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    (转) 西川善司【神秘海域（Uncharted）】的图形分析--上
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    成林 + 关注 3869
    发布于 2018-8-12 00:29:01

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    注：原文较长，分为上中下2贴！！原文地址见贴尾！
    本文是为传播0月8日发售的【神秘海域 合集】魅力而短篇连载的第2回，这次主要集中在神秘海域系列的图形的技术方面。
    原文链接在http://weekly.ascii.jp/elem/000/000/370/370079/

        译者注：另外因为本文引用的神秘海域的技术分享大多是在GDC2010和2012年的，图形技术上距离2016发售的神秘海域4有了一些差距，
    在角色渲染部分，我追加了一些西川善司以前分享过的角色渲染方面的资料，另外原文网站里的贴图较小还加入了网站水印，
    这里为了方便理解，我重新从引用的PPT里截取了更高清一些的图，
    另外我也注释了对应的PPT的名称，一些具体的技术细节，还是建议自行搜索下载来阅读原文。
    1.jpg

    跨越“恐怖谷理论”的神秘海域系列的角色表现
        神秘海域是冒险动作类的故事，由有魅力的角色来进行表演。这些有魅力的角色是人类，而不是拟人化的动物。
    我们对于游戏中登场的拟人化的动物角色，从宽容的视角可以感觉到“可爱”，要是人类时情况有所变化。
    不成熟的人类表现会有感到“很难受”。这个就是有机器人专家森政弘提出的“恐怖谷理论”的现象。

    根据森政弘的假设，随着人类物体的拟人程度增加，人类对它的情感反应呈现增-减-增的曲线。
    恐怖谷就是随着机器人到达“接近人类”的相似度时，人类好感度突然下降至反感的范围。
    “活动的类人体”比“静止的类人体”变动的幅度更大。    https://zh.wikipedia.org/wiki/恐怖谷理论
    神秘海域系列中，通过加入先进的图形技术，在PS3世代实现了最高真实等级的人类表现。
    2.jpg
        首先，人类表现中最重要的项目是皮肤的表现。人在人类社会中生活已经已经习惯了真实的人类皮肤。因此，看到不自然的皮肤会有强烈的违和感。PS2世代的人类角色的皮肤看起来像纸质的塑料或陶瓷感。这是因为在人类皮肤的反射元素中，只有扩散反射“Diffuse”的部分被绘制了，扩散反射就是像被照射的光那样来扩散的反射现象。相对的就是镜面反射“Specular”。和入射光同样的角度来射出，像镜子一样的反射现象。

      PS3世代时，人类皮肤中加入镜面反射颜色的游戏图形也增多了，这次看起来像是光滑的厚的化妆一样。

    --------------------------
    実は人間の肌は透過率こそ低いものの半透明材質なので、拡散反射と鏡面反射の反射モデルを採用しただけでは表現が出来ないのである。
    では、人肌はどんな反射現象をするかというと、半透明材質の人肌に光が差し込むと、光は皮膚下に浸透し、皮膚内部で散乱して差し込んだ場所とは別の場所から出てくるのだ。
    しかし、そんな複雑な反射現象はゲームグラフィックスでは実現不可能である。
    ------------------------------


    实际是因为人类皮肤是透过率低的半透明材质，只是采用扩散反射和镜面反射模型是无法表现出来的。
    光射入到半透明材质的皮肤，渗透到皮下，在肌肤内散射并从其他地方射出。但这种负责的反射现象在游戏图形中是无法实现的。

       这里，神秘海域里把电影【黑客帝国2：重装上阵】的CG制作采用的“皮下散射模拟”做游戏向的省略化来使用。


    关于人类皮肤的皮下散射现象的概念图。

        神秘海域系列采用的近似皮下散射模拟，是把普通的扩散反射模型的光照结果，通过人类皮肤射入白色光时观测到的颜色分布（接近照射点是白色，向远处由经由黄色并接近红色）来做模糊，是相当简单的方法。但但是这种方法的效果非常好，发挥出的真实性与以往游戏的皮肤表现划清了界限。


    人类皮肤的“Diffusion Profile”，在黑暗中对人的皮肤照射白色的激光，测量照射点外围的发出的光的颜色，这样容易理解一些。
    中央接近白色，经过黄色向远处变红色。

    反派角色Zoran Lazarevic的用白色光来光照的结果。图像用Texture空间来显示。

    把光照结果用“ Diffusion Profile”来做模糊。

    把它与进行普通的扩散反射与镜面反射的结果相加，再现出真实的皮肤的半透明感。

    译者注：由于最初由Nvidia提出的方法太费内存，神秘海域使用的是ShaderX7提到中更轻量的近似方法(Fast Skin Shading by John Hable, George Borshukov, and Jim Hejl.)

