Unite 2019｜《使命召唤手游》的引擎技术升级与演化

　　《使命召唤》无疑是今年腾讯手中最重磅的IP之一。在Unite Shanghai 2019大会中，腾讯天美J3工作室技术副总监郭智分享了《使命召唤手游》的引擎技术升级与演化。

演讲内容

　　大家好，感谢来到Unite 2019会场听我的分享。

　　首先介绍一下自己， 我是郭智，2011年入职腾讯，现任腾讯天美J3工作室任职技术副总监、技术专家，负责整个工作室手游客户端的研发和一些管理工作。我有数十年从业经验，负责过不同品类项目的开发，用过一些自研和商业的引擎，做过几款FPS游戏，有比较深厚的积累。

　　下面是我所参与过的游戏，主要涉及MMOG、FPS以及各种端手游，涉及的引擎最左边的一些自研引擎，第二款是用的Gamebryo，第三款是Unreal，后面涉及到Unity 5的一些项目的开发。目前Unity使用得比较多，也做过Unity项目的整个引擎升级。

　　2017年大家都知道是手游画面升级的元年，所以对于今天，对于引擎技术来说，我们首先要聊一聊画面。对于整个游戏的画面来说，我先要谈一下整个画面呈现标准的建立。

　　相信各位以前从来没有听过什么叫做画面标准，说的都是要用哪几张贴图，怎么做，画面标准都是美术师去定的。 《使命召唤手游》的目标是打造3A手游呈现画面，所以我们必须探索普PBR时代画面呈现的最佳实践与升级。

　　对于整个IP产品来说，首先是要定义制作的主基调。《使命召唤手游》开始立项的时候，我们为了性能经历过一段时间的纠结，纠结要不要使用Phong的模型，要不要使用最经典的手绘模式。

　　去年我们对《使命召唤手游》的游戏画面做了重大的翻新，使用PBR去复刻整个主机的画面效果。只有能达到主机的品质，游戏才能上线。我们需要挑战的是达到主机画面的丰富度和还原度，去满足整个IP高端用户的主机情怀。

　　既然要制作PBR，我们要做的第一件事是统一制作管线和技术管线。

　　对于制作管线来说，美术需要的所有的贴图资源都需要在线性空间进行计算，无论使用任何工具去制作任何贴图，都需要是线性的。

　　对于技术管线来说，需要为引擎定义统一的渲染管线，也就是渲染管线是通过技术做Scalable的HD渲染管线，对于高配进行HDR的RT输入，对于低配来说为了节省性能不能做任何的后处理，就使用OnePassHDR的管线，使用Tonemapping在最终的Shader做相应的数学拟合，来拟合我们的目标曲线。

　　整个的制作管线和技术管线建立之后，我们再谈谈画面标准的建立。

　　对于画面呈现来说，我们需要一致的画面标准，例如这个角色，每个像素我们都要定义得非常标准。在国际标准上，任何的3A游戏里面都要定义Material Model、Lighting Model、Shading Model。

　　标准建立了，就可以用同样的语言说话。如果没有这个标准，美术同学会说我要这样贴图，这里面画点光上去，要做一些阴影的效果。统一标准之后，在团队里面，每个场合里面就不会再有分歧和异义，讨论起来非常简单。

　　这些标准都是具有物理意义的参数和基于真实物理的定律，也就是遵循PBR的。还有一点是全场景物理一致的光照环境，也就是说我们要使用动态的光影+PBR+IBL。

　　下面介绍 Material、Lighting 和 Shader这三个方面，在《使命召唤手游》手游里面到底是什么样的。

　　首先看一下Shading Model是什么？

　　我们构建了完整的手机平台的PBR光照方案，用分级对PBR进行近似。我们提出4级的PBR的数学拟合，最高级肯定是给现在的835这些系列的高端的GPU去用的，3级就是在520这种机器，2级给更低端的机器，最后1级为那种兼容型是有问题的机器去使用，解决所有的兼容性问题。

　　人物在高中低配都使用最完整的PBR方案，也就是说不会做Shader LOD的切换。直接光用了GGX Specular+Lambert diffuse，间接光用Cubemamp做GI Specular，用SH Probe做GI Diffuse。

　　对于建筑，出于性能的考虑，低端设备会简化一些光照的部分，就是刚才说的Shader LOD。直接光会在远景用Shadowmask，直接光不会烘焙进光照贴图，直接光用纯动态的光照，间接光用的是IBL Cubbmap+GPU Bake的光照贴图。

　　再来看看材质。固有色、一张法线加上粗糙度合并的贴图、金属度+AO放在另外一张贴图。材质接受了光照探针的间接光照和一个直接光，以及来源于环境的间接光，最后得到整体的呈现，这就是Material Model 和Lighting Model。

　　现在整个团队所有场景就基本确定了。确定之后我们要讨论的是制作本身，对于《使命召唤手游》这样一个3A级手游里面的一些制作管线。

　　相信可能对于一些程序或者开发者而言，其实不怎么在意制作管线。但是我认为所有的技术人员都需要了解美术，甚至策划的一些工作，这样才能把游戏制作好，所以我们来聊一聊对于3A级手游中的制作管线。

