打造3A級遊戲渲染方案

近期，Unity在北京、成都、深圳分別舉辦了三場製作人專場活動，搭建優秀遊戲製作人與Unity官方面對面交流的橋樑，內容涵蓋專案優化、技術美術與解決方案等多個方面。

本文為大家帶來的是Unity技術美術總監林宇的演講-《打造3A級遊戲渲染方案》。你可以點選［閱讀原文］下載本次演講的PPT。

下面是本次演講視訊。


演講內容

大家好，我是林宇，來自香港，現在上海工作，擔任Unity技術美術總監。


今天我將介紹渲染的趨勢，未來可以運用的一些新技術，以及Unity為企業級客戶提供的一些服務。

本次演講的內容主要針對高階一點的渲染方案。一談到渲染方案，大家就會想到：畫面渲染一定要很棒。


首先我不能不提最基礎的內容－物理渲染管線，我瞭解很多客戶團隊，他們現在使用的不是物理渲染管線，很多時候後期達不到Unity一直在推薦的PBR效果質量。

從2017年開始，Unity中引入了可程式設計渲染管線SRP。其中有兩種渲染管線：高清晰渲染管線HDRP和輕量級渲染管線LWRP，也就是現在的通用渲染管線Universal Render Pipeline，簡稱URP。

為什麼要輕量級渲染管線LWRP改名為通用渲染管線URP呢？

當時用“輕量級”這個名字的時候，有一些客戶誤會成只要用了這個管線，功能和效能就自然提高了。由於這個誤解，我們便將名字修改了。

通用渲染管線URP是指可以針對任何平臺釋出，但是高清晰渲染管線HDRP只針對高階的效能的平臺。

高清晰渲染管線HDRP還支援實時光線追蹤。現在大家可能應用實時光線追蹤還很遙遠，但是也許不到一年以後多硬體都會支援RayTracing加速渲染，這會在未來非常普及。


現在不少專案在建模的時候還是使用比較傳統的方式，但如果要程式化這種後期編輯的話，就要用到新的Houdini技術。



現在很多公司還是自己畫貼圖，或者上網下載一些圖片，很多時候，不能符合PBR的材質標準，經常會出現最後渲染差錯。建議大家參考《閃耀暖暖》的製作流程，如果你們還沒有這種使用Substance貼圖製作流程，請儘快學習使用。


下面是大家非常熟悉的Unity的《ADAM》專案，已經在使用這種流程。


下面我將介紹可程式設計渲染管線SRP，包括高清晰渲染管線HDRP和通用渲染管線URP。

現在URP已是一個很穩定的版本，技術方面，跟以前的PBR差別不是很大，但是更優化了和支援多光源，效能上提升了很多，做到只需要使用一個PASS渲染。


下面是大家都看過的《異教徒》，畫面效果已經達到影視級的渲染效果。這就是高清晰渲染管線HDRP的效果，它強調非常準確的物理渲染。


可程式設計渲染管線SRP中有一個很好用工具－Shader Graph著色器檢視。它可以幫助開發者、美術人員等進行視覺化的著色器構建。不必手工編寫程式碼，只要在一個圖形網路中建立並連線節點，就可以設計和除錯著色器，並且每一步都可預覽。

可能以前寫Shader程式碼的人還不太習慣用它，還是習慣寫程式碼，但是慢慢都要改變，因為美術人員看不懂程式碼。有了Shader Graph以後，美術人員可以維護或者修改一些Shader，這就多了一種選擇。


高清晰渲染管線HDRP支援不同的光照模型，其中一項就是SSS，懂美術的人都知道，就是透光的效果。

大家可以觀察下圖角色的耳朵，後面有燈光，所以會透紅，這是非常準確的物理現象。


高清晰渲染管線HDRP支援Specular Occlusion（SO）, AO大家都知道，是環境光的遮擋。對反光來說有的時候會有漏光現象，如果只用AO遮擋反光的話還不夠，但是幫助還是有一點。

