天美最难技术美术攻坚战：3年解决3座大山

在强调工业化的当下，越来越多游戏公司意识到了技术美术（TA）的重要。

《王者荣耀》对此恐怕深有感触。以王者的体量，任何底层改动都将牵扯无数逻辑。但在最近几年，它的美术品质有了质的飞跃。在这一过程中，整个团队对于技术美术的重视和扶持相当关键。

前一段时间，我们对《王者荣耀》美术团队做了多轮采访。在这个系列的最后一篇文章，我们聊了聊王者的技术美术变革。那些正在升级研发管线，探索工业化生产流程的团队，或许可以从这场持续数年的攻坚战中学到一些经验。

01：变革的三座大山

刚刚上线时，《王者荣耀》在3D美术方面的亮点并不多。

在那个玩法还没被时代验证的阶段，能实现5v5实时对战都已经相当难得，大家几乎没有余力追求更极致的品质。在相当长的一段时间里，整个团队甚至只有一名TA。


2019-2020年，面对行业变化和用户需求的提升，王者团队扩充了TA团队，准备把品质提升到新的高度。受限于品类，他们并没有一上来就追求最极致的美术效果，而是先瞄准了PBR这道难关。

可能有人要问了：PBR都流行多少年了，这有什么难的？但情况远比想象中复杂，在种种因素的制约之下，摆在他们面前的有三座大山：

第一，革新制作流程的生产风险。虽然王者在迭代时也曾加入了一些PBR的代码，但团队依旧保持了之前的制作思路，大量工作都在依赖手绘贴图。如何让团队有意愿，有能力接受整套PBR流程？

第二，重构渲染模块的性能风险。王者上线已经太久。为了降低迭代的风险，之前团队往往会在核心框架的基础上进行迭代。可随着时间的推移，迭代次数越来越多，代码越来越复杂，在旧框架上进行「修补」的成本也越来越高。想解决这个问题，必须重构整个渲染模块，「开着飞机换引擎」；

第三，重构美术效果的风险。面对海量用户，团队必须考虑大家对于美术效果翻新的接受程度。而且就算实现了非常极限的美术细节，那些中低端的机型又该怎么办？万一好心办了坏事儿，大家可输不起。

这三座大山的存在，几乎让王者成了业界最复杂，也最难搞的项目之一。TA团队陷入了窘境。

02：重新优化PBR，如何替代光线追踪？

经过反复推敲，TA团队决定在推进流程变革之前，先帮团队树立信心。

PBR的全称是「Physically-Based Rendering」，即「基于物理的渲染」。“比如做一个纸杯，以前它的质感、立体感全部要靠手绘。而PBR是要告诉计算机，这个杯子是用纸做的，纸的物理属性是什么，光照强度又是多少……最后让计算机给出效果。”

和高质量手绘贴图相比，PBR的流程更清晰，更容易实现标准化的批量生产，调整起来更加迅速。而且它还能融入动态光影效果和叙事性光照，实现各种特殊质感。更不用说一旦打通这条科技树，HDR lighting、HDR Display、DBR甚至NPR等先进技术的前景都摆在眼前。

但PBR只是一种方法，它并不能100%保证品质。“很多项目都讲自己用了PBR，但你看到画面之后就会有些怀疑……”而且在过去几年，王者的美术团队已经把贴图画到了极致。如果直接替换，素材的质量反而还会降低。

于是TA团队开始研究目前移动设备流行PBR方案的硬伤，最终他们把问题聚焦到了局部散射/反射和全局光照上面。

举个例子，同样是做一枚金镯子的时候，程序员会把它周围的环境贴图染成金黄色，贴在镯子上，实现金灿灿的反光效果。但美术会说：这个效果还差点儿意思。因为在真实环境中，镯子的光不只会反射到环境当中，还会在镯子的凹陷处和环境之间「弹弹乐」，变得更加好看。


