Источник: Nataska Statham, João Jacob, Mikael Fridenfalk, Game environment art with modular architecture. In: Entertainment Computing, vol. 41, 2022, 100476.
Доступно онлайн: https://doi.org/10.1016/j.entcom.2021.100476

Авторы отмечают, что модульная архитектура давно стала стандартным инструментом оптимизации в геймдизайне: она ускоряет производство окружения, снижает затраты и позволяет небольшим командам создавать большие игровые миры. Однако отсутствие системного описания приводит к ошибкам, избыточной повторяемости ассетов, так называемой «усталости от искусства» (art fatigue), и переработкам на поздних этапах разработки.

Чтобы преодолеть этот разрыв, авторы опираются как на опыт традиционной модульной архитектуры (сборные дома, префабы, промышленное домостроение), так и на анализ множества игр — от Fallout и Assassin’s Creed до Cities: Skylines и Surviving Mars. Они систематизируют наблюдения и создают обобщённый набор правил, подходящих для широкого круга игровых жанров.

Введение

Авторы начинают с того, что модульная архитектура давно занимает важное место в практике разработки 3D-игровых окружений. Она позволяет оптимизировать рабочие процессы, ускорять производство ассетов, снижать нагрузку на команды художников окружения и эффективно наполнять масштабные игровые миры. Тем не менее, несмотря на широкое распространение, модульная архитектура остаётся слабо описанной в профессиональной и академической литературе. Чаще всего её обсуждение ограничивается отдельными постмортемами студий (например, доклады Bethesda на GDC), отраслевыми публикациями или неформальными советами отдельных разработчиков. Универсальных и систематизированных руководств по работе с модульными ассетами практически нет.

В результате на практике качество реализации модульной архитектуры в разных проектах сильно различается. Там, где принципы модульности плохо проработаны, возникают серьёзные проблемы: визуальная повторяемость окружения, ощущение однообразия, так называемая «усталость от искусства» (art fatigue), а иногда — и потеря ориентации игрока в пространстве уровня. Вместо оптимизации команда получает дополнительную сложность и визуальные проседания качества.

При этом авторы подчёркивают, что правильно организованная модульная архитектура даёт проекту значительные преимущества. Она позволяет даже небольшим командам создавать большие и насыщенные миры, грамотно управляя объёмами производства. Более того, повторяемость в этом случае становится не проблемой, а выразительным художественным приёмом, задающим ритм, архитектурную структуру и характер пространств.

Цель этой статьи — предложить разработчикам обобщённый набор принципов, которые помогут выстраивать модульную архитектуру игровых окружений более системно. Для этого авторы обращаются как к опыту традиционной модульной архитектуры (в том числе префабного строительства), так и к анализу практик в конкретных игровых проектах. В исследование включены различные типы игр, где активно используется модульность: открытые миры (например, Elder Scrolls, Fallout, GTA), линейные игры с фиксированными маршрутами (например, Mass Effect, Dead Space) и градостроительные симуляторы (например, Cities: Skylines, Frostpunk).

Авторы отдельно описывают специфику каждого жанра. В открытых мирах ключевым становится свободное исследование больших карт, не привязанных строго к сюжетным миссиям. В линейных играх, напротив, игрок следует заранее заданному пути, а пространственные сценарии строятся как последовательность сцен и коридоров. Градостроительные симуляторы изначально проектируются как системы модульной сборки, где игрок сам формирует городскую среду из заданных строительных единиц.

Дальнейшие разделы статьи посвящены анализу существующего опыта, описанию типичных проблем, формулированию предложенных принципов и их внедрению в практический производственный цикл разработки игр.

Современное состояние вопроса

Авторы начинают с обзора того, как принципы модульности реализуются в традиционной архитектуре. Здесь модульный подход применяется давно и активно используется как инструмент оптимизации — он позволяет значительно сократить сроки и стоимость строительства за счёт предварительного изготовления строительных элементов вне площадки. При этом масштаб модулей может варьироваться: от небольших компонентов и панелей до крупных объёмных блоков, включающих целые помещения или этажи.

Исторически модульное строительство часто ассоциировалось с быстрыми и дешевыми решениями, что нередко приводило к сомнениям в его качестве и архитектурной ценности. Однако современные подходы — в частности, японские школы модульного жилья — активно меняют это восприятие, акцентируя внимание на устойчивости, гибкости и индивидуальной настройке модульных систем.

