天美最難技術美術攻堅戰：3年解決3座大山

在強調工業化的當下，越來越多遊戲公司意識到了技術美術（TA）的重要。

《王者榮耀》對此恐怕深有感觸。以王者的體量，任何底層改動都將牽扯無數邏輯。但在最近幾年，它的美術品質有了質的飛躍。在這一過程中，整個團隊對於技術美術的重視和扶持相當關鍵。

前一段時間，我們對《王者榮耀》美術團隊做了多輪採訪。在這個系列的最後一篇文章，我們聊了聊王者的技術美術變革。那些正在升級研發管線，探索工業化生產流程的團隊，或許可以從這場持續數年的攻堅戰中學到一些經驗。

01：變革的三座大山

剛剛上線時，《王者榮耀》在3D美術方面的亮點並不多。

在那個玩法還沒被時代驗證的階段，能實現5v5實時對戰都已經相當難得，大家幾乎沒有餘力追求更極致的品質。在相當長的一段時間裡，整個團隊甚至只有一名TA。


2019-2020年，面對行業變化和使用者需求的提升，王者團隊擴充了TA團隊，準備把品質提升到新的高度。受限於品類，他們並沒有一上來就追求最極致的美術效果，而是先瞄準了PBR這道難關。

可能有人要問了：PBR都流行多少年了，這有什麼難的？但情況遠比想象中複雜，在種種因素的制約之下，擺在他們面前的有三座大山：

第一，革新制作流程的生產風險。雖然王者在迭代時也曾加入了一些PBR的程式碼，但團隊依舊保持了之前的製作思路，大量工作都在依賴手繪貼圖。如何讓團隊有意願，有能力接受整套PBR流程？

第二，重構渲染模組的效能風險。王者上線已經太久。為了降低迭代的風險，之前團隊往往會在核心框架的基礎上進行迭代。可隨著時間的推移，迭代次數越來越多，程式碼越來越複雜，在舊框架上進行「修補」的成本也越來越高。想解決這個問題，必須重構整個渲染模組，「開著飛機換引擎」；

第三，重構美術效果的風險。面對海量使用者，團隊必須考慮大家對於美術效果翻新的接受程度。而且就算實現了非常極限的美術細節，那些中低端的機型又該怎麼辦？萬一好心辦了壞事兒，大家可輸不起。

這三座大山的存在，幾乎讓王者成了業界最複雜，也最難搞的專案之一。TA團隊陷入了窘境。

02：重新優化PBR，如何替代光線追蹤？

經過反覆推敲，TA團隊決定在推進流程變革之前，先幫團隊樹立信心。

PBR的全稱是「Physically-Based Rendering」，即「基於物理的渲染」。“比如做一個紙杯，以前它的質感、立體感全部要靠手繪。而PBR是要告訴計算機，這個杯子是用紙做的，紙的物理屬性是什麼，光照強度又是多少……最後讓計算機給出效果。”

和高質量手繪貼圖相比，PBR的流程更清晰，更容易實現標準化的批量生產，調整起來更加迅速。而且它還能融入動態光影效果和敘事性光照，實現各種特殊質感。更不用說一旦打通這條科技樹，HDR lighting、HDR Display、DBR甚至NPR等先進技術的前景都擺在眼前。

但PBR只是一種方法，它並不能100%保證品質。“很多專案都講自己用了PBR，但你看到畫面之後就會有些懷疑……”而且在過去幾年，王者的美術團隊已經把貼圖畫到了極致。如果直接替換，素材的質量反而還會降低。

於是TA團隊開始研究目前移動裝置流行PBR方案的硬傷，最終他們把問題聚焦到了區域性散射/反射和全域性光照上面。

舉個例子，同樣是做一枚金鐲子的時候，程式設計師會把它周圍的環境貼圖染成金黃色，貼在鐲子上，實現金燦燦的反光效果。但美術會說：這個效果還差點兒意思。因為在真實環境中，鐲子的光不只會反射到環境當中，還會在鐲子的凹陷處和環境之間「彈彈樂」，變得更加好看。


如果是主機遊戲，這個問題可以通過螢幕空間光線追蹤來修復。但在移動裝置上面，這種需要在記憶體裡做大量操作的技術特性非常消耗效能，往往會被閹割——有追求的美術團隊肯定不會支援這種粗暴的閹割行為。