如果是主机游戏，这个问题可以通过屏幕空间光线追踪来修复。但在移动设备上面，这种需要在内存里做大量操作的技术特性非常消耗性能，往往会被阉割——有追求的美术团队肯定不会支持这种粗暴的阉割行为。

那该如何让像素感知到周围的几何信息，并表现出相应的颜色？TA团队想了一套方案：把周围环境的情况，即可见性（Visibillity）全部编码到像素中，以此计算光线要在本体反射多少次才会追踪到环境，又有多少光照来自外界环境的反射；并对反射亮度进行色彩校正，最后再把降维之后的数据呈现出来。其中的原理，有些类似能在不同视角下，能够呈现出不同图案的防伪镭射卡片。


与此同时，他们还引入了更多的调节参数。比如金子的入射率大于反射率，会吸收场景中的其他波长，把它们都转化为金色，这涉及到自遮挡和反射的强度。而在工具当中，只要提高「反射到自身的亮度矫正」，就可以做出类似的效果。“比如现在我们能实现的玫瑰金，以前打死都做不出来。”


最后，他们又在团队内部成立了美术专家组（TAA），先用成品为大家演示新技术的效果，凝聚共识，再推动技术和流程的改革。

TA团队称，他们差不多花费了一年的时间，才证明PBR的细节也能不比手绘逊色。而只有整个王者团队都达成了这样的共识，一切变革才能实现。

03：逆向渲染，运用AI，从结果倒推过程

可在采用了新的工作流程之后，团队又在重构渲染之后的美术效果上遇到了问题。

PBR向来牵一发而动全身。在一次升级时，TA团队曾改动了一个渲染公式，让它更符合物理规则。“从正确性来讲，它肯定更正确了。从艺术性来讲，两个灯光确实有了微妙的变化，你很难说出哪个更好。”然而玩家对结果并不买账，因为光影变化之后，角色的脸和以前看起来不一样。

如果类似的问题得不到解决，渲染模块的重构将举步维艰。如何让角色关键部位的观感保持不变？最终，他们决定采用「逆向渲染」的方案。

在传统的PBR流程当中，美术要根据PBR的算法，绘制贴图，调节参数，最终渲染出自己想要的图形。但逆向渲染允许美术先给出想要的贴图，再由程序自行寻找合适的算法。这项方案背后是一系列的AI技术，“类似于让人工智能下围棋，只是把棋盘换成了几千x几千的贴图，RGB三个通道，和256种不同的组合，完全匹配就算你赢。”

而在硬件优化方面，「逆向渲染」一样有应用的空间。“A手机内存特别快，但芯片计算不太行，我们就把计算转移到内存来做；B手机内存不行，但芯片特别NB，我们就用压缩解压缩的方式代替内存，最终实现一样的效果。”

在这套方案的帮助下，不管渲染算法如何变化，系统都能模拟之前的渲染风格。美术团队在适应PBR流程的时候，也有了另一种解决方案。这让王者的游戏资产变得更加稳定，也让它度过了「开着飞机换引擎」的阶段。


04：从PBR到「DBR」，基于数据的渲染

在通过各种技术手段提升了美术效果之后，王者团队要面对的最后一关是优化。

大多数游戏的优化方案很好理解：配置分为高中低三档，最高档可以力场全开，HDR、抗锯齿、高帧率、阴影样样都有；而如果设备性能不足，那就把这些特效关掉几个。换句话说，研发团队付出的努力，最终只会变成属于少数玩家的福利。

但TA团队放弃了这个方案。经过反复尝试，他们决定拆分资源的制作与分发，让PBR只停留在制作阶段，将分发交给「DBR」，即「基于数据的渲染」来处理。

解释起来，就是在资源制作阶段，团队依然会遵循PBR的流程；但在分发阶段，团队会根据不同手机的承受范围，把PBR效果的数据重新编码，再通过取平均、求特征等机器学习的方法来降维合并数据，把它们在手机端解码呈现出来。

在这套逻辑下，团队不需要考虑中低端手机跑渲染的能力，只需要计算机器承受数据的上限。而且所有手机都能保存元素、色彩、质感等艺术构成，只是没有那么高的精度。“就像在手机上看电影级画质的视频。”


