《NieR: Automata》的空间声学设计以及借助Wwise实现对多种游戏玩法的支持(一)

Audiokinetic 2020-11-17 0.1k
《NieR: Automata》是一款动作冒险类角色扮演游戏 (RPG),其故事背景设定在遥远的未来。外星入侵者摧毁了地球,人类被迫逃往月球。为了重新夺回家园,人类建立了由战斗型机器人组成的抵抗组织,并在地球废墟上与外星人派来的机械生命体展开了一场激烈的大战。

在游戏中,除第三人称视角外,还可将镜头视角切换为俯视视角及各种横向视角。另外,还可将游戏玩法切换为有声小说游戏和射击游戏。由此可见,玩法的多样性是这款游戏的一大特色。


在开发过程中,制作团队首先开始着手构建被摧毁的地球,也就是故事发生的舞台背景。他们绘制了贫瘠荒凉的废墟、渺无人烟的废弃都市以及草木丛生的旷野。不过,要想鲜明地突出各种环境之间的差异并非一件简单的事情。所以,在此基础之上,音频团队通过声音设计进一步增强了游戏世界的真实性,利用沉浸感极强的环境音效让玩家偶尔停下脚步来感受周围广阔的大自然,从而在紧张的战斗之余得到片刻放松。




在打斗场景中,音频设计需要能反映镜头角度的变换(如以下截图所示)。另外,还要限制这些场景中众多游戏对象发出的声音数量。

横向视角

俯视视角

射击视角

黑客入侵视角

下面,我们就来详细说说音频团队是如何将 Wwise 集成到游戏中的。

利用空间音频技术增强沉浸感

这款游戏采用了混响、声笼和 3D 音频效果器等多种空间音频技术。它们就像给图形着色一样可以把音频空间打造得更加逼真,进而增强游戏的沉浸感和环绕声效果。另外,利用这些空间音频技术还可有效地将整体氛围感打造得更加统一,从而给玩家以强烈的代入感。

首先,我们来介绍一下 3D 音频效果器以及互动混响系统。这些都是专门为这款游戏开发的创新工具。

1. 3D 音频效果器

对于 3D 音频,我们首先想到的是游戏中的3D效果如何才能不受回放环境的影响。《NieR: Automata》并不是一款 VR 游戏,也不要求佩戴耳机。所以,我们需要通过普通的立体声扬声器来展现3D空间深度。另外,在声音设计工作中,还要注意在3D化的同时避免原始声音样本品质受损。

为了不破坏音量平衡,游戏中声音在正前方播放时必须要保证完全还原声音样本身的听感。我们还希望能将该效果器应用于大部分声音,同时还要降低运算处理成本。假如只把效果器应用于少数声音,玩家恐怕无法在3D游戏世界中体验到被 3D 声环绕的效果。

为了达成共识,团队内部的声音设计师和音频程序员对这些创意进行了多次讨论。

  • Simple3D 插件

在达成共识的基础上,我们在游戏中集成了 Simple3D 音频效果器。下图简要显示了 Simple3D 的数字信号处理 (DSP) 流程。

Simple3D DSP 示意图

就像插件的名称一样,它的处理结构非常简单。各条线路会依据听者相对于声源的角度来改变音量和滤波器参数,以此来营造方向感。

在以上所示三条线路中,第一条依次经过 4kHz 和 500Hz LPF;第二条只经过 4kHz LPF;第三条直接传递原始输入信号,并通过改变音量比率来增加或减少高频和低频成分。

最下面一条线路适用于声源转到玩家身后以及其他频率变化的情形。假如除了增减高频和低频成分还有更有效的方式,我们就会通过此带通滤波器来实现频率变化。

下面,我们来看下此 DSP 的设计以及如何调整相关参数。这些参数可以很好地体现效果器的特性。

主观均衡

从上面的示意图可以看出,有一个扬声器必须设在玩家角色前方,而另一扬声器则可设在任意方向。两个扬声器会交替播放粉红噪声,其中前置扬声器应用了 EQ。

随后,我们试听并对比了两个扬声器播放的粉红噪声,然后对 EQ 进行了主观调整,直到两种效果听起来完全一样。我们调整了各个方向的声音,并记下了每个方向的 EQ 参数,以便稍后根据这些参数来优化效果器。

