《歐洲卡車模擬2》1.40版本光照系統(tǒng)改動詳解游戲內(nèi)效果對比

發(fā)布時間：2021-03-25 09:10 來源：官方

歐洲卡車模擬2目前已經(jīng)推出1.40版本，光照系統(tǒng)是新版本最重要的改動之一，下面一起來看看《歐洲卡車模擬2》1.40版本光照系統(tǒng)改動詳解

《歐洲卡車模擬2》1.40版本光照系統(tǒng)改動詳解

讓這有光!

我們用以在不同場景內(nèi)呈現(xiàn)光照與色彩，并渲染最終將顯示在屏幕上的緩沖區(qū)的3D引擎實際是在10多年前構(gòu)建的。在當(dāng)時那個年代，最先進(jìn)的技術(shù)是在0-255的數(shù)值范圍內(nèi)呈現(xiàn)所有RGB值，以此容納一個字節(jié)的信息。所有的數(shù)值均以這樣的方式定義，無論是材質(zhì)貼圖的紋理元素(3D物體的“皮膚”，例如樹木、車輛和天氣盒都有著各自不同的表面材質(zhì))，還是對光源強度的編碼(從車輛尾燈、街道路燈，甚至直到太陽光的強度)，以及在渲染階段將所有元素組合為一個個像素。顯示緩沖區(qū)內(nèi)的內(nèi)容將被顯示在屏幕上，并且僅有各個基本色的256種色度變化。

近些年來，伴隨著3D加速器可用內(nèi)存的劇增、硬件性能的提升，以及對顯卡片段運行操作編程的著色語言有著更高的靈活性，如今在使用浮點數(shù)的情況下，能夠以更高的精確度并在更大范圍內(nèi)存儲、處理色彩和光照數(shù)值。相比于單純地堆疊濾色器運行操作，即我們在8位色時代僅有的全部技巧，現(xiàn)在轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂谜鎸嵉臄?shù)值則得以讓游戲引擎以現(xiàn)實的數(shù)值范圍及比例真實地呈現(xiàn)光源，這是一個質(zhì)的飛躍。在現(xiàn)實世界中，一顆燈泡的亮度和太陽光的亮度相差著很多個數(shù)量級。如果我們能夠正確地存儲不同光源的亮度數(shù)值，同時更重要的是在恰當(dāng)?shù)臄?shù)值范圍內(nèi)運行光照與物體表面的運算程序，并且不丟失過多的精確度的話，那么我們就可以通過當(dāng)前的圖形引擎實現(xiàn)真正的高動態(tài)范圍(HDR)光照效果。在大約18個月之前，我們便開始試驗這項新的技術(shù)并得到了初步的成果，那時我們也已經(jīng)沒有退路，因為我們知道這就是我們對于這個引擎所想要實現(xiàn)的。

當(dāng)前光照系統(tǒng)

新光照系統(tǒng)

當(dāng)前光照系統(tǒng)

新光照系統(tǒng)

有什么新的東西?

我們必須從光源開始做起(起初，我們希望這就已經(jīng)足夠)。現(xiàn)在，每一個光源都基于從現(xiàn)實世界仔細(xì)搜集的測量值(我們使用測光表在各種光照及天氣條件下收集了大量的樣本數(shù)據(jù))和參考數(shù)值表定義真實的光照數(shù)值。不管是在現(xiàn)實世界還是目前的游戲世界當(dāng)中，數(shù)萬勒克斯(lux)單位的光源照亮天空，而到了夜晚，周圍環(huán)境的光照強度則僅接近幾個勒克斯單位。有了基于現(xiàn)實的所有光源數(shù)值之后，我們對舍棄舊光照效果的想法就更有信心了，因為現(xiàn)在新的光照可以很好地融入整個系統(tǒng)。定義一個光源的光照數(shù)值應(yīng)該是150還是170等這種沒有實際意義的數(shù)值不再成為問題。現(xiàn)在我們知道并擁有光照強度列表，幫助我們?yōu)榧佑驼镜穆窡艋蚰藓鐭舸_定相應(yīng)的光照數(shù)值。在光照計算公式中，我們現(xiàn)在還可以實現(xiàn)讓光照強度按平方反比定律隨距離延長而衰減，使光照符合真實的自然規(guī)律呈現(xiàn)。有了更高的精確度，我們甚至可以進(jìn)一步加入光照強度隨機小變化的效果來避免出現(xiàn)完全一致的光源，讓夜晚街道光線的感覺更加自然，而不是只有全部相同的路燈亮度。

當(dāng)前光照系統(tǒng)

新光照系統(tǒng)

當(dāng)前光照系統(tǒng)

新光照系統(tǒng)

當(dāng)前光照系統(tǒng)

新光照系統(tǒng)

