Voxels: Τα γραφικά του μέλλοντος

Η Euclideon δουλεύει πάνω σε μία νέα τεχνολογία γραφικών, βασισμένη σε voxels.

Το περυσινό καλοκαίρι, η εταιρεία Euclideon από την Αυστραλία (σ.σ. προφανώς το όνομα προκύπτει από τον αρχαίο Έλληνα Ευκλείδη), παρουσίασε μια νέα τεχνολογία γραφικών βασισμένη σε voxels. Στο βίντεο τα ονομάζει "atoms", δηλαδή άτομα, που με βάση την φυσική είναι και τα ελάχιστα μικρά μόρια. Τότε, η εταιρεία ονομαζόταν Unlimited Detail και μέσω του καναλιού της στο YouTube παρουσίασε δύο βίντεο με demos του πως μπορούν να εμφανιστούν τα atoms. Τώρα επανεμφανίστηκε δείχνοντάς μας την νέα της δουλειά.

Η παρουσίαση
Τα γραφικά των σημερινών 3D games χρησιμοποιούν απλά πολύγωνα, όμως τα voxels είναι μια διαφορετική πρόταση σχεδιασμού που παρουσιάζει τα περιβάλλοντα με κάθε λεπτομέρεια, δημιουργώντας νέου τύπου πολύγωνα. Μετά την αρχική παρουσίασή τους το 2010, οι προγραμματιστές της Euclideon εξαφανίστηκαν για ένα χρόνο. Τώρα όμως επανεμφανίζονται παρουσιάζοντας ένα demo βασισμένο στην συγκεκριμένη τεχνολογία.

Το demo αυτό ξεκινάει στο παρακάτω βίντεο από το 2:00. Όπως μπορείτε να δείτε, οι developers δημιούργησαν ένα νησί που έχει διαστάσεις ενός τετραγωνικού χιλιομέτρου και διαθέτει 21 τρισσεκατομμύρια πολύγωνα (64 atoms ανά κυβικό millimeter). Στο νησί αυτό τα γραφικά απαρτίζονται από πολύγωνα, τα οποία όμως έχουν δημιουργηθεί από voxels. Για την μετατροπή των voxels σε πολύγωνα χρησιμοποιείται ο polygon converter. Πρόκειται για μία εφαρμογή της Euclideon που συνοδεύει γνωστά προγράμματα ανάπτυξης γραφικών, όπως το 3DS Max.

[youtube:1k2msciu][/youtube:1k2msciu]

Για την σύγκριση με τα σημερινά γραφικά χρησιμοποιήθηκε όπως μπορείτε να δείτε το First-Person Shooter BulletStorm. Το θετικό με την χρήση των voxels (atoms) είναι ότι μπορεί να γίνει scan πραγματικών αντικειμένων -όπως ένας βράχος- και να υπάρξει η ακριβής αποτύπωσή τους στον χώρο. Υπάρχουν φυσικά και τα αντικείμενα που σχεδιάζουν οι 3D designers (γιατί δεν μπορείς να scanάρεις έναν δράκο για παράδειγμα) κι ολα αυτά συνδυάζονται μαζί σε ένα αποτέλεσμα. Οι προγραμματιστές μπορούν να δημιουργήσουν ακόμα και υβριδικά αντικείμενα, που να αποτελούνται δηλαδή από κομμάτια πραγματικών αντικειμένων και από voxels που έχουν δημιουργηθεί από έναν 3D designer.

Στόχος της Euclideon είναι να δημιουργήσει ένα Software Development Kit το οποίο θα μοιράσει σε προγραμματιστικές εταιρείες, για την ανάπτυξη video games βασισμένων σε τέτοια τεχνολογία. Όπως παραδέχεται κι ο head developer της εταιρείας που μιλάει στο βίντεο, για να δημιουργηθεί ένα τέτοιο demo καταναλώθηκε μεγάλη υπολογιστική ισχύς, ενώ το αποτέλεσμα έτρεχε στα 20 frames το δευτερόλεπτο. Πέραν αυτού, απαιτείται και μεγάλος χώρος στον σκληρό δίσκο για να μπορέσει να διατηρήσει όλα αυτά τα δεδομένα.

[youtube:1k2msciu][/youtube:1k2msciu]

Σε αυτό το βίντεο, τα δεδομένα που χρειάζεται η εκκλησία που βλέπετε ανέρχονται στα 2.7GB. Βέβαια η απόδοση των frames είναι εντυπωσιακή. Σε κάποια σημεία βλέπουμε 25-30 frames και σε άλλα 30-40 frames.

