今天來(lái)學(xué)習(xí)下《殺戮地帶-暗影墜落》（以下簡(jiǎn)稱《暗影》）在GDC2014年上的技術(shù)分享氓仲，下面是原文鏈接邮偎。
本文內(nèi)容主要包括《暗影》開(kāi)發(fā)過(guò)程中的重要里程碑夸赫，追尋下一代圖形效果的過(guò)程介紹以及一些塑造了最終效果的一些關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施細(xì)節(jié)介紹：
《暗影》項(xiàng)目開(kāi)始于2011年锭亏，下面是早期規(guī)劃的一些目標(biāo)：
由于《暗影》瞄準(zhǔn)的全新的硬件平臺(tái)，因此項(xiàng)目開(kāi)發(fā)早期充滿著摸索與艱辛：
下面是第一個(gè)demo的效果（提供基礎(chǔ)的游戲交互體驗(yàn)十绑，場(chǎng)景中只包含一些主要元素）：
過(guò)了兩個(gè)月推出第二個(gè)demo酪夷，主區(qū)域基本完好，沒(méi)有添加光照跟特效：
又過(guò)了三個(gè)月孽惰，第三個(gè)demo晚岭，物體表現(xiàn)基本接近最終效果，已經(jīng)添加了主要的特效與光照勋功，還加了反射效果坦报。
第四個(gè)demo，開(kāi)始質(zhì)量上的迭代過(guò)程（第二輪美術(shù)方向迭代）狂鞋，在美化與優(yōu)化之間打轉(zhuǎn)片择。這個(gè)過(guò)程中為了方便直觀看到表現(xiàn)的變化，Guerrilla工作室開(kāi)發(fā)了一個(gè)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)工具骚揍，定時(shí)跑圖并統(tǒng)計(jì)場(chǎng)景中的一些相關(guān)信息（內(nèi)存字管，性能等）。
《暗影》發(fā)布demo信不，添加了體積霧
上面展示的是單個(gè)場(chǎng)景的開(kāi)發(fā)節(jié)點(diǎn)嘲叔，實(shí)際上還有很多其他場(chǎng)景也在同步開(kāi)發(fā)當(dāng)中，下面來(lái)從asset的角度來(lái)對(duì)下一代圖形效果的含義進(jìn)行解釋抽活，這里給出《殺戮地帶2》跟兩部《殺戮地帶3》的尺寸對(duì)比：
Killzone 2 -> Corinth River (1st level)
Killzone 3 -> Pyrrhus Outskirts (2nd level)
Killzone SF -> Pyrrhus Deep (8th level)
場(chǎng)景尺寸上硫戈，《暗影》要比上一代《殺戮地帶3》打上10~100倍。這種急劇擴(kuò)展對(duì)于開(kāi)發(fā)而言帶來(lái)了不少問(wèn)題：
- 原有的引擎不再適用于如此大尺寸的開(kāi)放場(chǎng)景
- 尺寸過(guò)大會(huì)導(dǎo)致浮點(diǎn)精度的問(wèn)題
- 大量的幾何物體與復(fù)雜的光照
- 每個(gè)level section包含一萬(wàn)到兩萬(wàn)五千個(gè)幾何物體實(shí)例下硕，實(shí)例不等于DP
- 200個(gè)靜態(tài)光源與200個(gè)烘焙光源以及其他數(shù)百個(gè)動(dòng)態(tài)光源（粒子丁逝，爆炸，開(kāi)槍火光等）
- 復(fù)雜的模型
- 頂點(diǎn)與像素細(xì)節(jié)豐富程度上升到了4倍
- 每個(gè)角色身上的面片數(shù)大概是4萬(wàn)左右
- 使用的材質(zhì)也變得更為復(fù)雜（占用貼圖數(shù)為6~12張）
為了應(yīng)對(duì)上述轉(zhuǎn)變梭姓，這里就需要一個(gè)專為PS4所開(kāi)發(fā)的第四代引擎霜幼，這個(gè)引擎應(yīng)該要具備如下特征：
下面對(duì)這些特征的具體細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)介紹。
光照開(kāi)發(fā)過(guò)程中學(xué)到的非常重要的一課是誉尖，千萬(wàn)不要對(duì)光照罪既，反射以及半透物件分開(kāi)進(jìn)行處理，跟光照相關(guān)的這些特征與信息實(shí)際上都是相輔相成的，多個(gè)看似獨(dú)立的特征應(yīng)該要具有一致的表現(xiàn)萝衩，否則會(huì)顯得非常的別扭回挽。
這個(gè)圖是《暗影》為材質(zhì)調(diào)優(yōu)而單獨(dú)創(chuàng)建的“Shader Zoo”場(chǎng)景的截圖。