真正採用SO可以計算到哪一個Polygon面採不到環境高光，BendNormal可以計算反射角度，如果這個角度有遮擋的話，光照的方向就會偏移一點。


下面介紹一下實時光線追蹤。為什麼說實時光線追蹤技術是未來的發展趨勢呢？

大家知道現在只有NVIDIA RTX 2000系列顯示卡才有實時光追加速器，但許多廠商也開始相繼研發，例如：華為正在研發實時光線追蹤加速器，現在這種功能晶片已經計劃逐步在移動平臺上釋出，另外Imagination公司的顯示器晶片也已經有了光線追蹤加速的功能。


實時光線追蹤可以達到一個非常好的陰影效果，解決了之前提到的漏光問題，實現了高光的遮擋功能和透明的物理折射。如果要很多層透明的話也可以實現，但是需要設定更多的Bounce count值。



如下圖所示，在陰影方面，最左邊的用簡單一般Shadow Map，右邊是使用實時光線追蹤的比較。我們可以看見右邊的樹下面陰影比較硬，遠處樹葉比較軟，比較散一點更自然效果。

在Directional light裡可改Angular Diameter角度，可以打散一些比較遠的距離陰影，可以起到朦朧的陰影效果。


實時光線追蹤是在每一個螢幕空間裡面，從對每一個畫素採一個點去追光。如果你使用RTX顯示卡的話，就可以很好的支援這個功能，未來PlayStation 5也會支援實時光線追蹤。

透明這塊，我剛才說過，需要很多比較好的物理準確的折射。如果你要透明後面更多紋理的效果，你需要計算多重反彈才可以實現。

現在大家可能會覺得：會不會很慢很耗效能？其實實時光線追蹤需要配合硬體，有硬體加速器可以，沒有就會比較耗效能。


在高清晰渲染管線HDRP中可以渲染半透明材質的功能，但效果完全不同，它只可以做到模擬的折射，使用了實時光線追蹤後，物理方面是非常準確的，IOR這就是物質折射值，大家可以隨時上網查一下水等的物質折射值是怎樣的。


我再演示一個稍微簡單的場景。這個是實時區域光，你會發現它的陰影很模糊，但卻是很高品質的模糊。

這也是剛剛說的折射，當Area Light區域光改變大小以後，可以看到整個場景的陰影都改變了。當光源比較大的時候，就可以採到比較軟的陰影效果。越窄的時候，你的陰影也會越明顯，特別是那種邊緣。

大家都知道平衡光是這樣一般的陰影效果，在光源全部都有一個RayTracing Shadow選項，需要的話可以進行勾選，Angular diameter角度也是可以調的，不同的角度，模糊度的效果也都是不一樣的。

如果我們開啟材質的自發光，就會發現這個材質本身會有發光的效果，現在DXR GI渲染都是這樣做到的。


另外再給大家演示一個Demo，現在我們看一下《異教徒》男主角的材質。

場景中有很多光源用作打燈效果測試，你會發現材質精度很高，眼球裡折射都是物理準確的，皮膚上也有SSS的效果。這裡面我在Shader Graph用了StackLit Master支援多種光照模型的功能。

還有支援有兩種高光的勾選，如果你用普通的Lit Master，只能選擇其中一個光照模型，但是這個StackLit Master就可以同時選擇幾種型別。


說到雙重高光，如果高光的亮度很多了的話，就會出現過度油膩效果。不夠亮的話，又沒有體感，一般這種高光不能打得太強烈。

現在用了第二層可以再細化裡面的細節，大家可以看一下區別，這是第二層裡面更加可以做到很細的皮膚質感，如果這個燈打得光源比較強，就是這樣皮膚的Transmission光滲透效，也就是透紅的效果。

我的演講就到這裡，謝謝。


來源：unity官方平臺
原地址：https://mp.weixin.qq.com/s/PFDv6M9rKqdrS5fVM0lh-w