探索<賽博朋克>風格遊戲美術

文字首發知乎：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/416101550

賽博朋克美術風格無疑是當下最流行的遊戲美術風格之一，《賽博朋克2077》把它展現的淋漓盡致。最近幾年國內大小廠也開始陸陸續續加入探索賽博朋克美學的佇列，UE4引擎預設的PBR渲染管線也使小廠有了開發寫實風格渲染的機會，本人有幸參與到了某賽博朋克風格遊戲的研發，這篇文章就是對於國內“3A”現狀與開發流程上的見解。

能刷到這篇文章，說明你已經對賽博朋克文化有所瞭解，如果不瞭解可以玩一玩《賽博朋克2077》或者看一看這幾部電影《銀翼殺手》《銀翼殺手2049》《攻殼機動隊》《戰鬥天使：阿麗塔》《頭號玩家》。

賽博朋克2077 夜之城 | 賽博朋克2077輕VR全景旅遊助手_指尖上
www.zhijianshang.com/cyberpunk-2077-night-city/

賽博朋克是人類對科技淪陷的假想，是一個關於未來的灰色預言。高科技低生活，先進的科學技術和崩壞的社會結構。在一個控制性的環境中，個人以朋克式的抵抗確認自己。

關鍵詞：High Tech，Low Life

一、設計

在立項初期一般會有大量的文案/劇本來描述遊戲的世界觀和整體發生的故事，這是作為視覺化概念設計的依據。


1.1 概念設計階段

首先，我們的賽博朋克世界需要有一條時間線，年代與科技程度是息息相關的，這樣才能讓正確的物品出現在該出現的場景，對於未來而言並不絕對，一切皆有可能，但遵從規律的設計會讓人更加信服。而且在以往的作品中可以看出，人們對科技感的認知也是有很大變化的，早期的賽博朋克作品中都喜歡用大量的電纜來表達科技感，而現在蘋果的簡約設計、全息投影更有科技感，所以我們應該拋棄經典賽博朋克中過時的元素，對未來展開暢想。


對於整個世界的規劃，一般會以一個現實中的城市為原形，比如GTA5的洛聖都，看門狗1~3分別以芝加哥、舊金山、倫敦為原型，LD根據文案講劃分出野外和城市區域，那對於賽博朋克來說野外的設定一般是經歷過戰爭毀滅後的荒涼廢土，惡劣的天氣與貧瘠的土地，有廢棄的工廠和窮人的據點，而城市裡的摩天大樓與貧民窟形成鮮明的對比，在下面的關卡設計中將會進行更深入的探討。


一般會請一些知名的畫師來做概念設計，在前期給專案組全體成員一個視覺印象，併為以後的原畫創作起到參考作用。

1.2 視覺元素提煉

一些賽博朋克視覺元素：

• 黑客，賽博空間，掃描，全息投影。
• 人工智慧，仿生人，義體。
• 摩天大樓與貧民窟，霓虹都市與惡劣天氣的貧瘠土地。
• 高科技的車輛，怪異的服裝等等。
  

它們以什麼樣的形式呈現在遊戲中呢？對應的美術資產是什麼呢？模型，材質，貼圖，特效，動畫等等。

二、資產建立

2.1 大世界

2.1.1 Level Design

在劃分出水域和陸地區塊後，再劃分城市區域與野外區域，野外區域又根據海拔高度來劃分出平原、丘陵、盆地等。然後最主要的城市系統，區域劃分，路網分佈，據點分佈，景觀點分佈等等。統計城市系統中住宅、商業、工業、政府、道路等。繼續，分析路網的分佈：快速路、主要幹道、區域幹道、地區幹道、高架橋，碼頭當。根據這些資訊來進行白盒階段的製作。


夜之城是一個經典的海灣型城市，沃森、威斯特布魯克、聖多明戈、太平州呈半圍合式圍繞著市中心和海伍德，整個城市的交通脈絡基本呈射線狀由市中心散開。城市功能分割槽也很明確，市中心是中心商業區，小中國城、日本街、海伍德、聖多明戈幾大居住區圍繞著市中心。太平州是作為旅遊渡假區存在的（投資開發失敗）。更往北沃森的整個北半部分是工業區。




2.1.2 PDG


程式化生成是大世界工作流的核心，也是這幾年所有遊戲廠商都在研究的方向，這方面需要Houdini方向TA與LD、LA緊密合作。不瞭解的可以看看前幾天unreal circle北京站的技術演講。