在開(kāi)發(fā)過(guò)程中認(rèn)識(shí)到猩谊，PBR系統(tǒng)實(shí)際上存在不少的局限性千劈，比如，由于菲涅爾效應(yīng)的存在牌捷，會(huì)使得物件變得比較shiny墙牌，然而很多美術(shù)同學(xué)希望在部分材質(zhì)上實(shí)現(xiàn)全diffuse光照效果，或者其他的比如只反射50%光照的需求暗甥，這就需要對(duì)模型進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整喜滨，對(duì)于使用人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。
開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)面光源效果非常好撤防，因此考慮將所有的光源都用面光源來(lái)代替虽风，這種做法還有其他的好處：
- 可以通過(guò)調(diào)高cos指數(shù)的數(shù)值以及強(qiáng)度來(lái)模擬大面積的高光效果
- 可以避免其他光照類型在日夜循環(huán)中的不連貫表現(xiàn)（breaks，斷裂寄月，為什么會(huì)有這種表現(xiàn)辜膝？）
這個(gè)場(chǎng)景中的大部分光照都是來(lái)自于實(shí)時(shí)反射與cubemap。為了保持光照的一致性漾肮，Guerrilla將反光結(jié)果做得跟直接光照結(jié)果高度一致厂抖。下面再來(lái)看下間接光的一些實(shí)施細(xì)節(jié)。
這個(gè)視頻對(duì)比了間接光與lighting only（直接光加間接光）之間的效果差異克懊，可以看到間接光對(duì)于《暗影》有著重要的貢獻(xiàn)忱辅，尤其是在一些HDR管線中，一些較暗場(chǎng)景要想擁有較好的視覺(jué)效果就必須要依賴于間接光谭溉。
Guerrilla此前的項(xiàng)目中墙懂，光照的做法是，對(duì)于動(dòng)態(tài)物件夜只，直接分配一個(gè)probe垒在，而靜態(tài)物件則直接使用lightmap（lightmap難用且存在較大浪費(fèi)，因?yàn)樾枰紤]padding扔亥，UV Shells之間的空白區(qū)域等）
期望結(jié)果是一張干凈整潔的貼圖，而實(shí)際上由于存在著眾多小尺寸貼圖谈为，考慮padding以及貼圖之間的縫隙旅挤，整個(gè)貼圖看起來(lái)非常混亂（對(duì)于計(jì)算機(jī)而言不混亂就行了伞鲫，有什么關(guān)系粘茄？）。
最終Guerrilla決定在《暗影》項(xiàng)目中直接使用light-probe cloud來(lái)對(duì)所有的物體進(jìn)行光照計(jì)算，這樣就不用的單獨(dú)對(duì)動(dòng)態(tài)物件跟靜態(tài)物件進(jìn)行分開(kāi)處理了柒瓣，實(shí)現(xiàn)邏輯是清晰了不少儒搭。light probe是在延遲pass的PS中使用的，最終給出的效果在所有物體上（不論大小動(dòng)靜）都是一致的芙贫。
這里是light-probe的debug view（debug view中沒(méi)有給出AO數(shù)據(jù)）
這里是這套系統(tǒng)的實(shí)施細(xì)節(jié)搂鲫，根據(jù)重要程度不同，light-probe覆蓋的區(qū)域也有所變化磺平。
看下側(cè)視圖魂仍，light-probe一般放置在幾何物體附近的空白區(qū)域。
probe的放置會(huì)按照四面體的方式來(lái)進(jìn)行組織（方便進(jìn)行插值拣挪，可以允許probe放置在任意位置）擦酌，不過(guò)在現(xiàn)在的情況下，系統(tǒng)可能會(huì)生成一些非常長(zhǎng)的四面體菠劝，這就會(huì)導(dǎo)致插值精度的下降赊舶。
這里的解決方案是，在一些找不到第四個(gè)頂點(diǎn)或者第四個(gè)頂點(diǎn)距離較遠(yuǎn)的地方放置一些額外的probe赶诊，這些probe數(shù)量通常比較少笼平，這種做法能夠有效的減輕前面的問(wèn)題，同時(shí)也能夠?yàn)槟切┻h(yuǎn)離了靜態(tài)物體的動(dòng)態(tài)物體提供精度更高的光照信息（因?yàn)橹饕膌ight-probe都是依托靜態(tài)物件放置的）甫何，下面來(lái)看下直觀的效果展示：
一個(gè)靜態(tài)場(chǎng)景內(nèi)部
將之進(jìn)行voxelize
靠墻放置主要的light probes
填充輔助probes出吹，下面看下另外一個(gè)場(chǎng)景的表現(xiàn)：
