Спрайт (компьютерная графика)

Спрайт (англ. Sprite — фея; эльф) — графический объект в компьютерной графике. Чаще всего — растровое изображение, свободно перемещающееся по экрану. Один из важнейших графических элементов двухмерных компьютерных игр. Наблюдение спрайта под несоответствующим углом приводит к разрушению иллюзии.

Происхождение термина

Этим словом в студии Диснея стали называть способ ускорения мультипликации второстепенных персонажей: все фазы движения персонажа рисовались на прозрачных плёнках, а потом эти плёнки накладывались на сцену.

Спрайты в двухмерной графике

Изначально под спрайтами понимали небольшие рисунки, которые выводились на экран с применением аппаратного ускорения. Впоследствии с увеличением мощности центрального процессора, от аппаратных спрайтов отказались, и понятие «спрайт» распространилось на всех двумерных персонажей. В частности, в видеоиграх Super Mario и Heroes of Might and Magic вся графика спрайтовая.

Впрочем, в современных спрайтовых играх спрайты вновь выводятся с применением аппаратного ускорения — как текстурированный прямоугольник.

Спрайты в трёхмерной графике

Движки первого поколения

Спрайтовые персонажи в Doom. Обратите внимание на два совершенно одинаковых трупа.

В первых трёхмерных играх, например, Wolfenstein 3D (1992) и Doom (1993), персонажи представлялись в виде двумерных рисунков, изменяющих размер в зависимости от расстояния.

На 3D-акселераторах

На 3D-акселераторах применяется такая техника: объект рисуется в виде плоскости с наложенной на неё текстурой с прозрачными областями. Эта технология применяется в трёх случаях.

Оптимизация

Спрайты могут применяться для оптимизации графического ядра, когда отрисовка трёхмерной детализованной модели слишком накладна и может привести к сильному падению скорости рендеринга. Таковыми являются:

• Объекты, присутствующие в сцене в большом количестве и которые, будучи трёхмерными, имели бы большое количество граней и очень сильно влияли бы на производительность — например, публика (рис. 1), трава и т. д.
• Удалённые объекты, которые вблизи рисуются полигональными моделями.

Спецэффекты

Некоторые спецэффекты (например, огонь) выполняются спрайтами, так как полигональный огонь плохо смотрится. Сравните, например, взрывы в Quake 2 (рис. 2) и Unreal Tournament (рис. 3).

Для большей правдоподобности изображения используется большое количество сравнительно маленьких спрайтов (так называемая система частиц).

• Рисунок 1. Спрайтовая публика в Rally Trophy
  Рисунок 1.
  Спрайтовая публика в Rally Trophy
• Рисунок 2. Полигональный взрыв в Quake 2
  Рисунок 2.
  Полигональный взрыв в Quake 2
• Рисунок 3. Спрайтовый дым и взрыв в Unreal Tournament
  Рисунок 3.
  Спрайтовый дым и взрыв в Unreal Tournament
• Рисунок 4. Живой актёр в трёхмерном кабинете в realMyst.
  Рисунок 4.
  Живой актёр в трёхмерном кабинете в realMyst.

Живая съёмка

Изредка спрайты применяются для добавления в игру живого фото или видео. Например:

• Живые актёры, например в realMyst (рис. 4).
• Рычаги управления в симуляторах самолётов, поездов и т. д., сфотографированные в реальной кабине.

Стоит заметить, что в некоторых спрайтовых играх, таких, как Rise of the Triad, спрайты фотографировались с актёров, а не с моделей, игрушек или рисунков.

Появление шейдеров частично снимает потребность в живой съёмке — многие нюансы фотоизображения уже можно передать полигональными моделями в реальном времени.

Разрушение иллюзии

Наблюдение спрайта под несоответствующим углом приводит к разрушению иллюзии. В зависимости от математического аппарата рендеринга («движка»), разрушение может происходить двумя способами.

1. «Эффект портрета». Спрайтовый объект постоянно держится к наблюдателю нормалью к поверхности, что приводит к тому, что он визуально «поворачивается» все время к нему «лицом». В небольших пределах это незаметно, но при взгляде, скажем, на монстра сверху он может оказаться «лежащим на спине» на горизонтальном полу и при этом перебирающим ногами, да еще и бегущим в нужном направлении, не меняя более чем странной позы. Для борьбы с этим эффектом применяются наборы из большого числа спрайтов, снятых с разных направлений, которые подменяют друг друга в зависимости от угла наблюдения, но момент перехода от спрайта к спрайту также весьма заметен.
2. «Эффект Ельцина». Назван из-за сходства спрайта с картонными портретами президента РФ, предназначенными для фотографий-сувениров и устанавливавшимися в людных местах в 90-е годы, совпавшие с расцветом спрайтовых игр. Возникает, если спрайт не поворачивается нормалью к поверхности к наблюдателю, выдавая «плоскостность» объекта даже при небольших изменениях угла наблюдения. Характерен для аппаратно-рендеримых спрайтов, введенных в полигональный «движок» как вспомогательные.

Терминология

• Billboard — спрайт, постоянно повёрнутый лицом к камере (по аналогии с рекламными щитами на автодорогах, которые повёрнуты под наиболее выгодным углом).
• Impostor — спрайт, который заменяет трёхмерную модель на большом удалении.

Ссылки

• DirectX и Delphi. Спрайты
• Искусство создания игр