除了提升中低端机型的体验，DBR还进一步优化了美术团队的工作流程。以前为了做王者峡谷的地图，项目要分出三个小组：最高档的画质可以全程PBR，中低档画质则要用手绘贴图，甚至更古老的方式来保证效果。只要地图出现一点改动，三个组就要同时返工。而现在，所有人都可以为最好的效果努力。

不过对于美术团队来说，推进DBR的阻力还有时间。以往大家只要把贴图画好，就可以直接打包进游戏看效果。可现在每次大家调完参数，还需要程序经手才能放进游戏。获得反馈的时间从以前的两三个小时变成了一两天。最终TA团队下了血本，把流程重新压缩到了几个小时的程度，终于让大家重新获得了接近原来的体验。

TA团队表示，DBR彻底改变了王者的优化效果。“现在我们只有最高配是全套PBR，其他配置的性能可以全拿去支撑三角形。它的几何复杂度是以前的几倍，但性能开销可能只要60%-70%。”

到了这里，TA团队终于解决了曾经摆在自己面前的三座大山。而《王者荣耀》3.0版本的美术品质，也终于帮助团队度过了技术焦虑期，达到了他们从未实现过的程度。


05：结语

当然，上面介绍的这些技术，只是王者TA团队的一部分成果。可微渲染、HDR优化……他们还在尝试更多的东西，继续优化整个团队的工作流程，实现更好的美术效果。

“一方面我们的分工要越来越细，比如现在有的同事只负责「布料解算」模块；另一方面，我们的综合思维能力也要更强。只有精准定位问题，协调各个部门的需求，用工具优化流程，才能让技术团队更好地把问题狙击掉。我们的存在就是降低行业的准入门槛，让专家能做自己更擅长的事儿。”

而在王者引入东方美学的理念之后，TA团队也有了更大的野心。在未来，他们想把「意境」用技术的手段实现出来，这需要一个算力更强的全息系统。


“在技术发展到一定程度之前，渲染讲究的都是更直接的关联。比如太阳光照射到我，我被照亮了，有个影子，仅此而已。但如果我们要追求意境，可能就要更含蓄一点：太阳不是直接的太阳，而是被云层遮挡了一半的太阳；被照射的人也不是直接的人，而被笼罩在云雾之中。

想要达成这种效果，需要大量的算法和算力支持。团队不仅要有全局渲染的数据，让画面足够真实、有内容，让场景能激活用户的神经；同时还要隐藏一些东西，比如隐去一个点光源，发散成墙大的光幕，再算出面光源阴影，微弱的光照起伏、一些流体的雾……这样的环境再搭配中国特有的元素，以及群青、品红等特有的色彩构成，最终给人的体验，才是东方美学。”


TA团队告诉我，技术美术的研究工作有点儿「大道至简」。最终解决问题的，可能只有5行代码；但为了明确问题，可能几名资深的同事要付出3年的努力：“这背后是整个美术团队的支持，以及对新技术试错的耐心。毕竟到了目前这个阶段，已经没有先例可循，只能摸着石头过河。”

在这些过程中，唯一确定的是一条工作准则：不急功近利，不找捷径，永远要去克服最关键的技术问题。

举个例子，如果想实现通透的角色脸部效果，最直接的方法就是攻克光照反射和透射。如果只是追求贴图的通透，研发要用更多细节遮盖穿帮；如果用自发光的方式模拟透光的效果，那天黑之后这张脸就会变成灯泡。想解决这个问题，又要让发光和其他条件建立联系……

“遇到困难的时候，人往往会沉迷于捷径。但每次绕开一个问题，就会遇到更多问题，最终迷失到众多的分支里。做游戏应该是一件很纯粹的事情，我们就是要刚正面。”

COD图片素材来源：

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


来源：游戏葡萄
原文：https://mp.weixin.qq.com/s/bU3GZaUVRu-f9FIgy7CNiQ