浅谈《Sky 光·遇》中的渲染技术

分析顺序根据个人喜好和出现顺序，有想法或不同见解尽管留言

苹果为什么给Thatgamecompany三分钟

首先，别管用什么引擎，移动平台的图形API一般用OpenGL；苹果之前就推出了Metal打算在自己设备上替代OpenGL；但是大部分开发者不愿意，两个商业引擎的支持也不到位；Thatgamecompany的自研引擎很好的接入了最新的Metal 2。
粗略的说原因就是开发sky光遇的引擎把苹果的自家图形API Metal 2用得很6，展现出了Metal 2的强大，呼吁开发者使用Metal 2作为图形接口，而不是OpenGL。（据我了解，Unity和Unreal对Metal的支持还停留在上个世纪的版本，截止2019/10/21）
你可以先读Apple’s Forced Move to Metal 2: Great for Game Developers? 和苹果抛弃 OpenGL !了解一下苹果的战略意图。
那么对比OpenGL，Metal 2优势在哪呢？
请去看视频 Introducing Metal 2

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云的渲染

常见的做法有这么几种：

1. 3A常用的RayMarching体积云
2. 上个世纪的片面云
3. 纯Mesh云，或Mesh与片面结合 时空幻境作者作品The Witness有用到
4. 最Low的软粒子云，PC都用不起

其中，RayMarching云有很多种做法：

1. 云的形状来自于可平铺的3D Noise，地平线的做法，很省内存128^3的噪声纹理，一张天气图，一张高层云纹理。实现请去看 GPU Pro7 II 4，还原到可以使用的地步，亲测没那么容易, -_-||
2. 云的形状来自于3D纹理，纹理中存储了云的形状，云的形状容易控制，实现也相对简单，但内存消耗高，当然这取决于云的种类数量
3. 提前在Houdini里做好特定形状的云并渲染，直接导出体素信息再到引擎里，云的形状容易控制，但不支持动态光照

光遇中的体积云：

移动设备RayMarching几乎是不可能了，比较流行的说法是通过3D可平铺噪声对用多层Mesh顶点偏移，你的Mesh什么形状，云就大体什么形状。根据WalkingFat老哥的测试，干掉深度Pass的情况下，中端安卓30FPS+。（但是，你的游戏里又不是只有云，虽说这游戏云占了大半屏，光遇的UI这么简单，一个是游戏风格因素，另外我觉得机能全用到云，草，任务，粒子效果上了。。）
WalkingFat已经在他的博客讲解了他的做法，这里就不赘述了。

草地的渲染

因为自带的地形，没有对草合批，根本没法用，所以
大面积草地常用的做法：

1. 利用GPU instancing绘制，提前计算好坐标，或者在文件中读取，用DrawMesh等函数一批最多绘制1023个实例，传人物坐标到Shader，扰动在Shader里做。具体做法，我以前写过，也可以从Git上下载源码做参考GrassSkyLight，很早之前写的，不好看，代码诟病很多，凑活看吧。
2. 曲面细分，这个做法确实骚，但是移动端不太敢想。具体做法已经有老哥分享了，不再赘述。

光遇中的草地：

众所周知，旷野之息中的草分为近草中草远草，根据距离划分层次节省性能；
光遇似乎没有这样做，但也在你不容易注意到的地方省了十几或几十个批次，比如下图中高地上的草只是沿着UV方向流动的贴图。这种地方很多，把机能投放在了玩家更能注意到的地方。

这里我只能大概猜测它的做法：广告牌，Gpu Instancing，流动纹理。草和花的HDR强度似乎也会根据流动的贴图呼吸，或者根据时间。扰动的做法，同上，包括扰动变亮。

人物渲染

刚进入游戏，就看到了次表面散射，也就是于是玉石的效果。
关于次表面散射：
GPU Gems1 III 1 就详细讲解了实时次表面散射近似；
GPU Pro 1 III 7 也有屏幕空间的次表面散射；
网上博客多的一批，各种意义上的实现并不困难。

虽然图没截好，但我想说的是，人物的“斗篷”没有写入阴影，似乎是因为写入阴影会影响人物身体的视觉效果。非真实渲染管他阴影什么的，好看就行。
人物胸前像奥特曼呼吸灯一样那个东西，是HDR曝光，这么推测的原因是遮挡多一点就不怎了亮了。
人物升级还是什么的某种特殊状态的强菲涅尔，没截到。
其他边缘光什么的就不提了。

后处理部分

1. HDR开启，曝光启动。游戏中大部分发光都是这样做的。
2. 经常看到的太阳十字光晕，应该是屏幕空间的效果，因为经常能把人物盖住，像准星一样。
   
3. 抗锯齿部分。这个游戏抗锯齿很到位，个人肿脸推测可能是TAA，自从Inside之后就很流行，性价比高。简单来说就是保留上一帧的VP矩阵，Pos * ViewProj^-1 * VP，变换到上一帧的裁剪空间里，对上一帧采样，以达到升采样的目的，可多帧，TAA对体积云很受用。具体去看Inside的PPT分享，也不排除MSAA * 4
4. 目前就看到这些

关于优化

1. 上图中，鸟数量很大，但仔细观察，除了坤，都是双面渲染的面片。Gpu Instancing就特别适合这种数量多，面数少的。这鸟也没阴影，整个鸟群可能一个批次就完事了。
2. 不存在摄像机深度。这个游戏的似乎没有用到摄像机深度图，经常出现的那个扩散球的的效果，没有对球与地面接触的地方额外画线，也没有景深什么的。省了省了
3. 因为是移动平台，场景中灯的数量也比较少，所以前向渲染。

其他部分

水

这个游戏的水做的一般，截止到2019/10/21这个版本，如果仔细看，可以看出流动贴图的不协调感。

就玩到坤那里，我感觉画面挺好，就是玩着没意思，未完待续