完成所有內(nèi)部光照的計算之后，我們還必須通過模擬相機曝光來實現(xiàn)最終屏幕上的顯示結(jié)果。這非常類似現(xiàn)在手機里的攝像頭，我們需要采集入射光線的所有數(shù)值及豐富的變化狀態(tài) - 太陽光或陰影、清晨、正午、黃昏或深夜 - 再在適當(dāng)?shù)臄?shù)值范圍內(nèi)對相應(yīng)的光照強度進(jìn)行“擠壓”或“擴展”，得到屏幕上顯示的每一個像素的結(jié)果。我們的曝光模擬系統(tǒng)對游戲最終的畫面效果及感受有著很大的影響 - 它既在一定程度上符合物理規(guī)律，又部分地加入了主觀的視覺體驗效果。這個系統(tǒng)也必須實現(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)，不僅基于游戲世界的入射光線進(jìn)行計算，還要考慮到車輛駕駛室內(nèi)外的光照強度不同的因素，確保儀表盤仍舊清晰可見。人的眼睛十分奇妙，它能夠在切換聚焦物體時調(diào)節(jié)并適應(yīng)極大范圍的亮度變化。我們對此則必須使用大量精細(xì)的運算，分析每一幀畫面及幀與幀之間的亮度直方圖來匹配進(jìn)入顯示畫面不可避免受限的動態(tài)范圍與色域的相關(guān)數(shù)值，讓所有內(nèi)容都能可靠且清晰地呈現(xiàn)。當(dāng)中的一些改善實際是錦上添花，例如有了立方體貼圖的浮點緩沖區(qū)內(nèi)部范圍后，我們就可以讓水體、玻璃和車輛涂裝等光滑表面擁有更加耀眼的反射效果。負(fù)責(zé)該部分的小團(tuán)隊按照這樣的開發(fā)方向進(jìn)展得十分順利，并且整體的效果開始顯現(xiàn)，直至我們意識到無法在未重新平衡游戲內(nèi)所有物體的所有現(xiàn)有材質(zhì)/紋理的情況下推出這個新的光照系統(tǒng)。當(dāng)一束光照射在任何物體的表面時，其怎樣反射或折射并不僅由入射光線決定，而是在很大程度上取決于相應(yīng)物體的表面。多年的開發(fā)之中，我們積累了數(shù)以萬計的材質(zhì)，一些是具有不同設(shè)定的拍攝照片;一些是人工制作的;還有些是通過多種智能工具由程序生成的。隨著時間的推移，這些材質(zhì)資產(chǎn)受到多種想法或不同制作流程的影響，而“舊的光照”系統(tǒng)基本可以說是用強力膠帶拼貼而成的，只是不管怎樣都不足以暴露特定的光照不平衡的問題。但新的曝光模擬系統(tǒng)要敏感得多，需要真實正確的亮度反照率數(shù)值。我們的混凝土表面不再可以只是一坨灰色，樹木也不能再只是看起來不錯并且是綠色的。到了這個時候，我們設(shè)計團(tuán)隊的絕大部分成員就都不得不投入到這個重要的“大檢修”工作上來。

當(dāng)前光照系統(tǒng)

新光照系統(tǒng)

當(dāng)前光照系統(tǒng)

新光照系統(tǒng)

當(dāng)前光照系統(tǒng)

新光照系統(tǒng)

當(dāng)前光照系統(tǒng)

新光照系統(tǒng)

有什么必須被改動?

一旦我們最早的跨領(lǐng)域小團(tuán)隊修改核心的CPU代碼和GPU著色器，當(dāng)時投入了數(shù)月時間進(jìn)行試驗，我們就要投入更多的人力。首先，我們必須重新調(diào)整游戲世界內(nèi)的所有光源和車輛燈光來適配新的光照邏輯。在某些情況下，我們只是對列表上的一些數(shù)字進(jìn)行細(xì)微的調(diào)整;而有的時候，這也許就需要一位地圖設(shè)計師重新檢查相應(yīng)區(qū)域并手動調(diào)整;但更多情況下，這意味著游戲內(nèi)的物體(例如帶有預(yù)定義光源的整個工廠或貨場)必須要在Maya等3D工具內(nèi)重新展開、調(diào)整、再導(dǎo)出。我們進(jìn)行了成千上萬次這樣的調(diào)整，有時還不只是用幾十個“數(shù)字”定義光照，而是對一個物體的光照貼圖進(jìn)行大規(guī)模的修改，這是之前在舊的光照系統(tǒng)中用來去除虛假的陰影和光照效果的雜亂部分所導(dǎo)致的。我們團(tuán)隊絕大部分人都不得不停止與將來新項目相關(guān)的任何開發(fā)工作，回到游戲現(xiàn)有的物體、植被、車輛和效果上，重新平衡不同內(nèi)容并反復(fù)多次，以共同認(rèn)可的反照率表格同步所有東西。我們還必須重新回顧許多子系統(tǒng)的基本原理，其中非常值得注意的是，我們對車輛燈光和燈泡進(jìn)行了多次迭代與改善，確保它們在不同的日照條件下都具有良好的效果。我們有一套新的、更高分辨率的天氣盒，并且我們覺得在將來的版本更新中還可以加入更多不錯的內(nèi)容。在最后，沒有一塊石頭被落下，我們評估并調(diào)整了游戲內(nèi)的每一個元素。

當(dāng)前光照系統(tǒng)

新光照系統(tǒng)

當(dāng)前光照系統(tǒng)

新光照系統(tǒng)

這都意味著什么?