Που έχει χρησιμοποιηθεί η τεχνολογία
Η τεχνολογία των voxels (atoms) που περιγράφεται στο βίντεο, έχει χρησιμοποιηθεί στο Minecraft, με τη διαφορά ότι εκεί χρησιμοποιούνται πολλά ίδια άτομα και μάλιστα σε μεγάλες διαστάσεις, άρα δεν καταναλώνεται μεγάλη υπολογιστική ισχύς. Επίσης, έχουν δημιουργηθεί demos διαφόρων παιχνιδιών, πάλι με την χρήση ελάχιστων voxels. Ένα τέτοιο είναι το Voxelstein 3D που μπορείτε να βρείτε εδώ.

[youtube:1k2msciu][/youtube:1k2msciu]

Τα προβλήματα
Η τεχνολογία αυτή είναι ακόμη σε πολύ πρώιμο στάδιο. Η εφαρμογή της από τους developers παρουσιάζει πολλές δυσκολίες. Καταρχήν σημαντικός παράγοντας είναι η χωρητικότητα. Όπως ανέλυσε ο Markus Alexei (Notch), δημιουργός του Minecraft, σε σχετικό του άρθρο, τα voxels καταναλώνουν πολύ χώρο στο σκληρό δίσκο. Αν υπάρχουν 64 ανά κυβικό millimeter στο πρώτο demo που είδαμε, τότε ο Notch υπολόγισε ότι για το ένα τετραγωνικό χιλιόμετρο απαιτούνται 512 τετράκις atoms, δηλαδή θέλουμε 170.00 σκληρούς δίσκους των 3 Terrabytes, πράγμα αδύνατο για την σημερινή τεχνολογία! Ακόμα κι αν υπάρξει συμπίεση δεδομένων κατά 1%, το αποτέλεσμα θα είναι να χρειαζόμαστε ακόμη 1.700 σκληρούς δίσκους των 3 Terrabytes. Κι όλα αυτά, θυμίζω πάλι, για ένα νησί. Επί της ουσίας βέβαια, τα voxels είναι σε πολλά σημεία όμοια, ώστε να καταναλώνεται λιγότερη μνήμη. Αλλά και πάλι η ζητούμενη χωρητικότητα είναι τεράστια.

[youtube:1k2msciu][/youtube:1k2msciu]

Πέρα από την υπολογιστική ισχύ που χρειάζεται, τα voxels δεν παράγουν απόλυτα ομαλά animations, καθ' ότι δεν υπάρχουν οι κατάλληλοι γρήγοροι αλγόριθμοι που θα εξομοιώσουν την αλλαγή σχήματος ενός voxel. Στο παρελθόν βέβαια έχει ξαναγίνει δουλειά με τέτοια animations. Στο παραπάνω βίντεο μπορείτε να δείτε την Atomontage engine. Παρακάτω μπορείτε να δείτε ένα ακόμη animation, το οποίο παρουσιάζει κάτι που μοιάζει σε...mob από RPG ή FPS.

[youtube:1k2msciu][/youtube:1k2msciu]

Όπως μπορείτε να αντιληφθείτε από τα βίντεο, τα animations με την χρήση των voxels δεν είναι αρκετά ρεαλιστικά. Δεν μπορούν να παράγουν τα physics που βλέπουμε σήμερα με την χρήση των πολυγώνων. Ο Markus Alexei ισχυρίζεται ότι η εταιρεία Euclideon χρειάζεται χρηματοδότηση και γι' αυτό δημιουργεί τα βίντεο που είδαμε. Ίσως η αλήθεια βρίσκεται κάπου στη μέση, καθ' ότι ο Alexei μην ξεχνάμε ότι θεωρείται ανταγωνιστής τους.

Θα αναμένουμε την συνέχεια με ενδιαφέρον. Πάντως το μόνο σίγουρο είναι ότι ακόμα κι αν το περιβάλλον ενός τέτοιου παιχνιδιού έχει πολλά όμοια atoms, η ουσία δεν αλλάζει. Θα χρειαστούν χιλιάδες Terrabytes για να δημιουργηθεί ένας ολόκληρος κόσμος, χωρίς καν να συμπεριλάβουμε τα αντικείμενα και τα animations των χαρακτήρων. Όλα αυτά αφορούν τεχνολογία του μέλλοντος, όταν σε μερικές δεκαετίες θα έχουμε στα χέρια μας καλύτερα εργαλεία συμπίεσης δεδομένων ή σκληρούς δίσκους με τεράστια χωρητικότητα. Προς το παρόν, ας κάνουμε ένα οφθαλμόλοτρο κι ας βολευτούμε με τα ταπεινά voxels του Minecraft.

Όσοι θέλετε να παρακολουθήσετε τις κινήσεις της Euclideon, μπορείτε να μπείτε στο επίσημο καναλι της στο Youtube ή στο επίσημο site της.