下面介紹light-probe方案的實(shí)施細(xì)節(jié)，要想在PS中獲取light-probe數(shù)據(jù)進(jìn)行光照計(jì)算辙喂，就需要找到像素所對(duì)應(yīng)的四面體捶牢。這里的做法是，將四面體分割成一個(gè)個(gè)稀疏均勻網(wǎng)格（sparse uniform grid）巍耗，之后再這個(gè)基礎(chǔ)上構(gòu)建一個(gè)BSP樹(shù)秋麸，這樣就可以實(shí)現(xiàn)快速查找了。
開(kāi)發(fā)中發(fā)現(xiàn)四面體可能會(huì)與墻面發(fā)生穿插炬太，從而導(dǎo)致漏光問(wèn)題灸蟆。圖中藍(lán)色的線條表示的是一種解決方案：occlusion split plane（遮擋分割平面）。在需要的時(shí)候存儲(chǔ)遮擋分割平面信息（最多三個(gè)）亲族，通過(guò)對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢來(lái)忽略墻面另一邊的light probe的作用炒考；圖中棕色折線表示的是另一種解決方案：對(duì)于一些復(fù)雜的幾何物體，這里會(huì)需要存儲(chǔ)triangular occlusion shadow maps（每個(gè)四面體最多四個(gè)）霎迫，其基本思想跟shadow map相似斋枢，通過(guò)判斷當(dāng)前像素到probe的距離與shadow map上的數(shù)值來(lái)判斷當(dāng)前像素是否會(huì)受到probe的光照影響。
由于這套系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間過(guò)晚知给，導(dǎo)致并沒(méi)有完全取代原始的lightmap方案瓤帚。目前只用于動(dòng)態(tài)物體上在gameplay區(qū)域之外的地方描姚。
下面看下粒子系統(tǒng)上的光照方案，在粒子系統(tǒng)上施加光照會(huì)使得場(chǎng)景看起來(lái)更為生動(dòng)真實(shí)戈次。
大多數(shù)的項(xiàng)目都沒(méi)有考慮粒子系統(tǒng)的光照問(wèn)題轩勘，而部分項(xiàng)目則是直接在前向渲染中對(duì)粒子系統(tǒng)進(jìn)行光照計(jì)算，但這種做法有不少的問(wèn)題怯邪，其中一個(gè)限制就是由于大量的overdraw绊寻，有限的shadow maps會(huì)使得渲染速度非常慢。
Guerrilla這邊希望粒子系統(tǒng)的光照效果能夠跟環(huán)境實(shí)現(xiàn)良好的匹配擎颖，當(dāng)然榛斯，性能是不可忽略的因素。
《暗影》的粒子光照是按照普通物體相同的延遲渲染方式進(jìn)行計(jì)算的搂捧。這里增加了一張額外的小尺寸G-buffer用于存儲(chǔ)每個(gè)粒子所對(duì)應(yīng)的多個(gè)參考點(diǎn)（reference points）數(shù)據(jù)驮俗，參考點(diǎn)數(shù)目可變，這個(gè)是通過(guò)一個(gè)LOD來(lái)進(jìn)行控制允跑，LOD切換方案由美術(shù)同學(xué)主導(dǎo)王凑，可以用于實(shí)現(xiàn)一套穩(wěn)定的效果表現(xiàn)。由于每個(gè)粒子代表的是一個(gè)volume聋丝，而非一個(gè)面片索烹，因此法線數(shù)據(jù)實(shí)際上應(yīng)該要朝外彎曲。
這個(gè)視頻給出了實(shí)施效果以及對(duì)應(yīng)的G-buffer數(shù)據(jù)變化弱睦，每級(jí)LOD中的8x8或者4x4點(diǎn)數(shù)據(jù)會(huì)在內(nèi)存中緊挨著存放（方便cache百姓？）。
延遲粒子光照是集成到普通光照pass中的况木，在on-screen light之后計(jì)算垒拢，還可以對(duì)shadow map數(shù)據(jù)進(jìn)行重用。
霧氣或者灰塵在平時(shí)渲染的時(shí)候效果不是很明顯火惊，看起來(lái)就像是透明的一樣求类，但是在強(qiáng)光作用下的可見(jiàn)性就會(huì)變化非常顯著。
粒子系統(tǒng)光照計(jì)算框架沒(méi)什么特別的，跟其他物體的光照計(jì)算一致，這就避免了單獨(dú)一套處理邏輯而導(dǎo)致的效果不一致問(wèn)題仿畸，方便擴(kuò)展。缺點(diǎn)就在于G-buffer尺寸限制了所能支持的粒子的數(shù)目寿弱，在粒子間進(jìn)行光照插值可能會(huì)存在較為明顯的痕跡。
給出帶光照與不帶光照粒子系統(tǒng)的效果對(duì)比按灶，粒子系統(tǒng)上的柔軟光照還能模擬一種散射效果脖捻。接下來(lái)看看陰影優(yōu)化相關(guān)的內(nèi)容：