通过这种基于我们主观听觉审美的声学调整,我们实现了不同于?HRTF?的变化,让玩家可以更加轻松地感知方向。

2. 互动混响系统

下面来说说我们在空间声学设计中使用的另一工具:互动混响系统。

  • 射线投射系统

首先,我们试着创建了一个可以自动识别周围地形的系统,以此来生成恰当的混响效果。不过,我们同时还希望将来所有这些参数都能随着其他条件不断变化。我们想充分利用游戏独特的互动设计来构建一个自动化系统,并借助它完成那些过于繁琐的手动操作。最终,我们希望能整合地形材质数据及其他参数,并依据相对于听者的方向来展现反射强度、时长和音色变化,同时根据地形变化进行实时调整。

为了确定周围地形,我们选用了射线投射法。对于每一帧,都会向周围投射若干条射线(方向随机)。在此过程中,系统会记录碰撞点并暂时保留相关数据。根据各个碰撞点和玩家位置,可以计算出每个方向的距离、反射强度和滤波强度。这款游戏的帧率为每秒 60 帧,按每帧投射 8 条射线来算,每秒就会投射 480 条射线。

以下两幅截图直观地显示了射线投射系统,其中绿色圆点为碰撞点。在第一幅截图中,空间较为狭小;在第二幅截图中,空间相对开阔。通过对比,可以看出两者之间的差别。注意,右下角方框显示有空间大小。



  • K-verb 插件

前面,我们说了要运用通过射线投射系统获得的地形数据,来设置各项参数并生成混响效果。为了给这一机制提供支持,我们决定设计一个全新的混响效果器插件。经过反复的尝试和改进,我们发现与一味地完全跟随听者的真实朝向相比,突出表达空间反射和回响的存在可以更加有效地增强游戏整体代入感。而且,在我们的声音设计中,这些细节可以说是肯定要实现的。

Simple3D 插件和射线投射系统主要是为了通过恰当的开发手段获得美学角度上令人愉悦的听觉效果,所以没必要过于纠结仿真的准确性。无论是对于效果器插件还是声学设计创意,我们都是这么想的。另外,还有一点很重要,就是利用这些插件可以降低运算处理成本。

顺便说一句,K-verb 是以音频程序员木幡周治 (Shuji Kohata) 的姓氏来命名的。K 是公司内部给他起的绰号,没想到听起来还很顺口。刚开始,只是我们的声音设计师进藤美咲 (Misaki Shindo) 这么叫他,后来大家都觉得这名字挺酷,所以就一直用到了现在。

下面,我们来看下 K-verb DSP 的奥秘所在。

K-verb DSP 示意图

在左侧,我们可以看到干声分量输入和湿声分量混音?AUX。AUX 对听者来说是 5 个声道,随后被重新混音成 8 个声道,分别对应听者周围的八个水平方向。

中间的环路就是混响本身,其延迟时长、音量电平和滤波强度基于系统根据不同方向的碰撞点计算得出的参数。只是这样的话产生的延迟太长,所以要借助全通滤波器和来自各个方向的交叉馈送来生成混响效果。然后,再把生成的混响声音重新转换成听者感知的四个声道,并混音到主输出中。

MisakiShindo进藤美咲
进藤在独立乐队担任过乐手并曾在乐器店工作,她于 2008 年作为声音设计师加入 PlatinumGames。她是游戏新作《NieR: Automata》的首席声音设计师,主要负责音效制作、Wwise 整合和音效交互系统设计。



ShujiKohata木幡周治
木幡曾在一家电子乐器开发公司工作,他于 2013 年加入 PlatinumGames。作为音频程序员,他负责声学效果相关技术的总体把控。在《NieR: Automata》的开发中,他主要负责声音系统维护和音效整合。木幡的目标是努力探索新的声音展现方式,并将其运用到将来的游戏开发中。同时,他还在不断设法完善目前的游戏音频技术。

注意:本文中使用的所有《NieR: Automata》截图和视频均归 Square Enix Co., Ltd 所有。

《NieR: Automata》

平台:PS4、Steam、Xbox One(仅提供下载版本)
发行商:SQARE ENIX CO., LTD.
开发商:PlatinumGames Inc.
官方网站:https://niergame.com/en-us/
版权所有 © 2017 SQUARE ENIX CO., LTD。保留所有权利。

PLATINUMGAMES INC.

PlatinumGames Inc. (プラチナゲームズ株式会社 Purachina Gēmuzu Kabushiki Gaisha) 是一家日本电子游戏开发公司。 通过坚持打造品质出众、玩家喜爱的游戏,我们希望能成为世界一流的游戏开发工作室。为了实现这一目标,PlatinumGames 团队将锲而不舍。

来源:Audiokinetic
原文:https://blog.audiokinetic.com/zh/the-spatial-acoustics-of-nierautomata-and-how-we-used-wwise-to-support-various-forms-of-gameplay-part-1/

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