　　我们来看看3A级手游制作中的核心因素。

　　第一个是量产。所有的游戏现在最慢也需要3年才能制作完成，但是往往我们没有那么多费用或者时间，所以我们需要大量的外包。量产能够保证我们所有的外包、所有的人员、所有的开发、所有的美术标准都统一，才能达到量产。

　　第二个是引擎。现在对于任何引擎都要做成我们认为一二年后所看到的最好的样子。

　　最后一个是性能。无论是主机平台、还是PC平台、手机平台都是非常重要的，不可能让玩家玩得很卡顿，肯定要有最流畅的体验。

　　量产、引擎、性能这三个因素决定了我们整个游戏的制作管线。

　　对于制作管线来说，使用流程与工具保证美术素材的正确性与合理性，原则有二个：

　　美术素材输入一切都符合PBR标准。也就是说你不能画各种阴影，你的色彩，你的明暗不能大于我们所认为推荐的值范围。

　　需要统一所有的生产规格和生产环境。这一切达到之后才能量产化。达到统一规格之后画面才是统一的，才是认为能够把握的样子。

　　PBR最初是欧美那边提出来的，初衷其实不是为了效果，而是为了量产。

　　量产的策略其实有几个：一个是验证，我们能尽可能地验证。其次是文档，我们需要有各种各样的白皮书，各种各样的地方去阐述我们的思路。最后一个是科学，PBR诞生本身是工业化的产物，不是美术或者是艺术的产物。

　　当一味强调各种各样的Hack，强调美术不同的制作方式，强调每个技术美术做各种各样的画面的雕琢之后，就不可能再科学，游戏就不可能可控，团队就会很失控，就不可能把游戏制作出来，也不可能有量产。

　　所以如果要做PBR，一定要遵循“验证、文档、科学”这三个原则。

　　先谈谈验证，我们需要提供一系列的光照环境给美术做验证。

　　现在的PBR生产，以前都是在Photoshop中完成的。但是在里面制作的任何贴图，都有可能是错误的，都可能让美术制作失控，所以整个场景制作需要符合三大要点：

　　图形技术保证。在同样的一个PBR的光照环境，有95%以上是一致的。

　　制作环境约束。美术制作者使用的渲染环境必须与标准的光照环境是一致的。

　　验收标准约束。任何人讨论素材的本身的效果品质的时候，只能参考标准的光照环境。不要在3ds MAX或者是Maya中打开，或者是任何引擎或其它软件中打开。我们要在标准环境中打开，这样讨论才有意义。如果管线不一致，讨论的结果也会有差异。

　　验证的标准场景包含一个主场景，用于验证：固有色的明暗和色相、不同粗糙度表面的镜面反射情况、以及金属材质的镜面反射情况。

　　六个辅助场景检验包括：室内外环境光源、暖色调环境下效果、强对比度的明暗光照、典型室外光照下效果或固有色是否太黑的环境。

　　我们参考装修中的原则，还有各种各样抽象出来的环境，这样能够帮助美术在做各种各样的验证讨论的时候，有一些可以让他们去看到制作问题的场景。

　　有了验证环境之后要定义好详细规则的白皮书。这是我们的白皮书，包括：输出是什么样子、环境是怎么配置的、还有一些漫反射还有镜面反射率，基本是一些数学原理。

　　我们可以使用一些黑科技作为素材验证的参考工具，包括：屏幕校色器、照度仪、以及一些标准的色彩，我们通过这些参考去做校验。

　　我们要测量SH或者光照贴图的环境，以保证色调也是一致的，不至于美术在调各种各样的色彩甚至是光照值都是感性的认识。

　　我们需要给美术一个非常标准和标量的参考，这个标准能够保证在制作整个PBR的时候有所参考，有所依据。

　　最后才能呈现得到很好的画面效果。

　　我们现在谈谈《使命召唤手游》的引擎技术的沉淀。

　　上面二个部分掺杂一些技术美术以及工程师的一些工作，下面是一些相关的纯技术人员的工作。其实就是颠覆或者说是去拓展整个Unity引擎之路，会作为未来的3A手游的引擎实践的一些标杆。

　　首先我们需要补齐游戏里面所缺的渲染的东西，例如：头发怎么做、皮肤怎么做、角色怎么做，这些都要尽可能做补齐。

　　我们可能对于一些包含地形的地图或者是其它技术方案要进行拓展。

　　地形方面，我们应该是在国内工作室中，使用Unity结合Houdini应用最多的工作室，我们有完整的组合工作流，还有不同地貌的DrawCall合并，还支持Vertex Fetch Texture，所以我们对地形系统进行了深度的改造。

　　烘焙使用了GPU烘焙。当地形非常复杂的时候，如果使用Enlighten，可能需要整晚的时间。当出现Bug的时候，同一天就会卡十张图，就会出现无限的加班时间。所以迭代时间非常重要。