Ключевой особенностью модульного проектирования становится определённая логика работы с пространством: модульная система строится как совокупность взаимозаменяемых и легко сочетаемых компонентов. Чтобы такая система была работоспособной, проектирование опирается на строгие стандарты — единую измерительную систему, регулярную картезианскую сетку, стандартизированные размеры элементов и переходов между ними. Здесь особенно важно, чтобы принципы модульности закладывались уже на ранних этапах проектирования, поскольку внесение изменений позже оказывается технически сложным и затратным.

Переходя к практике разработки игровых окружений, авторы показывают, что большинство этих архитектурных принципов хорошо адаптируются для работы с 3D-ассетами в играх. Так же как в архитектуре, создание окружения в играх опирается на регулярную сетку, унифицированные размеры и стандартизированные соединения между модулями. Однако степень детализации — или, иначе говоря, уровень гранулярности — здесь варьируется в зависимости от жанра.

В играх с открытым миром, где требуется создание больших пространств с высокой степенью вариативности, чаще применяются ассеты с высокой гранулярностью: отдельные панели, мелкие компоненты и детали, позволяющие собирать разнообразные комбинации. В линейных играх преобладают более крупные предсобранные блоки, которые позволяют быстрее формировать коридоры и сцены с ограниченным маршрутом. А в градостроительных симуляторах в роли модулей выступают уже целые здания, которые игрок размещает на карте, фактически выполняя роль level-дизайнера.

При этом одним из наиболее распространённых вызовов для всех типов игр остаётся работа с визуальной повторяемостью. Постоянное использование одних и тех же ассетов может сделать окружение монотонным и визуально скучным. Чтобы этого избежать, разработчики активно используют различные методы разнообразия: вариации текстур, наложение декалей (например, грязь, ржавчина, граффити), декоративные элементы (greebles), освещение и работу с реквизитом. При этом важнейшими техническими аспектами остаются строгое соблюдение сетки, согласованное размещение pivot point и стандартизация переходов между модулями — дверных проёмов, окон и арок. Ассеты организуются в модульные наборы (modular kits), которые заранее проектируются с учётом функциональной совместимости.

В итоге авторы фиксируют, что фундаментальные принципы традиционной модульной архитектуры можно успешно применять в игровой индустрии. Однако их практическая реализация требует гибкой адаптации под специфику каждого жанра, визуальной стилистики и геймплейных задач.

Типичные проблемы модульной архитектуры в играх

В этой части авторы подробно рассматривают те проблемы, с которыми на практике сталкиваются команды, работающие с модульной архитектурой в разработке игр. Все возникающие сложности они условно делят на две большие группы: функциональные и эстетические.

Функциональные проблемы чаще всего связаны с недостаточным планированием и отсутствием качественного тестирования на ранних этапах разработки. Если модульные наборы оказываются недостаточно гибкими или не учитывают игровые потребности — например, отсутствие укрытий, узких проходов, точек обзора или интерактивных зон — это напрямую влияет на качество геймплея. В такой ситуации у команды остается два варианта: либо оперативно расширять модульный набор за счёт создания дополнительных ассетов, либо искусственно ограничивать геймплей, адаптируя его под имеющийся набор модулей. Оба варианта ведут к дополнительным затратам ресурсов и могут вызывать задержки в производственном графике.

Эстетические проблемы возникают тогда, когда даже технически собранное модульное окружение оказывается визуально несогласованным или стилистически разрозненным. Такие дефекты часто связаны с недостаточным архитектурным опытом у художников окружения, отсутствием единой стилистики проекта или слабым качественным контролем при разработке ассетов. Чтобы компенсировать визуальные разрывы, командам нередко приходится срочно добавлять дополнительные декоративные элементы — обрамления, декоративные вставки, заглушки и прочие "дополнительные детали". Но производство подобных «косметических» ассетов снова требует времени и ресурсов, тем самым увеличивая общий объём работ.

Отдельным типом вызова становится визуальная повторяемость, неотъемлемо связанная с самой природой модульной архитектуры. Постоянное использование одних и тех же элементов может со временем становиться заметным для игрока. Когда повторяемость выходит за допустимые пределы и начинает бросаться в глаза, возникает эффект «усталости от искусства» (art fatigue): игрок перестает воспринимать окружение как живое и убедительное пространство.

В то же время авторы подчёркивают, что сама по себе повторяемость не является злом. Напротив, в руках опытных художников она может работать как выразительное средство. В архитектуре многократные повторы часто задают ритм, масштаб и характер пространства. Точно так же в игровых окружениях повторяемость может усилить ощущение ритмической структуры, подчеркнуть стилистические особенности игрового мира.