導(dǎo)致陰影渲染高消耗的原因有很多，除了下面列舉的這些之外：陰影渲染時(shí)需要對(duì)很多細(xì)小物件進(jìn)行渲染兆衅，以及當(dāng)光照方向跟地平線夾角很小時(shí)，會(huì)導(dǎo)致每個(gè)cascade都塞滿了物件——這兩個(gè)也是重要的原因：
下面先給出局部光源的優(yōu)化方案：
對(duì)于靜態(tài)物體跟靜態(tài)光照而言，這里的做法是在離線的時(shí)候創(chuàng)建shadow proxy羡亩，之后運(yùn)行時(shí)使用proxy來(lái)替代物體進(jìn)行shadow map渲染摩疑。
為了提升shadow 渲染的效率，這里還會(huì)通過(guò)減面方法（light volume剔除畏铆，back face剔除雷袋，遮擋剔除等）移除那些不可能產(chǎn)生陰影的面片，大概能做到60~80%的優(yōu)化力度（猜測(cè)這個(gè)方法就是用來(lái)進(jìn)行proxy創(chuàng)建的）辞居。
為了節(jié)省Draw Call楷怒，這里應(yīng)該是通過(guò)某種合批渲染方法，將對(duì)應(yīng)于同一個(gè)light的所有物件一次性繪制了瓦灶。
動(dòng)態(tài)物件會(huì)在靜態(tài)物件shadow map的基礎(chǔ)上進(jìn)行渲染鸠删。
上面兩圖分別是為spot light制作的proxy的過(guò)程說(shuō)明，前者是原始模型贼陶，后者是優(yōu)化后的proxy模型刃泡。
由于太陽(yáng)光覆蓋面積大，覆蓋物件多碉怔，因此此前對(duì)局部光源的優(yōu)化方法不能直接用在太陽(yáng)光上烘贴。這里采用的是一種混合優(yōu)化方法：
- 烘焙陰影貼圖
- Proxy delta mesh（含義暫時(shí)不明，推測(cè)跟前面局部光源的shadow proxy類似）
這里給了個(gè)視頻展示撮胧，分別介紹了太陽(yáng)光陰影的實(shí)現(xiàn)方案的各個(gè)部分：
- 使用小尺寸的shadow map來(lái)對(duì)整個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行覆蓋桨踪，這個(gè)shadow map渲染時(shí)的分辨率為16k x 16k，不過(guò)后面會(huì)降分辨率輸出（降低存儲(chǔ)空間芹啥，內(nèi)存锻离，同時(shí)得到軟影效果），shadow map主要用于捕獲大尺寸細(xì)節(jié)
- Signed Distance Field（SDF叁征，存儲(chǔ)每個(gè)點(diǎn)到最近的陰影邊緣的距離）用于維持陰影邊緣細(xì)節(jié)
- 跟局部光源一樣的Shadows Proxy Mesh纳账，不過(guò)這里的Mesh只包含陰影貼圖中所忽略的面片數(shù)據(jù)（陰影貼圖忽略了哪些面片？）
這里給出了這個(gè)方案的一些優(yōu)劣對(duì)比捺疼，實(shí)踐證明疏虫，單獨(dú)使用shadow map跟SDF的效果就已經(jīng)足夠好了，而在后面兩個(gè)cascade中甚至只需要shadow map就已經(jīng)足夠啤呼。
下面看下體積光的實(shí)現(xiàn)方案卧秘，先來(lái)看一個(gè)視頻：
因?yàn)轶w積光對(duì)于《暗影》效果的影響非常顯著，因此這里基本上所有的光源都會(huì)支持體積光官扣〕岬校基本上所有的光源類型都會(huì)支持ray march方法，通過(guò)調(diào)整參數(shù)可以很好的實(shí)現(xiàn)消耗與質(zhì)量之間的平衡惕蹄。
這個(gè)算法是按照類似于延遲光照的方式執(zhí)行的蚯涮，在屏幕空間完成某個(gè)光源的光照計(jì)算之后治专，使用ray marching shader在對(duì)這個(gè)光源的體積光shading進(jìn)行計(jì)算，將結(jié)果存儲(chǔ)到volumetric buffer中遭顶。
為了降低消耗张峰，體積光渲染是在半分辨率buffer中計(jì)算的，且劃定了marching范圍棒旗，并不會(huì)對(duì)ray上的所有點(diǎn)進(jìn)行采樣喘批。
這里有一個(gè)實(shí)現(xiàn)上的技巧，即ray marching的step尺寸是不固定的铣揉，而是按照一個(gè)隨機(jī)算法生成的饶深，這種做法有如下的好處：
- 感知上的質(zhì)量會(huì)更高
- 加上雙邊模糊之后可以移除dither pattern（抖動(dòng)紋樣）