那該如何讓畫素感知到周圍的幾何資訊，並表現出相應的顏色？TA團隊想了一套方案：把周圍環境的情況，即可見性（Visibillity）全部編碼到畫素中，以此計算光線要在本體反射多少次才會追蹤到環境，又有多少光照來自外界環境的反射；並對反射亮度進行色彩校正，最後再把降維之後的資料呈現出來。其中的原理，有些類似能在不同視角下，能夠呈現出不同圖案的防偽鐳射卡片。


與此同時，他們還引入了更多的調節引數。比如金子的入射率大於反射率，會吸收場景中的其他波長，把它們都轉化為金色，這涉及到自遮擋和反射的強度。而在工具當中，只要提高「反射到自身的亮度矯正」，就可以做出類似的效果。“比如現在我們能實現的玫瑰金，以前打死都做不出來。”


最後，他們又在團隊內部成立了美術專家組（TAA），先用成品為大家演示新技術的效果，凝聚共識，再推動技術和流程的改革。

TA團隊稱，他們差不多花費了一年的時間，才證明PBR的細節也能不比手繪遜色。而只有整個王者團隊都達成了這樣的共識，一切變革才能實現。

03：逆向渲染，運用AI，從結果倒推過程

可在採用了新的工作流程之後，團隊又在重構渲染之後的美術效果上遇到了問題。

PBR向來牽一髮而動全身。在一次升級時，TA團隊曾改動了一個渲染公式，讓它更符合物理規則。“從正確性來講，它肯定更正確了。從藝術性來講，兩個燈光確實有了微妙的變化，你很難說出哪個更好。”然而玩家對結果並不買賬，因為光影變化之後，角色的臉和以前看起來不一樣。

如果類似的問題得不到解決，渲染模組的重構將舉步維艱。如何讓角色關鍵部位的觀感保持不變？最終，他們決定採用「逆向渲染」的方案。

在傳統的PBR流程當中，美術要根據PBR的演算法，繪製貼圖，調節引數，最終渲染出自己想要的圖形。但逆向渲染允許美術先給出想要的貼圖，再由程式自行尋找合適的演算法。這項方案背後是一系列的AI技術，“類似於讓人工智慧下圍棋，只是把棋盤換成了幾千x幾千的貼圖，RGB三個通道，和256種不同的組合，完全匹配就算你贏。”

而在硬體優化方面，「逆向渲染」一樣有應用的空間。“A手機記憶體特別快，但晶片計算不太行，我們就把計算轉移到記憶體來做；B手機記憶體不行，但晶片特別NB，我們就用壓縮解壓縮的方式代替記憶體，最終實現一樣的效果。”

在這套方案的幫助下，不管渲染演算法如何變化，系統都能模擬之前的渲染風格。美術團隊在適應PBR流程的時候，也有了另一種解決方案。這讓王者的遊戲資產變得更加穩定，也讓它度過了「開著飛機換引擎」的階段。


04：從PBR到「DBR」，基於資料的渲染

在通過各種技術手段提升了美術效果之後，王者團隊要面對的最後一關是優化。

大多數遊戲的優化方案很好理解：配置分為高中低三檔，最高檔可以力場全開，HDR、抗鋸齒、高幀率、陰影樣樣都有；而如果裝置效能不足，那就把這些特效關掉幾個。換句話說，研發團隊付出的努力，最終只會變成屬於少數玩家的福利。

但TA團隊放棄了這個方案。經過反覆嘗試，他們決定拆分資源的製作與分發，讓PBR只停留在製作階段，將分發交給「DBR」，即「基於資料的渲染」來處理。

解釋起來，就是在資源製作階段，團隊依然會遵循PBR的流程；但在分發階段，團隊會根據不同手機的承受範圍，把PBR效果的資料重新編碼，再通過取平均、求特徵等機器學習的方法來降維合併資料，把它們在手機端解碼呈現出來。

在這套邏輯下，團隊不需要考慮中低端手機跑渲染的能力，只需要計算機器承受資料的上限。而且所有手機都能儲存元素、色彩、質感等藝術構成，只是沒有那麼高的精度。“就像在手機上看電影級畫質的視訊。”