    实际的游戏场景中的一个镜头（神秘海域2）


    要在2016年发售的神秘海域4。采用了同样的近似皮下散射模拟，品质进一步提升。第4作可以看出是把迪士尼动画工作室在SIGGRAPH2012上发表的基于物理渲染技术面向实时进行简略化来实现的。

    译者注：这里要解释是，上文中神秘海域2采用的技术Naughty Dog是在Siggraph2010年分享的，而后几年， Activision Blizzard的Jorge Jimenez提出Screen-Space SSS成为了主流的方法。皮肤渲染相关的一些新的技术，在我翻译的西川善司的【WITCH CHAPTER 0 [cry] 绝密开发中的史克威尔艾尼克斯的DX12技术演示全貌】中也有描述，在SQUARE ENIX的自研引擎 Luminous Studio中也得到了很好的实现。

    Jorge Jimenez 的基于屏幕空间的角色渲染的ppt在 http://www.iryoku.com/ 里有下载，另外Siggraph2011上Eric Penner提出的Pre-Integrated Skin Rendering效果比神秘海域2的方法更好，也成为了在移动和低端设备上实现皮肤渲染的主流方法。


    Jorge Jimenezz的SSSSS的算法概念图，通过屏幕空间的后处理来进行模拟次级表面散射的模糊处理。



    SQUARE ENIX中的WITCH Demo中的皮肤的表现



    Eric Penner的Pre-Integrated Skin Rendering，相比屏幕空间的方法，更适合移动终端这种带宽和填充率比较低的设备。


    和皮肤同样重要的毛发在神秘海域系列中实现了有讲究的表现

        现实中的毛发是很细的圆筒形，这样光在头发表面反射的同时也会向内部渗透，渗透的光会在其他的位置射出。这样就产生出称作各向异性反射的特殊的光泽感，在日本通常被称作“天使之轮”。

        神秘海域系列中的毛发，采用的是基于SIGGRAPH2004上ATI Research（AMD）的Thorsten Scheuermann发表的论文【Practical Real-Time Hair Rendering and Shading】的各向异性反射模型，作为多边形片植入到头皮的“鳍型”方式实现的毛发表现来说，是相当真实的外观。

    在AMD的在Rendermonkey的Example里就有这种方法的实现。



    左图是神秘海域1的内森（主人公），右图是神秘海域2的内森。不光是多边形数是从2308提升到了4002，第2作中也对应了毛发特有的各向异性反射的表现。


    渲染后


    关闭毛发Shader时，相当于神秘海域1的效果



    打开毛发shader时，神秘海域2之后的效果


    译者注：这里神秘海域并没有完全使用AMD的方法，在Specular上还是采用的Kajiya-Kay的方法。最近几年，除了着色外，头发的生成方式也有了很大的进步，比如SQUARE ENIX的Luminous Studio中借鉴的Nvidia的Hair技术，以及子公司EIDOS与AMD合作开发的TressFX3.0，借助Directx11的Compute Shader和Tessellation Stage，实现出了更真实的头发。  

    ----------------------------------------------------------------

    Luminous Studio的毛发是基于NVIDIA的Sarah Tariq氏的论文  http://sarahtariq.com/HairCourseNotes_SIGGRAPH2010.html，另外在Nvidia的SDK11中也有这个的Demo和源码


    以SQUARE ENIX在2012年的 AGNI'S PHILOSOPHY里的方法为例，首先是在角色头皮上植入板型多边形的方法。



    接着加入了线段方式的头发。


    SE的最新的WITCH Demo中的毛发效果



    上图着色方式中，最右边的就是AMD的方法。


    SQUARE ENIX的WITCH Demo中，使用了Marschner的方法来做毛发的阴影。


    使用EIDOS与AMD合作开发的TressFX3.0，最有代表性的游戏就是古墓丽影，在AMD的网站上可以下载到TressFX2.2和相关技术文档。
        译注结束。

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    原文地址：https://www.cnblogs.com/TracePlus/p/5123321.html



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    GaiYin210  发表于 2018-8-13 09:59:58  
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    广角影音  发表于 2018-9-10 00:23:38  
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    源О湖  发表于 2018-9-29 20:28:36  
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    qq_AWEN_Bre  发表于 2018-10-12 11:09:38  
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    童画  发表于 2018-10-14 17:13:20  
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    谢谢楼主分享！！！
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    深海幽蓝  发表于 2018-10-15 08:16:57  
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    り似水ヾ年华  发表于 2018-10-15 08:21:05  
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    fatlong  发表于 2018-10-15 09:49:03  
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    非常强大的技术。
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    xsecretx  发表于 2018-10-15 09:51:01  
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    xsecretx  发表于 2018-10-15 09:51:03  
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