這種做法有點(diǎn)類似于PCF中的隨機(jī)采樣點(diǎn)，如上圖所示逛拱，同樣的采樣點(diǎn)數(shù)敌厘，將采樣點(diǎn)打散看起來(lái)有助于增加每條射線上的采樣點(diǎn)數(shù)目。
這里給出了不同處理方案的效果對(duì)比橘券，可以看到通過(guò)一系列的手段额湘，可以使用8步采樣達(dá)到近似128步采樣的效果。
單純的體積光效果會(huì)比較單調(diào)旁舰，《暗影》這邊決定通過(guò)粒子系統(tǒng)來(lái)為之進(jìn)行增色锋华。粒子系統(tǒng)完全由美術(shù)同學(xué)把控，且能夠跟物理箭窜，角色移動(dòng)以及風(fēng)力等產(chǎn)生交互毯焕。
其實(shí)現(xiàn)方式為，將粒子系統(tǒng)渲染到一個(gè)3D的Scattering Amount Buffer中磺樱，這個(gè)Buffer是在相機(jī)空間中定義的纳猫，平面分辨率為屏幕分辨率的1/8，深度采用16個(gè)切片來(lái)實(shí)現(xiàn)竹捉。這個(gè)Buffer中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在raymarch的時(shí)候會(huì)對(duì)采樣點(diǎn)的volumetric強(qiáng)度進(jìn)行影響芜辕。
這里來(lái)看下這個(gè)buffer的直觀展示效果。
這里給出了添加了粒子系統(tǒng)（右邊）跟沒(méi)有添加粒子系統(tǒng)（左邊）的效果對(duì)比块差，影響還是很卓著的侵续。
不過(guò)將體積光跟其他的半透效果組合起來(lái)其實(shí)還挺艱難的，需要考慮到單獨(dú)的buffer（不知道說(shuō)的是不是前面的Scattering Amount Buffer還是其他的buffer）憨闰，且沒(méi)有可以比對(duì)的depth數(shù)據(jù)等（比如上圖就是depth問(wèn)題導(dǎo)致的效果異常）状蜗。
這里的效果問(wèn)題也是因?yàn)樯疃仍驅(qū)е隆?/p>
在實(shí)際開(kāi)發(fā)中發(fā)現(xiàn)，使用2D的體積光強(qiáng)度buffer跟透明物件很難匹配起來(lái)鹉动，這也是前面放出的兩個(gè)效果異常的原因轧坎。因此這里的做法是仿照Scattering Amount Buffer，直接使用3D的體積光強(qiáng)度Buffer來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)泽示，不過(guò)這里的平面分辨率是屏幕分辨率的一半缸血，里面存儲(chǔ)的是raymarching的結(jié)果蜜氨，每次執(zhí)行一個(gè)step的raymarching，都會(huì)將結(jié)果存儲(chǔ)到這個(gè)buffer中對(duì)應(yīng)的depth切片上属百，到后面渲染透明物件（比如煙霧）的時(shí)候记劝，就可以通過(guò)查詢這個(gè)buffer獲取到從相機(jī)到這個(gè)透明物體上位置之間有多少可見(jiàn)的volumetrics，之后將這個(gè)結(jié)果添加到透明物體顏色上族扰，效果上看起來(lái)就像是透明物體實(shí)際上是位于體積效果之后一樣。
詳情參考GPU Pro5中的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)定欧。
當(dāng)前的渲染方法其實(shí)還是比較粗糙的渔呵，每幀需要花費(fèi)大量的時(shí)間來(lái)對(duì)反射、體積效果進(jìn)行繪制砍鸠，用完就扔了扩氢，等到下一幀又從頭開(kāi)始渲染。這里給出的一個(gè)新的想法是使用Reprojection來(lái)提升渲染速度或者渲染質(zhì)量爷辱。
Reprojection的基本思想是录豺，連續(xù)多幀渲染結(jié)果是非常相似的，因此可以考慮在當(dāng)前渲染幀對(duì)前面渲染幀的結(jié)果進(jìn)行重用饭弓。
《暗影》這邊對(duì)Reprojection的期望是用之來(lái)提升渲染質(zhì)量（就像是TAA一樣）双饥，從而在較少的采樣點(diǎn)的情況下得到較高的渲染質(zhì)量。
對(duì)上一幀數(shù)據(jù)重用需要進(jìn)行篩選弟断，避免Reprojection到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)上：
- 需要根據(jù)顏色與深度相似性來(lái)判定
- 并根據(jù)相似性來(lái)對(duì)兩幀的結(jié)果進(jìn)行混合