除了提升中低端機型的體驗，DBR還進一步優化了美術團隊的工作流程。以前為了做王者峽谷的地圖，專案要分出三個小組：最高檔的畫質可以全程PBR，中低檔畫質則要用手繪貼圖，甚至更古老的方式來保證效果。只要地圖出現一點改動，三個組就要同時返工。而現在，所有人都可以為最好的效果努力。

不過對於美術團隊來說，推進DBR的阻力還有時間。以往大家只要把貼圖畫好，就可以直接打包進遊戲看效果。可現在每次大家調完引數，還需要程式經手才能放進遊戲。獲得反饋的時間從以前的兩三個小時變成了一兩天。最終TA團隊下了血本，把流程重新壓縮到了幾個小時的程度，終於讓大家重新獲得了接近原來的體驗。

TA團隊表示，DBR徹底改變了王者的優化效果。“現在我們只有最高配是全套PBR，其他配置的效能可以全拿去支撐三角形。它的幾何複雜度是以前的幾倍，但效能開銷可能只要60%-70%。”

到了這裡，TA團隊終於解決了曾經擺在自己面前的三座大山。而《王者榮耀》3.0版本的美術品質，也終於幫助團隊度過了技術焦慮期，達到了他們從未實現過的程度。


05：結語

當然，上面介紹的這些技術，只是王者TA團隊的一部分成果。可微渲染、HDR優化……他們還在嘗試更多的東西，繼續優化整個團隊的工作流程，實現更好的美術效果。

“一方面我們的分工要越來越細，比如現在有的同事只負責「布料解算」模組；另一方面，我們的綜合思維能力也要更強。只有精準定位問題，協調各個部門的需求，用工具優化流程，才能讓技術團隊更好地把問題狙擊掉。我們的存在就是降低行業的准入門檻，讓專家能做自己更擅長的事兒。”

而在王者引入東方美學的理念之後，TA團隊也有了更大的野心。在未來，他們想把「意境」用技術的手段實現出來，這需要一個算力更強的全息系統。


“在技術發展到一定程度之前，渲染講究的都是更直接的關聯。比如太陽光照射到我，我被照亮了，有個影子，僅此而已。但如果我們要追求意境，可能就要更含蓄一點：太陽不是直接的太陽，而是被雲層遮擋了一半的太陽；被照射的人也不是直接的人，而被籠罩在雲霧之中。

想要達成這種效果，需要大量的演算法和算力支援。團隊不僅要有全域性渲染的資料，讓畫面足夠真實、有內容，讓場景能啟用使用者的神經；同時還要隱藏一些東西，比如隱去一個點光源，發散成牆大的光幕，再算出面光源陰影，微弱的光照起伏、一些流體的霧……這樣的環境再搭配中國特有的元素，以及群青、品紅等特有的色彩構成，最終給人的體驗，才是東方美學。”


TA團隊告訴我，技術美術的研究工作有點兒「大道至簡」。最終解決問題的，可能只有5行程式碼；但為了明確問題，可能幾名資深的同事要付出3年的努力：“這背後是整個美術團隊的支援，以及對新技術試錯的耐心。畢竟到了目前這個階段，已經沒有先例可循，只能摸著石頭過河。”

在這些過程中，唯一確定的是一條工作準則：不急功近利，不找捷徑，永遠要去克服最關鍵的技術問題。

舉個例子，如果想實現通透的角色臉部效果，最直接的方法就是攻克光照反射和透射。如果只是追求貼圖的通透，研發要用更多細節遮蓋穿幫；如果用自發光的方式模擬透光的效果，那天黑之後這張臉就會變成燈泡。想解決這個問題，又要讓發光和其他條件建立聯絡……

“遇到困難的時候，人往往會沉迷於捷徑。但每次繞開一個問題，就會遇到更多問題，最終迷失到眾多的分支裡。做遊戲應該是一件很純粹的事情，我們就是要剛正面。”

COD圖片素材來源：

https://www.activision.com/cdn/research/Precomputed_Lighting_in_CoD_IW.pptx


來源：遊戲葡萄
原文：https://mp.weixin.qq.com/s/bU3GZaUVRu-f9FIgy7CNiQ