo de exposição fotográfica, é utilizado na movimentação de câmaras em ambientes 3D para desfocar e renderizar menos detalhes durante os movimentos rápidos (Manovich, 2001, p. 190). A dessaturação (Desaturation), o efeito de retirar ou atenuar a intensidade da cor de uma imagem (Silber J. , 2012, p. 226), é utilizada para obter gráficos menos coloridos e mais realistas. O efeito de desfocagem por baixa profundidade de campo, conseguida através da abertura do diafragma da objectiva fotográfica (Stern, 2011, p. 82), é utilizado de igual modo em alguns videojogos para direccionar a atenção do observador. Outras características da fotografia são imitadas pelos videojogos para conseguir efeitos cinematográficos como o Bloom Effect, Chromatic Aberration e certos filtros de lente.

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Ilustração 21 – Forza Motorsport (Microsoft, 2005-2014) Efeitor de Motion Blur serve dois propósitos: reforça a sensação de velocidade e poupa recursos ao fazer render de objectos mais desfocados.
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Ilustração 22 – CoD Modern Warfare 3 (Infinity Ward,, 2011) A dessaturação de cores vivas é utilizada nos videojogos modernos para aumentar o foto-realismo.
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Ilustração 23 – Fallout 3 (Bethesda, 2008) Ao apontar a arma, todo o resto do cenário fica desfocado para fixar a atenção do jogador no inimigo.
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Ilustração 24 – Alan Wake (Microsoft, 2010) Bloom Efect para simular o comportamento do olho humano ao olhar mudar de ambientes escuros para luminosos.

A evolução gráfica dos videojogos tem caminhado para o fotorrealismo e, nos dias de hoje já chegou muito perto deste objectivo inicial. Os recursos computacionais disponíveis aumentaram exponencialmente e estão disponíveis ao público a preços baixos. Nesta etapa os produtores de videojogos já não têm como preocupação questões técnicas mas sim questões monetárias, pois os gráficos foto-realistas são bastante mais dispendiosos do que os gráficos mais minimalistas porque são necessárias equipas de artistas maiores. É também exigido ao público um investimento constante em hardware capaz de suportar tal evolução gráfica. Para reforçar o problema, estamos também numa era de multiplataformas, é preciso optimizar os videojogos para vários tipos de hardware com várias características técnicas diferentes (ex: computadores, consolas, telemóveis, tablets). Perante este problema, alguns caminhos divergentes começam a surgir no futuro da arte dos videojogos. O mais evidente é a continuação da procura do fotorrealismo feita por algumas empresas com maior capacidade financeira. Os artistas independentes (indie games[4]) e pequenas produtoras trouxeram um “revivalismo” da estética e técnicas dos videojogos antigos. E por fim, algumas empresas, procuram utilizar a capacidade gráfica conseguida nos dias de hoje, não para a recriação foto-realista, mas para criar mundos e personagens mais estilizados, reforçar o tema do videojogo e criar uma identidade visual própria.

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Ilustração 25 – Crysis (Crytek, 2007-2013) Considerado um dos videojogos mais foto-realistas.
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Ilustração 26 – Mark of the Ninja (Klei Entertainment, 2012) Videojogo indie side-scroller com gráficos de ilustração em alta definição.
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Ilustração 27 – No More Heroes (Ubisoft, 2007-2010) Gráficos em cell-shading, processos de render que imita a estética dos desenhos animados.
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Ilustração 28 – Deus-Ex Human Revolution (Square Enix, 2011) Utilização de filtros de câmara “dourados”, design de personagens e arquitectura num estilo visual denominado de Cyber Renaissance.

Notas

[1] Renderização é o processo pelo qual se pode obter o produto final de um processamento digital qualquer. Este processo aplica-se essencialmente em programas de modelagem 2D e 3D. (Wikipédia)

[2] Um Side-scroller é um videojogo em que a acção é vista por uma câmara lateral, e os personagens movem-se do lado esquerdo do ecrã para a direita (ou vice-versa) para alcançar o objectivo. (Wikipédia)

[3] Na computação gráfica, sprite é uma imagem ou animação bidimensional que é integrada numa cena. (Wikipédia)

[4] Indie Games são videojogos criados por uma pessoa ou pequenas equipas com ou sem apoio financeiro de distribuidoras de videojogos, e frequentemente focam-se na inovação e na distribuição digital. (Wikipédia)

 
Referências
Alan Chalmers, K. D. (2006). Selective rendering: computing only what you see. GRAPHITE ’06 Proceedings of the 4th international conference on Computer graphics and interactive techniques in Australasia and Southeast Asia (pp. 9-18). NY, USA: ACM.

Almeida, P. (2009). Virtualidade. Resumo de Aula. Minho.

Almeida, P. (s.d.). Arte Digital e Cultura de Massas. Resumo de Aula. Universidade do Minho.

Carpo, M. (213). Perspective, Projections and Design: Technologies of Architectural Representation. Oxon: Routledge.

Davis, A. (05 de 01 de 2006). Dynamic 2D Imposters: A Simple, Efficient DirectX 9 Implementation. Obtido em 18 de 01 de 2016, de Gamasutra: http://www.gamasutra.com/view/feature/130911/dynamic_2d_imposters_a_simple_.php

Davison, A. (15 de 07 de 2004). Chapter 6.2. A Side Scroller. Obtido em 09 de 01 de 2016, de Java Programming Techniques for 2D, 2.5D, 3D, and Networked Games: http://www.comscigate.com/tutorial/ajay/Part%201/java%20games%20programming%20techniques/fivedots.coe.psu.ac.th/~ad/jg/ch062/ch6-2.pdf

Doggett, M. C. (2002). Displacement Mapping and Volume Rendering Graphics Hardware. USA: Universal-Publishers.

Goldstone, W. (2009). Unity Game Development Essentials. Packt Publishing Ltd.

Lewies, J. (2012). Essential Cinema: An Introduction to Film Analysis. USA: Wadsworth Cengage Learning.

Manovich, L. (2001). The Language of New Media. USA: MIT.

Menache, A. (2000). Understanding Motion Capture for Computer Animation and Video Games. USA: Academic Press.

Scolastici, C. (2015). Unity 2D Game Development Cookbook. UK: Packt Publishing Ltd.

Silber, D. (2015). Pixel Art for Game Developers. CRC Press.

Silber, J. (2012). DIY Wedding Photo and Video: Professional Techniques for the Amateur Documentarian, 1st ed.Joanna Silber. USA: Cengage Learning.

Stern, K. (2011). Photo 1: An Introduction to the Art of Photography. USA: Cengage Learning.

Thorn, A. (2014). Pro Unity Game Development with C#. Apress.

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