具體實(shí)現(xiàn)上還有一個(gè)小竅門(mén)咏花，那就是每一幀會(huì)來(lái)回切換一套step offset（一共兩套），這樣做的好處就是看起來(lái)像是增加了采樣點(diǎn)的數(shù)目阀趴。
這里給出的是使用4個(gè)采樣點(diǎn)來(lái)進(jìn)行raymarching的結(jié)果昏翰，通過(guò)Reprojection處理之后，噪聲得到了大大的降低刘急。
除了對(duì)體積光效果起到質(zhì)量?jī)?yōu)化之外棚菊，對(duì)于其他的后處理（這些后處理通常是在低分辨率下渲染的，如Bloom叔汁，SSAO统求，Godrays，Exposure measurement（這個(gè)是啥））的質(zhì)量也有一定程度的提升（移動(dòng)更為平滑）攻柠。
這里給出了Bloom跟AO的優(yōu)化結(jié)果對(duì)比球订。
灰塵跟雨效是通過(guò)粒子系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在normal pass渲染完成后瑰钮，通過(guò)后處理的方式添加到G-buffer的冒滩。其實(shí)施效果能夠跟腳步或者槍擊產(chǎn)生交互。為了將雨點(diǎn)限制在戶外浪谴，會(huì)通過(guò)一張類似于shadow map的從上到下的貼圖來(lái)進(jìn)行判斷开睡，實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)可以參考這篇文章因苹。
這里給出了灰塵交互的實(shí)施效果，在后處理渲染中篇恒，會(huì)使用user channel來(lái)對(duì)貼花decal周邊的灰塵進(jìn)行擦除扶檐。
雨效主要通過(guò)對(duì)specular進(jìn)行修改來(lái)實(shí)現(xiàn)，注意查看albedo的亮度會(huì)被稍微減弱（PBR胁艰，能量守恒）
雨滴位置是通過(guò)一張3D texture來(lái)給出的款筑。這個(gè)貼圖中的每張depth切片表示的是不同階段的雨效——從清晰的強(qiáng)雨到表示逐漸淡出雨效的較為模糊的圓點(diǎn)。
下面來(lái)看一下《暗影》的反射效果實(shí)現(xiàn)方案腾么。
《暗影》反射系統(tǒng)由三個(gè)組件組成奈梳，按照下面順序逐次取用數(shù)據(jù)，當(dāng)上一級(jí)獲取數(shù)據(jù)失敗時(shí)解虱，就會(huì)自動(dòng)fallback到下一級(jí)：
- 實(shí)時(shí)Raytrace反射系統(tǒng)
- 用于表示位于不同距離的動(dòng)態(tài)物件的反射
- 局部靜態(tài)cubemap反射
- 用于表示局部反射
- 靜態(tài)背景cubemap反射
- 用于表現(xiàn)遠(yuǎn)景的反射
這里給出的是靜態(tài)局部cubemap的反射效果攘须。為了優(yōu)化性能，這里使用了tiled renderer殴泰，每個(gè)tile會(huì)提取出影響到這個(gè)tile的所有cubemap list于宙，之后在渲染的時(shí)候就可以忽略那些無(wú)干涉的cubemaps了。
每個(gè)局部cubemap對(duì)應(yīng)于一個(gè)zone悍汛，這個(gè)是由美術(shù)同學(xué)手動(dòng)擺放的捞魁。整個(gè)渲染流程包含兩個(gè)pass，每個(gè)section大概需要花費(fèi)一個(gè)小時(shí)（離線進(jìn)行）：
- 關(guān)閉反射员凝，normal render pass（作為下一輪繪制的輸入貼圖）
- 開(kāi)啟反射署驻，進(jìn)行第二輪render
這里還會(huì)通過(guò)mipmap filtering來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)BRDF specular cone的模擬，詳情參考Siggraph 2012年的 Local Image-based Lighting With Parallax-corrected Cubemap 文章健霹。
反射的光澤計(jì)算與兩個(gè)因素有關(guān)：
- 表面粗糙度旺上，參考上圖中的左邊跟中間的小圖，可以看到糖埋，這個(gè)因素會(huì)影響到反射椎體的aperture（孔洞）
- 反射射線的長(zhǎng)度：長(zhǎng)度越長(zhǎng)宣吱，椎體最終的半徑越大。
最終輸出的光澤度會(huì)用于計(jì)算cubemap的mip層級(jí)瞳别。
實(shí)時(shí)反射渲染使用的是屏幕空間的算法（其實(shí)就是屏幕空間反射征候，SSR）∷盍玻總共可以分為三個(gè)階段：