　　以前烘焙其实是需要4-6个小时，这是不能接受的。现在我们烘焙复杂度非常高的场景就只需要3-5分钟。

　　我们使用GPU烘焙可以做更多效果的提升，计算正确性和参数科学性有了更强的依据。甚至我们可以用到一些AI技术对烘焙结果进行降噪和算法上的改造。

　　我们对烘焙进行深度的定制，也就是结合Houdini做了自动的部署。以前我相信所有美术人员这些光照探针是用手工一个一个去摆的，而且摆的纯属人体劳动力并且不准确。

　　我们拓展了整体算法，使用程序化自动生成光照探针，让这些迭代更加快速，所有的这些光影可以看到其实是非常密集的，大家也可以做这样的尝试，算法不是特别复杂。

　　下面是对植被制作。我们现在很多场景都要用到很多的植被，以前生产方式都是美术逐棵逐棵制作，我们现在程序化去生产它们的AO和法线，这样原来二周的工作量等于节省到二天。

　　这些都是很有意义的，省掉大量的制作成本和人力成本，也省掉很多外包的工作，所以现在无论制作什么，我们要积极地去拥抱整个PCG的技术，使用这些技术去助力我们的整个生产过程。

　　我们制作了很多的游戏，大家可以看到制作标准和美术规格也是非常高的，如何保证整体制作和引擎和性能能够一体化呢？

　　我们所有程序和管线的制作都是要后期去进入的。例如：我们用了4张贴图都是零散的贴图，原来做的所有的都是零散的贴图，事后会对它的图进行整理和整合，这样避免一开始就定规范和美术去讨论贴图如何分配。如何去做这种性能的保证，对于美术来说他们根本不敏感或是会出现问题，所以对于技术人员而言需要考虑这一项。

　　我们会使用一些Texture Streaming之类的技术，保证包括iPhone 6的机型也要兼容。所以整个制作过程都不会打乱美术的工作流，直到后续再做优化。我们会用很多Texture Atalas、Texture Streaming、PBR Shader Lod等一系列的技术，助力我们后续进入优化阶段也能做到性能的动态收缩。

　　最后一部分其实更加重要，就是在进行任何引擎的改动的时候，需要了解引擎技术的演化。

　　最近面试了很多候选人，聊了不少行业中的大咖，与不同层次的开发人员进行讨论。我发现大家在做修改的时候，很多时候是没有依据的，或者仅仅是在阅读到某篇文章，突然发现一个技术就去尝试使用。

　　我们团队非常注重引擎技术的演化，包括最重要的三个方面。

　　第一个方面是引擎技术的移动端化。

　　从2017年到现在，所有的客户端PC Game里面的技术在移动端已经可以使用，如果现在不能使用，相信未来2-3年也可以使用。

　　现在流行使用线性空间的运算、PBR的渲染、做雾和大气的效果、会做渲染标准的一些更新。这些其实在端游就经历过了，但是现在手游里面再次使用，所以现在所有技术的本身都是端游往手游做演化。

　　我们只是做相对的数学拟合和科学性的一些探索，所以在制作手游移动端化的时候一定要注意端游技术的移动端化。

　　第二个方面是引擎技术与工具的升级。

　　引擎版本不断升级。我第一次使用Unity是4.5的版本，现在升级到Unity 2018，Unity 2019版本。引擎的不断升级对底层的改造是比较大的，例如：现在ECS，烘焙方式、以及各方面的技术也在升级。升级引擎的时候，你要想到使用引擎升级什么游戏，哪些最稳定技术的演化。

　　现在的工具也在不断地发展。近几年使用Substance与Houdini这一系列的美术工作流程在开发团队中越来越普及，所以我们需要使用所有的工具做配合进行游戏的制作。

　　芯片也在不断发展，会越来越快，基于现在芯片发展趋势可以做的事会越来越高。我们团队现在也在做一些PRT的动态GI的效果，我觉得这些将来都会变成可能。大家在一些高端平台上做这些特性，可以让你的游戏得到加分。

　　第三个方面业界一些前沿技术的推进，也会让整个手游更迈进一步。

　　例如RTX光线追踪，基本上现在已经在讨论要不要使用RTX做光线的一些烘焙方案，我们使用过光线追踪的渲染技术，会发现其实它的理想效果会大有增益，可以做很多想不到的东西。

　　还有过程化制作，我演示了很多过程化制作的方面，有些部分没有在这里讲，但是2018年开始，过程化制作已经深入到我们团队每一个制作过程，例如：植被立型、任务、AI、还有玩法本身都可以参与到过程化制作。

　　最后一点是Machine Learning，可能有点对国内来说有点前沿。现在整个匹配算法还有后面的AI等方面，我们都会尝试使用Machien Learning做探索，这些所有的技术都会推动我们引擎技术不断演化。

　　我们今天分享的主要内容就是这些，谢谢大家！

更多相关内容请关注：使命召唤手游专区