Realistisch water renderen is nog steeds de heilige graal van gamegraphics

​Toen Sony in 2005 de PlayStation 3 presenteerde tijdens een presentatie op E3, kwamen de standaardbeelden van Space marines, explosies en rondvliegend puin voorbij. Maar één van de meest memorabele demo's ging helemaal niet over geweld, maar over iets veel indrukwekkenders: een rubber eendje.

"Hier zie je mijn badeendje, volledig gerenderd in realtime," zei Phil Harrison, destijds de vice-president van Sony Computer Entertainment Europe. "We hebben de mogelijkheid om het water zeer gedetailleerd te renderen. Je ziet hoe ik het eendje op en neer laat springen, en hoe de reactie van de vloeistof op dit fantastische HD scherm gerenderd wordt."

Terwijl Harrison sprak tufte het eendje vrolijk rondjes door de badkuip, met een spoor van boeggolfjes die zachtjes tegen de randen klotsten als het rubberen beestje voorbij kwam. Ter amusement van het publiek kieperde hij er nog een klein honderdtal extra eendjes bij, maar dat publiek werd pas echt enthousiast toen twee glazen op het scherm water heen en weer begonnen te gieten.

Als gamemakers je echt willen imponeren gebruiken ze geen draken of enorme insecten. Mythische wezens hoeven zichzelf niet te bewijzen. Het echte spektakel in video games is realisme. Water in rivieren, plassen, badkuipen en oceanen wordt daarbij zo vaak boven tafel gehaald dat het bijna een cliché wordt.

Het is waarschijnlijk geen toeval dat Nintendo's spetterende jetskiserie Wave Race 64 een maand na de lancering van de Nintendo 64 uitkwam. Ook de opvolger, Blue Storm, kwam op dezelfde dag uit als de GameCube. Het is dan ook niet verbazend dat Crytek's eerste spellen, Far Cry en Crysis, zich op tropische eilanden met veel stranden afspelen. Omdat water zo moeilijk te simuleren is, is zo veel mogelijk water in je game verwerken een goede manier om te laten zien wat je kan.

"We gebruiken vaak water in demo's omdat het veel rekenkracht vereist, maar ook altijd mooi is om te zien," zegt Miles Macklin, een programmeur van NVIDIA in het PhysX team, dat zich bezighoudt met de 'natuurwetten' in games.

"De reden waarom we vloeistof zo boeiend vinden, is omdat het op veel verschillende manieren complex is. Grote spiralen ontrollen zich tot kleinere spiralen, of een grote bak water die zich in kleinere druppels opdeelt, ga zo maar door. Het is moeilijk om deze effecten levensecht te simuleren, maar als het lukt is het visueel bijzonder aantrekkelijk," zei Macklin.

Het is niet zo dat we andere grafische nuances in de natuur niet waarderen. De neervallende sneeuw in Killzone 3, of het zand van de duinen in Journey is prachtig, maar geen van beide effecten is in zulke grote mate aanwezig in onze wereld als water: 71 procent van de wereld is bedekt met water. Daarom is het misschien niet zo verbazingwekkend dat het zo veel gebruikt wordt.

Uncharted ontwikkelde zelfs een rendering engine die speciaal toegespitst was op natte effecten, een engine waar de ontwikkelaars van Naughty Dog erg trots op waren. "Ons model gebruikt dezelfde reflectie- en brekingstechnieken als andere spellen, maar modelleert tegelijkertijd ook alle waterstromen," schreven Neil Druckmann en Richard Lemarchand voor Gamasutra. "Kleur wordt niet door textuur berekend maar door optische en fysieke principes, onder andere gebaseerd op de diepte van het water. Hierdoor krijgt het water een erg realistisch aangezicht. De toevoeging van schuim, bellen, en kolken hielp ons om het water uiteindelijk te verkopen. Al met al zijn we blij dat we de lat in graphics iets hoger hebben kunnen leggen."

Toen Uncharted uitkwam voelde het inderdaad alsof de overstromende kamers, mistige watervallen en klamme shirts van Nathan Drake de meest besproken aspecten waren van de van PlayStation's blockbuster.

Zelfs met de moderne processorkracht is geloofwaardig water maken nog een stukje moeilijker dan de kraan openzetten. De insiders van de industrie weten dat het frustrerend is om water te programmeren. Het bubbelt, het spat en het vult alles waar het in gegoten wordt. Het regent, het doordrenkt en het heeft volume. Het laatste is volgens Macklin de grootste uitdaging.

"De grootste uitdaging met water is de uiteindelijke uitvoering," zei Macklin. "Er zijn goede algoritmes die bekend staan om het feit dat ze goed water kunnen simuleren, het ding is alleen dat ze vaak te langzaam zijn voor een realtime simulatie. Het grootste verlies wordt dan geleden bij het behoud van massa. Dit is een fundamentele eigenschap van water, als dit niet gebeurt dan kan het soms lijken alsof er willekeurig water verdwijnt."

Het is moeilijk om in te schatten hoe lang de race om realistische golven nog blijft doorgaan. Het doel van games lijkt te verschuiven, niet alleen realisme maar vooral gameplay, originaliteit en atrmosfeer winnen terrein. Als er vandaag de dag trailers of demo's uitkomen dan komen er vaak lauwe en skeptische reacties; Hydrophobia probeerde bijvoorbeeld indruk te maken met water-renderingstechnieken maar faalde jammerlijk in de gameplay.

Macklin stelt bijvoorbeeld dat de golven van Assassin's Creed IV: Black Flag of de tropische zee van Far Cry's te zwaar gestileerd zijn. Voor hem waren de oceanen van The Legend of Zelda: Wind Waker de meest memorabele simulatie. De GameCube van 2002 was misschien tekenfilm-achtig, maar het gaf veel visuele cues die het gevoel van een echte ervaring op de oceaan versterkten.

Het zal naar alle waarschijnlijkheid moeilijk blijven om realistisch water te simuleren. Het is een vergelijkbaar probleem als de ongemakkelijke en ongeloofwaardige gezichten van game karakters: als er iets niet helemaal klopt dan merken we dat vaak meteen.