- 對(duì)需要反射的像素進(jìn)行raytracing疤坝，在屏幕空間貼圖中找到對(duì)應(yīng)的反射color
- 對(duì)反射結(jié)果進(jìn)行filtering跟reprojection處理，用于計(jì)算光澤馆铁，并遮蓋錯(cuò)誤跟孔洞
- 將實(shí)時(shí)反射結(jié)果跟cubemap相結(jié)合跑揉，用于處理那些實(shí)時(shí)反射缺失的部分
實(shí)時(shí)反射輸出貼圖采用的是半分辨率，實(shí)施上有如下細(xì)節(jié)可供參考：
- 每個(gè)反射貼圖上的像素對(duì)應(yīng)于2x2個(gè)屏幕空間像素，每幀都會(huì)從這四個(gè)像素中取用不同的位置的像素
- 經(jīng)過(guò)4幀之后正好完全覆蓋全分辨率屏幕貼圖
這里給出最終的效果展示历谍，忽略由于水面動(dòng)畫(huà)導(dǎo)致的高光閃爍现拒。
這里給出Raytracing實(shí)現(xiàn)平面反射的細(xì)節(jié)：
- 根據(jù)反射向量的方向在屏幕空間按照常量step（step尺寸受表面粗糙度以及反射方向影響）進(jìn)行raymarching
- 同時(shí)，為了避免出現(xiàn)大面積區(qū)域獲取不到反射信息的情況望侈，還特意增加了一層處理印蔬，即允許射線從部分物件（比如武器）下方穿過(guò)
- 為了提升表現(xiàn)的穩(wěn)定性，這里會(huì)在raymarching的時(shí)候選取最近的兩個(gè)點(diǎn)脱衙，并在其中進(jìn)行插值
- 提升穩(wěn)定性的另一個(gè)策略侥猬，就是利用上一幀的數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)本幀反射結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充
接下來(lái)，從ray-trace的輸出結(jié)果中生成mipmap chain岂丘，生成的過(guò)程會(huì)采樣跟前面cubemap一樣的filtering策略以實(shí)現(xiàn)對(duì)BRDF的逼近與模擬陵究。為了提升準(zhǔn)確率，這里還會(huì)使用mask來(lái)對(duì)那些空缺的像素進(jìn)行屏蔽奥帘，避免mipmap輸出錯(cuò)誤結(jié)果。
之后構(gòu)建對(duì)應(yīng)的反射buffer仪召，在使用的時(shí)候寨蹋，會(huì)需要根據(jù)gloss來(lái)計(jì)算mipmap層級(jí)。
為了提升反射結(jié)果的穩(wěn)定性扔茅，前面說(shuō)到已旧，會(huì)使用上一幀的結(jié)果通過(guò)Reprojection來(lái)對(duì)本幀的反射結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程跟TAA類似：
- 選取的結(jié)果會(huì)根據(jù)顏色是否相近來(lái)進(jìn)行剔除
- 比對(duì)時(shí)會(huì)考慮本幀反射結(jié)果周邊像素的顏色范圍
- 詳情參考Siggraph上的文章：‘Real-Time Global Illumination and Reflections in Dust 514’ - Hugh Malan
ray-trace反射buffer生成之后召娜，可能還依然存在部分漏洞运褪，之后就是通過(guò)前面提到的cubemap來(lái)對(duì)這些漏洞進(jìn)行填充。
下面來(lái)介紹下《暗影》中的抗鋸齒技術(shù)方案玖瘸。
第一套方案框架是以MSAA為基礎(chǔ)秸讹，在上面添加了TAA Reprojection。
第二套方案則是TAA+FXAA雅倒，其穩(wěn)定性要優(yōu)于第一套方案璃诀。TAA會(huì)將多幀結(jié)果填充到history buffer中（大概16幀），填充的時(shí)候會(huì)根據(jù)顏色是否相近進(jìn)行剔除蔑匣。在開(kāi)發(fā)的時(shí)候還嘗試過(guò)使用subpixel抖動(dòng)來(lái)獲取更多的采樣點(diǎn)劣欢，不過(guò)后面發(fā)現(xiàn)結(jié)果不太穩(wěn)定就舍棄了。
這套方案存在的一個(gè)問(wèn)題是裁良，即隨著不斷的累加凿将，數(shù)值會(huì)發(fā)生空間上的傳播，從而導(dǎo)致最終的結(jié)果顯得有點(diǎn)模糊价脾，而這個(gè)現(xiàn)象是MSAA所看不到的牧抵。
這里給出的解決方案是通過(guò)反復(fù)的補(bǔ)償與修正方法來(lái)消除，基本思路如圖所示：
- 將history buffer Reprojection到本幀上