通過噪聲、平滑、模糊、約束、侵蝕、對映等等方法來建立地形高度圖，把引數通過HDA開放到引擎中根據LD給的資料進行調整和美術加工。

在傳統遊戲製作方式中，材質層資訊是由美術人員，通過UE4的材質層繪製（Layer Paint）皮膚中，通過控制筆刷在編輯器中手動繪製完成的，對於8*8km尺寸的世界來說手工效率太低，我們需要過程化的開發流程來進行快速高效的迭代，還能保證穩定的質量輸出，過程化的工作流完全基於精確的數學建模來對指定風格的場景來進行生態學與美學上的解構與還原，在生態上有非常準確的描述更接近於現實大自然的規律。同時，需要支援手工修改，因為遊戲始終是遊戲，藝術存在偶然性、隨機性、誇張性的成分，這種因素是過程化計算所無法表達的。

根據專案風格來繪製材質層MASK，一般有岩石層、碎石層、草皮層、泥土層，雪地層。

根據參考資料來制定各材質層的規則，比如草皮層：在角度為0度至13度的坡面下，草開始生長形成草皮層，但是海拔越高氣溫越低越不適於草的生長，到海拔500米開始草皮還是急劇衰減，海拔1000米後寸草不生。同時草是喜陽生物，在峽谷等陽光照射比較困難的區域，草長比較稀疏，反之比較茂密。

在繪製好材質層MASK之後，我們需要藉助UE4強大的材質系統來對材質層資訊進行視覺表達，需要設計一套材質框架來呈現以下特性：

• 基於視距的遠近材質混合
• 基於全域性的色彩多樣性
• 基於高度資訊的材質層混合
• 基於視距的地形曲面細分
• 基於層資訊的材質過程
• 基於距離的視差貼圖技術
  

接下來還有路網，植被，建築等等，不過賽博朋克風格植被就比較少，群落也可以沒有了。傳統的馬路有一萬個理由無法滿足大世界場景的需求，複雜的馬路根本不可能拿模型去拼，或者用UE4自帶的spline去拽，城市裡的平地還好，野外的複雜地形也無法完美貼合，這時候又輪到Houdini出場了，根據樣條線輸入引數計算出完美的公路貼片，其包含了四套精心計算的UV空間來進行必要的路邊線等必要材質表達支援，再利用 Runtime Virtual Texture（RVT）技術，由Houdini演算法生成海量的貼花貼片、車道線貼片、車輪印記貼片、公路貼片等大量貼片，再由RVT將貼花一次性bake到地形材質上，因此能夠支援海量的公路細節，極低消耗。


2.1.3 建築

到了具體的城市建築階段，我們可以根據遊戲玩法來對建築的重要性評級，哪些建築是可以進入的，哪些是不能進入的，哪些是主線經常路過的，哪些是地標性建築，這些都需要人工去打磨，其他不重要的建築可以使用PDG技術生成。這個評級還決定3D製作工藝，一棟建築是整個的一個mesh，uv都烘到一張圖上，還是由各種四方連續的牆、地板拼組而成。是否存在可破壞物理互動將決定是否製作可破壞件。

上面聊的偏邏輯和技術，接下來說點美術設計上的。



通過幾張圖，可以看出電影和遊戲在色調上還是區別很大的，遊戲的寫實是美型寫實，整體的飽和度和色彩範圍都要高於電影。各種各樣的摩天大樓和異形結構都充滿著未來感，想要讓人一探究竟，而V的公寓又是典型的貧民窟，與外面光鮮亮麗的大樓形成鮮明對比。

在賽博朋克的世界裡，一切都是金錢至上，城市設計幾乎不存在總體規劃，每個人都將盡可能地擴大其建築的規模，以最大化商業獲利能力，公共空間將變得很少見；舊的建築總是被新的商業建築所取代，供普通人居住的空間所剩無幾。


摩天大樓看膩了，還有必不可少的亞洲元素。


2.1.4 室內

室內則是一個重點需要美術設計的地方，對於重點區域、主線任務、經常去的地方（V的公寓，紺碧大廈、酒吧等）是需要長時間細心打磨的，對於風格的把控，物品的陳列，氣氛的營造。



2.2 硬表面設計

2.2.1 載具設計

對於載具也是按照其用途、年代、改裝度、科技度幾點來進行劃分，比如路上的計程車，小轎車要保持低調的外表，警車的經典紅藍配色，炫酷的改裝車和豪華的跑車要讓人一眼就能認出來。設計車，不光是外觀，還要保證其3D結構的合理性，傳統手繪可能已經不能滿足高度寫實的原畫需求，不光車輛，還有槍械、機械結構的義體等都非常適合藉助硬表面3D輔助來進行設計，.前同事使用fusion360和blender都非常6，在設計確定後再交由外包重新制作遊戲可用的模型。




2.2.2 槍械設計


我這裡直接放了未曾蒙面的前前同事AFI的分享



還有AFENG的


攻殼機動隊


2.2.3 義體/仿生



最開始的義體改造是為了增加戰鬥力，後來轉變成純粹的裝飾來表達審美。

材質工作流則是在SD中連連看，再到UE中連連看。

SD中利用各種形狀、噪波、濾波等預置節點，或者自己寫計算公式來製作過程化的紋理，輸出成貼圖拿到UE4中，根據在DCC（如maya）中手工區分的材質mask，來做layer blend。



