大世界游戏制作：《幽灵行动·荒野》程序化技术介绍

作者：Kerry 本文首发于知乎专栏“TA周刊”
地址：https://zhuanlan.zhihu.com/p/164857684

这一次给大家带来《幽灵行动·荒野》项目的大世界制作技术，总共分为四个章节。

本篇为第一个章节：程序化技术篇，分享者Benoit Martinez和Vincent Delassus 分享了关于程序化流程中的一些心得，其中包括之前不少读者私信我关于Houdini与手动流程的结合以及成本、迭代等问题，希望能给大家带来一些启发。（原文地址：https://80.lv/articles/procedural-technology-in-ghost-recon-wildlands/）

最大的挑战

巨大的开放世界最大的挑战绝不仅是地形本身，还包括如此多样的生物群落（11种）。每一种生物群落都要有与之匹配的且特定的景观，植被，岩石，建筑物等。


基本上来讲，我们必须从头开始制定管线流程和制作工具，因为这是一个开放的世界，因为它与自然景观息息相关，并且地形非常重要。

最初，我们使用静态网格模型来制作地形，1平方千米一块地形Mesh（带LOD）。

基于World Machine制作的高度图，我们有一个Houdini流程来自动对地形进行分块并生成对应的LOD，但是从Houdini到编辑器来回过程需要进行大量的维护工作，这点非常棘手，而且一点都不灵活。除了Benoit之外，当时没有人在使用Houdini，因此他是唯一可以迭代的人。


显然，在量产阶段这种做法是行不通的，因此我们决定将重点放在开发定制化的地形编辑器上。功能需求方面，我们希望能够直接在编辑器中以任何比例进行雕刻，能够雕刻山脉的整体结构（宏观）也能调整很小的地形细节（微观）。最初，地形高度图的分辨率为1像素25厘米，但有时觉得精度太高了，这是一个非常繁重的数据量，因为碰撞体和导航mesh也需要同样的精度。我们最终确定了1像素50厘米的高度图分辨率（也就是一米需要高度图的两个像素），同时由于我们还具有硬件曲面细分功能，这已经足够了。


地形只是第一步，随后需要在这上面填充美术资源，这个过程可能需要很多牛逼的美工来完成。由于许多原因，我们不想增加团队规模（成本原因）。大型团队通常意味着需要有非常细化的分工组织。我们是一个很小的团队，我们知道如何合作，我们的流程非常敏捷，我们希望继续保持这个优点。这就是为什么我们决定在Houdini上投入更多资金来开发程序化/自动化的工具。

在美术资源制作方面，关键在于如何平衡3个要素：团队–时间–工具。通常，您不能控制项目的开发时长，因为这是定死的。在我们的案例中，我们决定使用工具来提升生产力，而不是增加团队规模（美工人数）。在巴黎，我们从未有超过15位水平的艺术家来创造所有资产和世界建筑。

使用程序工具

自《幽灵行动：未来战士》以来，我们一直在这里试验程序化方法。我制作的第一个工具只是帮助艺术家放置电线。艺术家正在导出一条曲线，然后再调整一下参数，就能在几秒钟内生成线杆和电线。


然后，我们进一步推进这种程序化逻辑到地形编辑环节，我们自动生成道路，并且添加细节和生成UV，同时凹陷地形做相应的匹配。


我们很快意识到，不仅程序方法有助于摆脱繁琐的任务，而且还节省了时间。艺术家能够专注于质量，有更多的时间来提高自己的水平。

使用Houdini，我们已经能够重新定义工具创建过程。Houdini的学习曲线陡峭，但没有您想的那么难。houdini官方是在线上提供的大量资料，如果您对此很认真，则只需几个月的时间就可以开始创建自己的工具。自从我开始学习Houdini的那一天起，我过去更多地是在艺术家方面，而不是技术方面。它完全重新定义了我处理美术资源的方式。

地图规模

首先，我们去了玻利维亚几个星期，全国各地有4个团队。对我们来说，研究建筑，景观和植被非常重要。我们拍摄了大约15000张照片和15小时的视频。在整个制作过程中，我们都依靠该数据库来创建我们的工具并设计世界，以确保所有内容都是一致且真实的。


到目前为止，我们还没有与外界讨论任何关于世界规模的问题，因为我们希望玩家在没有比较或期望的情况下进行探索。我们认为这与尺寸规模无关。它更多地是关于多样性和您可以达到的细节丰富程度。但它仍然是育碧有史以来最大的动作冒险世界，大概需要花费几个小时才能走遍整个地图。

我们开始使用现实世界的位置数据进行原型制作。在最初的几个测试中，我们只是获取了真实海拔文件并在World Machine中对其进行了完善和细化。



就写实性而言，效果还不错，但缺乏多样性。

获取海拔数据很容易，但是我们缺少好的工具来编辑和组合它们。在Photoshop中编辑16bit和32bit的灰度图是非常麻烦的，当时在包括World Machine在内的任何其他应用中也是如此。最后，我们只是在World Machine中使用噪声和腐蚀从头开始。这并不容易，但是我们想尽办法来提高编辑的可控性，从而能设计出我们想要的地形。在最终生成的这张地图中，没有什么是随机的，每条河，每座山在哪儿都是有它存在的理由，整个设计和制作过程都有章可循。


我们希望得到从最高的山峰到底层丛林的雨水侵蚀效果。这是一个庞大的的模拟计算量。无法在一台计算机上以这种分辨率（64k x 64k）计算如此大的地形。

我们必须在World Machine上进行一些自定义开发。我们向WorldMachine的开发者Stephen Schmitt请求了一些额外的开发。他为分块渲染系统添加了一个额外的变量接口，以便与用c＃编写的专用渲染场一起使用。