- 之后再將結(jié)果Reprojection回上一幀
- 最終history pixel reprojection的結(jié)果就等于二者的加權(quán)平均彼棍。
詳情參考：‘An Unconditionally Stable MacCormack Method’
效果對(duì)比灭忠。
下面來(lái)介紹下場(chǎng)景中多個(gè)角色的渲染方案膳算。
單個(gè)玩家，1080P弛作，目標(biāo)是30FPS涕蜂。多個(gè)玩家，1080P映琳，60FPS（因?yàn)閱瓮婕一叮恍枰@么快的響應(yīng)，而多玩家如果響應(yīng)慢了萨西，可能會(huì)被玩家慢）有鹿。項(xiàng)目組不希望降低顯示質(zhì)量，怎么辦呢谎脯，又沒(méi)有時(shí)間對(duì)assets進(jìn)行優(yōu)化葱跋，只能通過(guò)一些技術(shù)手段來(lái)完成。
這里依然準(zhǔn)備借助reprojection來(lái)實(shí)現(xiàn)：將縱向分辨率降低一半源梭，奇偶幀交替渲染一半像素娱俺，之后通過(guò)reprojection來(lái)模擬出全分辨率效果。從結(jié)果上來(lái)看废麻，很難分辨出來(lái)質(zhì)量有下降荠卷，但是性能上確有80%的提升。
為了保證質(zhì)量足夠高烛愧，這里一共緩存了兩幀數(shù)據(jù)油宜，reprojection依然需要驗(yàn)證顏色一致性。
在實(shí)際計(jì)算的時(shí)候有兩種情況怜姿，第一種情況當(dāng)前幀渲染結(jié)果可用慎冤，那么此時(shí)就直接使用這個(gè)結(jié)果；第二種情況是當(dāng)前幀渲染結(jié)果不可用社牲，那么就需要通過(guò)reprojection來(lái)計(jì)算得到粪薛。
這里reprojection是針對(duì)當(dāng)前第N幀跟N-2幀的，通過(guò)比對(duì)顏色相似性搏恤，決定結(jié)果是否可用违寿。而如果兩者結(jié)果很相似，那么N-1幀結(jié)果大概率是可用的（為什么這么復(fù)雜）
在使用的時(shí)候熟空，會(huì)在內(nèi)存中保存下全分辨率的history buffer以提升reprojection的穩(wěn)定性藤巢，reprojection需要保證結(jié)果的可靠性（即只有結(jié)果可靠才會(huì)采用，那么不可靠的時(shí)候怎么辦呢息罗，直接從相鄰像素插值得到掂咒？）：
- 移動(dòng)是穩(wěn)定的可預(yù)測(cè)的
- 顏色相似度要夠高
SP-Single Player，MP - MultiPlayer。
下面介紹bounus slide上的一些技術(shù)绍刮。
力場(chǎng)的模擬采用的是美術(shù)同學(xué)驅(qū)動(dòng)的基本框架温圆，這樣在效果上的表現(xiàn)力會(huì)更強(qiáng)一點(diǎn)。
影響面片的因素包括如下幾個(gè)方面：
- 風(fēng)力
- 爆炸
- 渦流
這些因素的影響方式有如下幾種：
- 靜態(tài)放置在場(chǎng)景中
- 附加到角色或者其他道具上
力場(chǎng)影響的asset包括布料孩革，粒子系統(tǒng)以及shader實(shí)現(xiàn)岁歉。。
早期的力場(chǎng)系統(tǒng)是直接集成在植被上（采用的是Position Based Dynamics方法）膝蜈，這些效果包括植被搖動(dòng)以及掉落物體對(duì)粒子的推動(dòng)效果等锅移。
最終的力場(chǎng)方案實(shí)際上依賴的就是大量的計(jì)算：每幀大概需要對(duì)6萬(wàn)個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。
這里又兩種查詢（Query）饱搏，顯式（explicit）以及隱式（implicit）非剃。
顯式查詢用于返回給定點(diǎn)的力場(chǎng)結(jié)果，多用于布料或者粒子模擬推沸。
隱式查詢針對(duì)的則是緩存在角色周邊網(wǎng)格中的力場(chǎng)备绽。網(wǎng)格有多重規(guī)格，數(shù)據(jù)可以直接在shader中獲取鬓催，多用于樹(shù)葉水面等系統(tǒng)疯坤。
這里給出一個(gè)力場(chǎng)cascade的可視化展示。
這里還用力場(chǎng)來(lái)對(duì)背景人群進(jìn)行驅(qū)動(dòng)深浮，這些人群都是適用sprite制作的。
《killzone 3》使用的是根據(jù)boundingbox進(jìn)行的貼圖streaming眠冈，不過(guò)對(duì)于建筑內(nèi)部沒(méi)啥用飞苇。