Чтобы контролировать повторяемость и сохранять визуальное разнообразие, разработчики используют целый набор техник:

• варьируют текстуры и материалы ассетов;
• добавляют decals (например, загрязнения, повреждения, граффити, наклейки);
• активно применяют greebles — мелкие объемные декоративные элементы (вентиляционные решетки, кабели, элементы проводки);
• варьируют освещение и затенение пространств;
• меняют ориентацию и расположение ассетов — повороты, зеркальные отражения, вариативные группировки.

Авторы делают важный вывод: успешная работа с модульной архитектурой требует не только технической дисциплины, но и профессионального визуального чутья, архитектурного мышления и постоянного взаимодействия между художниками окружения и левел-дизайнерами на всех этапах работы.

Предлагаемые принципы модульной архитектуры для игрового окружения

В этой ключевой части авторы формулируют системный набор принципов, который, по их мнению, может стать практическим ориентиром для команд, работающих с модульной архитектурой в 3D-играх. Эти принципы основаны на синтезе отраслевых практик геймдева и архитектурных подходов, пришедших из области традиционного строительства.

Система измерений (Measuring convention)

Работа над проектом должна начинаться с выбора единой системы измерений — метрической, имперской или специально адаптированной. Эта система должна быть закреплена на уровне всего проекта и использоваться всеми подразделениями, включая внешние аутсорс-команды. Даже такая, казалось бы, очевидная вещь на практике нередко становится источником ошибок при работе международных студий, если не была чётко зафиксирована с самого начала.

Сетка (Grid)

Единая картезианская сетка — основа модульной архитектуры. Даже если визуально игра создает впечатление сложных форм и изгибов, за кулисами все строится на регулярной сетке. Для более сложных пространств применяются дополнительные техники — например, локальные повороты сетки в пределах движка или декоративные элементы (trims), которые помогают скрывать стыки и неровности.

Размер сетки (Grid size)

Размер базовой ячейки сетки определяется жанром, характером геймплея, положением камеры и тем ощущением пространства, которое требуется создать. Например, шутеры от первого лица или хорроры чаще используют более мелкую сетку, чтобы создавать плотные, замкнутые пространства. В платформерах, напротив, сетка может быть крупнее, обеспечивая свободу движения. В градостроительных симуляторах размер сетки обычно привязан к размерам зданий и ширине дорог. Все размеры ассетов должны быть кратны базовому модулю — так проще собирать уровни и избегать несовпадений при сборке.

Пространство модуля (Grid space)

Любой модульный ассет должен строго укладываться в своё сеточное пространство, не выходя за его пределы. Если какие-то части ассета выступают за границы сетки, это создаёт проблемы при размещении модулей на уровнях и может приводить к визуальным конфликтам.

Pivot point

Позиционирование pivot point у ассетов должно быть единообразным для всей системы. Например, для тайловых модулей pivot часто размещается в нижнем углу; для объектов симметричной формы — по центру основания; для радиальных модулей — в центре вращения.

Система наименований (Naming convention)

Чёткая и продуманная система нейминга критична для больших проектов. Авторы предлагают использовать следующую структуру имени ассета:

StaticMesh_ИмяКита_ТипАссета_Размер_Характеристика_Вариация.

Пример: SM_MdInt_Wll_S_Ofc_DmgTL — «стена небольшого размера из офисного набора с повреждением в левом верхнем углу».

Модульный набор (Modular kit)

Сердро всей системы — модульный набор. Чем тщательнее он продуман на старте, тем меньше дополнительных ассетов потребуется в процессе производства. Для крупных проектов отсутствие чёткой логики модульных наборов приводит к дублированию ассетов, хаосу в библиотеке и росту объёма вспомогательных декоративных ассетов.

Обычно в модульный набор входят:

• стеновые панели (для интерьеров и экстерьеров);
• переходы (двери, арки, окна);
• полы и потолки;
• модули коридоров (зачастую предсобранные объемные элементы);
• trims и декоративные обрамления;
• лестницы, пандусы, лифты и прочие вертикальные переходы.

Дополнительно в состав входят:

• общие элементы, используемые между разными наборами (например, стандартные двери, окна, светильники, дымоходы);
• анимируемые объекты (двери, рычаги, движущиеся механизмы);
• окружение и реквизит для set dressing;
• decals и greebles для локального разнообразия поверхностей.

Типы модульных наборов (Types of modular kits)

Авторы подчеркивают важную стратегию: оптимальнее создавать меньше наборов с большим количеством компонентов, чем множество отдельных мелких наборов. Каждый новый набор требует отдельной логики сборки и сложной проверки. Поэтому разумнее объединять группы похожих пространств в единые универсальные наборы — например, для офисных, торговых и общественных зданий современного города.

