《动物森友会》渲染技术分析:无处不在的视觉细节

2019年E3上,任天堂公布了《集合啦!动物森友会》的最新预告片,知名国外媒体GamXplain对2分钟不到的预告片中涉及到的渲染技术进行了详细的分析。

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游戏内阴影处理及光散射效果

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游戏中人物每个脚印的投影方向都与环境光源的方向保持一致,这种技术称为法线贴图。这种贴图技术就好比在一个已知平面上贴纸片,与动森前作中所使用的贴图技术的区别在于脚印的阴影可以根据光源的方向实时变化。进行这项改进的原因是由于随着时间的变化,太阳(即投影)的方向也会改变,这种情况下如果脚印的阴影方向与环境不一致,就会显得很违和。

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仅看游戏预告片,无法肯定游戏中是否模拟了瑞利散射。预告片中水面与地面的反射光由远处的地平线到近处的人物,色调由明向暗地随距离渐变,这是在现实日落过程中会发生的自然现象,这里显然对这一现象进行了模拟。现在还无法证实天空的渲染模拟到了什么程度,但与现实时间同步一直是动森玩法的重要部分,所以更倾向于游戏内使用了半球照明,并用参数模拟出瑞利散射的观点。

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在太阳周围出现的光环模拟了丁达尔效应,推测可能是设定了米氏散射系数的高光效果,效果很棒。此外,云的阴影也符合太阳的位置,整个画面观感绝佳。

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对远景的处理上,物体越远,大气散射和景深模糊越明显。动森的可玩场景并不大,这样处理会使得游戏世界看起来比实际大,这是一个巨大的进步。

人物头发细节处理

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本作中最令人惊讶的渲染效果要数人物头发上的各向异性高光渲染效果。简单来说,某些表面(如刷子或头发)对光的反射方向并不是单一的,即使只有一个光源也是如此,这称之为各项异性高光,反射光的方向通常垂直于表面结构的凹槽、缝隙处,想达到这样逼真的实时渲染效果,其计算成本会非常高,所以一般游戏里能不用就不用。

他们使用了一种更简单的方法达到这个效果,利用UV坐标和切线空间法线贴图来获取材质表面反射光方向的局部细化信息,而不是获取整个表面的几何信息进行计算,也就是说只需要知道部分头发的纹理及其他部分头发的切面关系,就可以计算头发表面反射光的方向了。游戏中的头发被划分为多个切面,这样简化后相比计算曲面反射要容的多,但实际效果依然很棒,甚至连反射光的强度都随着反射面变化。

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如果在一天不同的时间观察游戏内人物的头发高光,会发现高光的颜色也会随着环境光变化。除此之外,仔细观察会发现村民头发上的高光有很多段色调。现实生活中我们头发上的各项异性高光也有这种效果,这种现象的原因在于,微观结构下,重叠的角质层会折射一部分入射光再反射出去,导致高光沿着头发变换颜色,这种现象通常被称为次高光,物理学来说这个现象当然比两种颜色更为复杂。

在本作中并没有引入如此复杂的物理法则,所以游戏中的次高光看起来是把高光换色后位移了一下,但他们确实对头发上的复杂反射做出了模拟效果,甚至可以看到次高光向发根渲染,而原高光向发梢渲染,这样的细节在动森作品中是前所未有的。

游戏中的其他亮点

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画面中所有物体的投影方向都是一致的,无论是大是小,他们的阴影方向都在随着日照方向改变。这是自然光源下的阴影表现,从阴影的变化我们可以推断,太阳在沿着一定的路径运动,而光照的方向甚至可以影响影子的长度。在不同的天气,时间下效果也各不相同。

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入夜时可以看到帐篷的光从地面反射出来,比较细致的一点是,光穿过半透明的帐篷时的渲染效果甚至模拟出了[次表面散射]现象。

游戏中的动态效果

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观看游戏预告片不难发现,游戏中树木在风的吹动下摇摆。但这样的摆动不是基于物理引擎,而是一种动画表现,动画相较于物理上的吹动是机械重复的,真正基于物理引擎的摆动不会是像这种单循环的,不是说完全没有物理推动的部分,只不过看起来固定动画的成分更多一点。就视觉效果而言,花草树木依然是在随风而动。开发者也说过,树木的摇摆速度取决于风速,所以这其中肯定有一些动态风速系统影响着动画。

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还有一些更加写实的部分值得说明,水面受到物理干涉时的涟漪效果。但依然不是基于物理法则实现的,似乎是将涟漪动画的法线贴图叠加在了平静的水面法线贴图上,这种物理干涉形成的涟漪动画包括从水中钓鱼、雨滴落水面、在水面撑杆跳之类的。尽管水面互动并没有涉及复杂的干涉波纹和顶点位移,但至少给了视觉上的互动效果。

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雪景的环境渲染效果也不错,微弱的米氏散射烘托了冬日的氛围,雪花飘落的效果并不尽如人意,但每片雪花落在地面都有逐渐消融的效果。

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在该场景中景深效果添加得恰到好处,观察人物后的吉他或者箱子就会发现有一点模糊,正是这种效果把你的注意力引向和你对话的小动物。还有一点就是这个场景的物品都有各自的材质渲染,这对于动森来说是前所未有的,并且大部分物品的渲染效果看起来不错。

与前作相比,这一作动森在渲染技术上有了质的飞跃,也是一个利用现代渲染技术增强简单画风的视觉效果的范本!

本文来源:GameXplain  作者:未知
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