我们最终试用了World Machine，并每3天在80台计算机上进行一次计算。

由于成本的原因，这些图块之间的访问受到限制，因此另一个挑战是在不同的机器之间需要确保产生一致的侵蚀。为了解决这个问题，我们先在一台机器上以较低的分辨率渲染大面积侵蚀土地，然后使用Tile系统在渲染农场中分配微侵蚀和其他昂贵的细节。它修正了90％的分块接缝问题。但是当时版本的WorldMachine还不能做到百分百的完美。


我们将Houdini用于许多不同的事物。

• 在地形自动添加其他细节，例如道路和河流
• 根据规则自动放置物体（贴花，森林，建筑物等）
• 创建特定美术资源
• 这里有个自动组合生成建筑物的工具示例。
  

这个工具只是用来快速组建一些通用建筑资源，细节要求不会太高，因此工具能很好地发挥作用。它有帮助你组合窗户和门的大小，窗户和地板的高度等，并匹配UV，而且会生成一些多边形带，以帮助在墙壁/地面交叉点上混合一些污垢。然后手动添加所有细节（窗户，门，支撑）。


对于村落布局，我们采用了完整的程序化方法。

这个想法是要帮助艺术家，使他们有足够的控制权来实现有趣的图形分布，多样性和美观的居住环境。它为他们节省了足够的时间以便手动添加细节。


无论程序生成的质量如何，它都不是完美的，并且需要艺术家干预。您是如何解决的？

我们完全同意。我们学到的是不要过多地提及程序化，因为每个人都认为“程序化”就像是一个魔法按钮，按一下就能获得无聊而乏味的结果。对于程序化，我们更多地认为这是辅助艺术家解放生产力的工具，使他们在构建一个完整大世界拥有足够的控制权。对于每种特定工具，我们都会与专门的艺术家紧密合作。他是决定该工具将如何发挥作用，他需要什么以及他希望它如何工作的人。关键是能够大规模构建并节省时间。然后，利用节省下来的时间，我们可以专注于细节和提高质量，因为这是程序化无法做到的。在使用程序化和手动之间也要取得平衡。在某些情况下，我们需要完全手动控制，并且我们将完全手动指定某些位置，而无需任何工具。我们可能想在某些地方设定Boss在村庄内的位置，然后我们可以使用程序化工具在其周围创建村庄。

程序和手动不能很好地融合在一起。当您开始在程序化的基础上手动修改，您必须锁定它。如果不这样做，您将在下次更新时丢失所有手动调整的结果。当然，我们有一些解决方法，但这并不是一件简单的事。在大多数情况下，我的建议是在继续手动操作之前要先锁定程序化数据；或者设定一个手动区域，程序化构建的时候会绕过这块区域。

最后，究竟哪些需要程序化、哪些需要手动完成，其实无所谓，主要看项目、团队、美术的喜好等等因素共同决定。


如何管理一个大型项目

我们有4位Houdini艺术家（包括Benoit）。在制作过程中我们学到了很多东西。我们最终使用Houdini超出了我的预期。

我们了解到的是，构建（大量）工具会改变您的生产节奏


常规量产过程是线性的。您有一个团队，从第一天开始，他们就制作资源并构建关卡/世界。

当您决定专注于工具时，您会经历一些平稳阶段。这并不容易，因为有时您只是不知道需要多长时间。但是，当该工具准备就绪时，只需几天，您就可以推送新的大量的内容。最后，这比你仅用蛮力所达到的制作速度会更快，处理的内容量会更多。

这正是地形，河流，道路，铁路，森林，定居点，矿山等等之类的制作流程所展示出来的实际收益。我们每一层的资源内容逐级叠加，整个世界就是这样一层一层内容地叠加制作完成的。


Houdini团队中的每个人都在使用一些特定工具：

• Guillaume在所有后端上工作，并确保Houdini管线的可靠性和高效。他特别从事关于渲染农场的分布式计算。
• Erwin主要负责道路和村落分布。
• Twan负责建筑工具，河流，田野和关于音效的工具以及gameplay等等。
• Benoit设法保持这些工具流程的健康高效的运行，并推动了建筑学的运用，同时研究了植被，岩石，贴花和电源线等。
  

当您开始用Houdini进行场景制作的时候，您可能会犯的最大错误是尝试在一个工具之内完成所有工作。一个功能任务对应一个工具，这样维护会更容易。最难得部分是需要为每个工具正确定义输入和输出，以便工具之间能够相互引用数据。

例如，桥梁工具可以单独使用。但我们用铁路工具的时候，也可以使用它在需要的地方自动放置桥梁。


利用Houdini的优势

Houdini是一个工具箱。无论您生产什么产品，无论规模如何，Houdini都能为您提供帮助。您可以使用它来自动执行任务，创建内容，帮助美术师（或声音设计和游戏程序员）。它既灵活又强大。

Houdini本身很有价值，但我不得不提到Houdini-Engine。基本上，它是Houdini核心API，您可以将其集成到主机应用程序中。在我们的案例中，我们确实在内部编辑器中集成了Houdini-Engine。这意味着TA可以在Houdini中创建工具，任何艺术家都可以直接在编辑器中使用这些工具。这是一个示例，说明它可以以多快的速度创建现成的工具：


Houdini帮助我们扩大了思维范围，超越了艺术水平。我们对所取得的成就感到非常满意，令人兴奋的是，我们将能够在此基础上进一步发展。

最后，欣赏一下这个由一群非常敬业且有才的艺术家共同创造的世界。