Типы модульности (Types of modularity)

Авторы выделяют несколько типов модульности:

• Sectional modularity — базовая укладка модулей по горизонтали и вертикали.
• Component sharing — совместное использование универсальных элементов между разными модулями.
• Component swapping — возможность заменять части внутри одного каркаса для создания вариаций.
• Fabricate-to-fit — использование масштабируемых промежуточных элементов для закрытия нестандартных зазоров.
• Mix modularity — комбинирование разных подмодулей (например, различные верхние и нижние части стен).
• Bus modularity — каркасная структура для крупных объектов (космические станции, корабли, здания в градостроительных симуляторах).

Направление укладки модулей (Tiling direction)

При проектировании необходимо заранее определить, в каком направлении будут укладываться модули: по горизонтали, по вертикали или комбинированно. Это позволяет заранее учесть особенности стыковки углов, торцов и сложных соединений.

Гранулярность и префабы (Level of granularity and prefab)

Чем мельче модули — тем больше гибкость при создании окружений. Но чем выше гранулярность — тем сложнее сборка уровней. Чтобы сбалансировать эти крайности, в крупных проектах широко используется промежуточная сборка через префабы: мелкие модули предварительно собираются в более крупные группы в самом движке, облегчая работу левел-дизайнеров без потери гибкости.

Проектирование и внедрение модульной архитектуры в процессе разработки игр

В этой части авторы показывают, как предложенные ими принципы могут быть встроены в полноценный производственный цикл разработки игр. Они подробно разбирают, каким образом модульная архитектура проходит через разные стадии производства — от планирования до финальной полировки.

Планирование (Planning)

Работа над модульной архитектурой начинается задолго до создания первых ассетов. На этом этапе определяются все ключевые параметры будущей системы. В процесс вовлекаются ведущие специалисты проекта: арт-директор окружения, ведущий левел-дизайнер, продюсер. Иногда к команде приглашаются архитекторы или промышленные дизайнеры, чтобы заранее зафиксировать стилистические и конструктивные особенности пространств.

На этапе планирования принимаются следующие решения:

• выбирается система измерений (метрическая, имперская или собственная);
• фиксируется размер базовой сетки;
• определяется система наименований ассетов;
• формируется предварительный перечень типов модульных наборов;
• выбираются типы модульности, которые будут использоваться (sectional, component swapping, bus modularity и др.).

При этом авторы отдельно подчеркивают: система измерений и размер сетки должны определяться окончательно и не меняться в процессе. В то время как структура наборов и типы модульности могут быть уточнены уже в ходе дальнейшей работы — в том числе в результате первых тестов.

Предпроизводство (Pre-production)

На этапе предпроизводства команда фокусируется на том, чтобы выстроить рабочую логику будущей модульной системы до начала активного производства. Здесь начинается тесное взаимодействие между художниками окружения и левел-дизайнерами. Основным инструментом в этот период становится whiteboxing — черновая сборка пространств с помощью простых геометрических примитивов.

Особенность whiteboxing при модульной архитектуре заключается в том, что команда не собирает конкретные уровни, а создает «вертикальные срезы» типов пространств. Цель — заранее определить все типы помещений, которые будут использоваться в игре, и на основе этого сформировать точный список модульных ассетов.

После этого создаются greybox-прототипы — предварительные ассеты без финальных текстур, но уже с точными размерами, сеткой и корректно установленными pivot point. Greybox позволяет оперативно проверять работоспособность ассетов прямо в игровом движке и быстро вносить изменения в логику наборов.

По завершении этапа предпроизводства команда должна иметь:

• полный список базовых ассетов для каждого набора;
• зафиксированные размеры и характеристики каждого модуля;
• определённую гранулярность ассетов;
• решение о необходимости использования префабов;
• единую логику размещения pivot point;
• стандарты переходов и проемов (дверей, лестниц, укрытий и др.);
• перечень общих компонентов, которые будут использоваться в нескольких наборах.

Ранняя стадия производства (Early production)

На этом этапе создаются базовые версии ассетов, которые начинают заменять greybox-прототипы. Здесь создаются так называемые vanilla-наборы — одна «чистая» версия каждого ассета без дополнительных вариаций. Такой подход позволяет оперативно выявлять проблемы в логике сборки, не затрачивая ресурсы на проработку декоративных вариантов.

Ранняя стадия производства позволяет:

• оперативно обнаруживать недостающие элементы;
• при необходимости объединять или разделять модульные наборы;
• выявлять возможные проблемы в логике сборки уровней.

При этом любые изменения в базовой сетке или системе измерений на этом этапе уже становятся крайне сложными и затратными. Поэтому все ключевые проектные решения должны быть приняты заранее, на этапе планирования и предпроизводства.