2.3 角色設計

不同的階級地位和身份，對應不同的風格（設計）、面料（材質）。2077的背景故事給出下面四種風格：

• “刻奇主義”是浮誇而大膽地用亮閃閃的機械對全身進行改造的現象。
• “熵增主義”則是需求大於外表的作風，是人類與技術進展做的鬥爭。
• “新刻奇主義”是奢華的代名詞，在遊戲“夜之城”的富豪階級中逐漸流行。
• “新軍權主義”是全球化衝突與大企業爭權奪勢的表現，冷酷、尖銳而新潮。
  

2.4 VFX：賽博空間/全息



對賽博空間的視覺化可追溯到《創：戰記》《黑客帝國》，掃描線和字母流動的特效給人印象很深，巧了，月神正好在UE4中復刻過《底特律變人》的後期效果和《黑客帝國》的字母矩陣，猩猩也復刻過鏡頭拉近的馬賽克後期，我也在全息特效篇中寫過一些全息特效和故障藝術的分析和製作方案，不過還是遠遠不及2077的影像處理演算法庫，那如果想深入研究這個方向，還是要去git上找一些開源的程式碼，理解其演算法並用hlsl實現，加工到UE4中。


2.5 環境氣氛

這裡主要是燈光氣氛和天氣/TOD（Time of day）兩個部分，燈光和自發光物體無疑是場景中色彩佔比的大頭。其實是非常忌諱死黑的，需要一個光照方案來滿足 TOD 的不同時刻，通過控制直接光DirectionalLight和間接光SkyLight的強度和顏色來實現，預先烘焙好hdr作為天光的採集。傳統的燈光烘焙方案可能需要對重要模型的2U進行手工處理，來確保更高的光照質量，也可以嘗試UE5的爐lumen全動態光照。

天氣的話不同於其他遊戲注重野外場景，只有雨和霧作為重點研究物件。

最後影響畫面的還有一個非常重要的就是後處理效果，Bloom、Lens flare、Blur、LUT等等，2077還專門做了一個電影顆粒的效果。通過達芬奇校色製作LUT是一個不錯的方案。

三、渲染

通過國外大佬renderdoc抓幀分析2077的渲染管線，在關閉RTX和DLSS的最高畫質下進行的擷取，經典的延遲渲染管線，與UE4預設的延遲管線很接近。



G-buffer的分析：

• 10.10.10.2 法線，保留 2 位 alpha 以標記頭髮
• 10.10.10.2 Albedo
• 8.8.8.8 金屬度、粗糙度、半透明和自發光，按此順序 (RGBA)
• Z-buffer和 stencil 。後者用來標記皮膚、汽車、植被、頭髮、道路等。
  

比較有意思的是，這裡有一個對部分物體做的depth pre-pass，而不是全場景的，僅用於較少後續G-buffer傳遞中的過度繪製。

然後廣告牌是單獨畫的


還有一個垂直向下的投影RT可能是用來做小地圖的


繪圖順序如下：

1.靜態網格體
2.地面和自發光物體
3.骨骼網格體和可破壞件
4.植被
5.貼花
6.毛髮fur的mask
7.毛髮fur

光影部分：

這是光照通道輸出的兩個RGBA16 buffers，看起來是漫反射和鏡面反射貢獻。


陰影部分：有三種陰影CSMs，VSMs，raymarched-shadow，CSM是太陽光產生的，其他都存到VSM，然後在遊戲設定裡可選的”接觸陰影“是螢幕空間的短距離raymarched-shadow。


SSAO部分：首先，深度、法線/粗糙度和運動向量都被降取樣到半解析度。然後通過計算當前幀 AO，隨後的進行雙邊濾波和時間重投影。


SSR部分：有一個螢幕空間反射通道，它再次使用打包的法線/粗糙度緩衝區，因此支援模糊反射，它是在全解析度下完成的。




好了，已經沒耐心寫了，告辭！

最後感慨一下，在上份工作中遇到的一些困難，


比如模型面數過高，雖然能展現細節，帶來的渲染壓力太大，用盡量低的面數來展示足夠多的細節才是美術資產製作中的難點，單純堆面沒有意義，靠高面模型和高精度貼圖達到的高質量效果圖都是假象。還有人工的LOD，2U等等。場景裡的物品如何正確的合批成？面光源對於渲染開銷的問題？對於一個經常需要修改燈光的場景是否進行烘焙？不烘焙就大家都一起卡著。還有小廠都會面臨的問題，技術力不足以修改引擎，就只能用官方給的”按鈕“，想要擴充套件，沒門。



原文：https://mp.weixin.qq.com/s/v6RSlJz7SlEcW9G1GWqJmw