新的光照系統(tǒng)和我們新的物理燈光模型的開始，都是朝著在我們游戲的整個地圖世界中實現(xiàn)完整且更好的物理模型的關(guān)鍵一步。雖然我們還沒有實現(xiàn)真正基于物理的渲染，但1.40版本更新已經(jīng)是我們在這條開發(fā)道路上的一個重要里程碑。清理舊的設(shè)計資產(chǎn)，以及基于基本物理原理設(shè)定的所有光照強度和運算程序，讓將來在這個方面的系統(tǒng)性工作終于變成可能。許多內(nèi)容仍處于長期的開發(fā)階段，現(xiàn)在的這一步只是一次小前進(jìn)，它同時也只是我們朝著更大的愿景進(jìn)發(fā)的一個里程碑。

新光照系統(tǒng)

從圖形設(shè)計師的角度來看(不過這也關(guān)系到MOD作者)，我們正在引入一個制作并保持游戲內(nèi)所有設(shè)計資產(chǎn)“可控”且能與其余部分相平衡的新理念。常常也被用作游戲內(nèi)設(shè)計資產(chǎn)的基于照片的材質(zhì)，現(xiàn)在必須在應(yīng)用前經(jīng)過謹(jǐn)慎細(xì)致的處理，否則可能會變成一個過暗或過亮的表面，進(jìn)而影響整體場景的曝光與視覺感受。通常，這值得去探索另一種制作材質(zhì)的方法，例如在SubstanceDesigner中實現(xiàn)高分辨率的程序生成紋理。現(xiàn)在，游戲引擎的渲染系統(tǒng)擁有更高的可信度。相較于在模型上出現(xiàn)虛假而不易察覺的陰影和光照效果，除了新的光照系統(tǒng)和SSAO，現(xiàn)在我們的著色器代碼在生成最終畫面上扮演著更為重要的角色。這樣就不再要求設(shè)計師對此負(fù)有高度的職責(zé)、處理需要，并且可能減少一定的工作量。這既可能是一件好事，也可能不是，最終還是取決于各個特定情況下所需達(dá)到的結(jié)果。

新光照系統(tǒng)

每一次大改動都會帶來大量新出現(xiàn)的問題，以及從許多“死胡同”中返回，我們至今為此投入的努力遠(yuǎn)超我們在一年之前所預(yù)測的。我們面前還有一個持續(xù)時間稍長的開放測試，有待繼續(xù)處理最后的一些問題。不過即使是現(xiàn)在，我們也可以非常有信心地認(rèn)為這些改動是完全值得的。當(dāng)你們在清晨時分駕車沿著意大利海岸行駛，或者在瑞典的一個天氣很好的傍晚，又或者在西班牙的酷熱的正午，以及在深夜駛?cè)霟艋鹜鞯目ㄜ囃？空荆蜁w驗到新光照系統(tǒng)的絕妙之處了。我們無疑在此方面前進(jìn)了一大步，之后也還有很長的道路。在改動的全過程中，我們盡最大努力避免造成CPU、GPU負(fù)載的提高。除了部分新的效果會有稍高的性能需求，總體上我們認(rèn)為這些改動都達(dá)到了非常不錯的平衡，或者說是合理的權(quán)衡，從而確保游戲運行表現(xiàn)可被接受。我們肯定不希望因在圖形效果方面提升過多而失去沒有最新硬件的玩家與粉絲。我們期待為大家?guī)砀喔纳婆c新的特性，請抓緊你們的方向盤吧!

也許你還是一位“更新內(nèi)容”的粉絲?來這看吧：

主要的內(nèi)部改動

游戲場景以現(xiàn)實世界的光照強度照亮(舉例說明：白天日光擁有數(shù)萬勒克斯照度，夜晚環(huán)境光則僅有數(shù)十勒克斯照度)

光比效果 - 日出光照強于街道路燈、卡車前燈等。這意味著我們必須調(diào)整游戲內(nèi)的所有光源，以及重新調(diào)整每一個發(fā)光材質(zhì)。

我們加入新的顯示映射功能以得到更好的控制效果(曝光、對比度、暗部、高光)

我們需要讓這些現(xiàn)實的光照強度在電腦屏幕上以類似相機曝光的效果呈現(xiàn)。

改進(jìn)后更為精確的曝光選擇直方圖

這是因為針對每個場景所選擇的實際曝光存在差異，并且還會因不同的光照水平和當(dāng)前天氣情況而變化。

改動光源(街道路燈、車輛燈光)

我們實現(xiàn)讓光源亮度按現(xiàn)實規(guī)律隨距離延長而衰弱(“平方反比定律”)。

我們正處在基于實際單位配置數(shù)值的轉(zhuǎn)換階段中，減少猜測性的定義數(shù)值。

同時還有不少視覺方面的小調(diào)整