Производство (Production)

После финальной верификации базовых наборов начинается основная стадия производства — масштабное создание контента. На этом этапе:

• создаются многочисленные вариации ассетов (повреждения, материалы, стилистические отличия);
• разрабатывается окружение (set dressing) и наполнение пространств;
• расширяются декоративные и вспомогательные ассеты.

По мере накопления вариаций они внедряются в уровни, как вручную, так и с помощью автоматизированных процедур. Авторы отмечают, что в будущем такие процессы всё активнее будут передаваться системам искусственного интеллекта и procedural generation — например, автоматическая расстановка реквизита по описанию помещения.

Любые изменения в логике модульных наборов на стадии основного производства становятся крайне нежелательными, так как требуют сложных переработок всей структуры уровней.

Полировка (Polish)

Заключительный этап фокусируется на визуальной и технической доводке проекта:

• устраняются визуальные дефекты и баги, выявленные в процессе тестирования;
• проводится оптимизация ассетов (LOD-системы, lightmaps, текстурные атласы);
• вносятся точечные правки по итогам QA и внутренних проверок.

Авторы отдельно подчеркивают, что на этом этапе создание новых ассетов должно сводиться к минимуму. Полировка — это стадия стабилизации, а не активного производства.

Таким образом, в этой части статьи авторы подробно описывают, как принципы модульной архитектуры могут быть интегрированы в полный производственный цикл игры — от идеи до финальной сборки уровней.

Заключение

В заключении авторы подводят итоги и формулируют главный вклад своей работы. Они подчеркивают, что предложенные ими принципы призваны закрыть заметный пробел в описании модульной архитектуры для 3D-игровых окружений. Несмотря на широкую практическую распространенность, модульный подход до сих пор оставался недостаточно систематизированным в профессиональной литературе.

Авторы делают акцент на том, что модульная архитектура в играх должна восприниматься не как техническая надстройка, а как полноправная часть визуальной концепции и проектной логики игрового пространства. При этом успешная работа с модульностью требует постоянного тесного взаимодействия двух ключевых подразделений — левел-дизайнеров и художников окружения. Оба направления должны совместно участвовать в планировании и проектировании модульных наборов с самых ранних стадий.

Хотя базовые принципы модульной архитектуры (единая сетка, стандартизированные размеры, логика pivot point) остаются универсальными, конкретная их реализация во многом определяется жанром, механиками и визуальной стилистикой каждой отдельной игры. Авторы приводят в качестве примера серию Assassin’s Creed, где разработчики столкнулись с необходимостью проектировать здания так, чтобы каждый фасад и крыша могли быть использованы для перемещения персонажа, что напрямую влияло на структуру модульных ассетов.

Отдельно авторы акцентируют важное отличие модульной архитектуры от подхода с уникальными hero-ассетами. Модульная система требует гораздо более раннего и глубокого проектирования. Если hero-ассеты можно создавать по мере необходимости, то при модульной сборке основные решения о типах пространств, наборах и логике их сборки должны быть приняты ещё до старта активного производства. Добавление новых типов пространств или наборов на поздних стадиях становится крайне дорогим и сложным.

При этом, если модульная архитектура выстроена грамотно, она позволяет существенно оптимизировать производственный процесс. Даже небольшие команды получают возможность эффективно наполнять большие и сложные игровые миры, рационально распределяя ресурсы. Кроме того, модульная система создаёт потенциал для масштабируемости — например, для интеграции пользовательского контента.

Отдельное внимание в заключении уделяется перспективам автоматизации. Авторы отмечают, что дальнейшее развитие инструментов искусственного интеллекта, procedural generation и ассистирующих систем (например, Promethean AI) постепенно меняет характер производства. Уже сейчас подобные инструменты позволяют автоматически наполнять игровые пространства реквизитом и деталями на основе текстовых описаний. Такие технологии могут в дальнейшем существенно снизить трудозатраты при создании больших и разнообразных игровых миров.

В завершение авторы подчеркивают, что предложенные ими принципы следует воспринимать как гибкую методологическую основу, которая может и должна адаптироваться под специфику каждого проекта. Развитие технологий, инструментов и самих игровых форматов требует, чтобы такие принципы регулярно переосмысливались и дополнялись как в профессиональной практике, так и в исследовательской среде.

--

Источник: Nataska Statham, João Jacob, Mikael Fridenfalk, Game environment art with modular architecture. In: Entertainment Computing, vol. 41, 2022, 100476.
Доступно онлайн: https://doi.org/10.1016/j.entcom.2021.100476