数毛社《光环：无限》技术分析：为何演示表现不佳？

在Xbox游戏阵容展播活动结束后，“数毛社”Digital Foudary制作了一段视频，对展会上公开的《光环：无限》实机内容进行了详尽的技术分析。B站UP主@未来游戏研究所制作了中文字幕，一起来听听“数毛社”对于《光环：无限》实机画面做出的技术解读。

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（转载已获视频制作者授权）

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各位是不是觉得XSX展会上的《光环：无限》画面看起来很索然无味，是不是觉得画面很平，不像次世代的游戏？那么这期视频就是专门为你准备的，我会尽力的向你解释为什么这个预告片会这样，这一切都有一个很简单的原因，而那就是光照。

我所说的光照是什么呢，这一演示中太阳挂在地平线上，场景中有许多交错的树木，2D版下就是这个样子。

你可以看到演示片段主要是在阴影下进行的，而不是太阳的直接光照下，要么是你人在山谷里，要么就是太阳被别的什么东西遮住了。

由于技术上的决策，对于电子游戏的画面来说这是一个很大的问题，而《光环：无限》就有这个问题，许多其他游戏也是如此，几乎所有的游戏在阴影下的画面表现都不怎么样。

《光环：无限》使用的是实时光照与实时阴影，你能够在这一预告片中看到时间的些许流动，这也许是为了游戏性或是受制作设计影响，但既然决定了使用实时光照与阴影自然也有它们所带来的问题。

第一点就是实时直接光照与阴影相比静态光照阴影性能开销更昂贵，因此像是《最后生还者：第二章》这样的游戏就在光照方面上省下了不少性能，而其主要是静态的，静态光照有着像是能够轻松表现出一个场景中反射光这样的优势，因此在阴影下这些静态的方面往往看起来都很不错，因为反射光已经烘培到那一物件的表面上了。

不过当然静态光照也是有缺点的，其需要大量的开发迭代时间，而美术师对场景的任何一个小改动都需要重新计算光照，静态光照的本质也意味着会有一些真实性与一致性上的问题，所有静态光照的游戏都有这个问题，但你可能只是下意识的忽略了这一点。

无论如何《光环：无限》中的动态光照与阴影性能开销都更大，但有着能够同时照明静态与动态物件的优点，虽然画面上没有什么长处但也没什么短板。与此同时，像是《光环：无限》中传统的非光线追踪动态光照与阴影，无法在阴影区域中真实的反射光线，因此在阴影下并没有很好的间接阴影，也就看不到阴影中的反射光细节，游戏中所有的光照都为动态而不是覆盖在整个场景上的静态纹理意味着在阴影区域中的光照并不准确。

这也是一种权衡，不过实时光照既然不需要重新计算静态光照迭代时间是很快的，并且能够随着你的游玩过程让时间流动，或是在光源能够更轻易的变化。

如我所说，《光环：无限》在阴影下的画面是有问题的，像是在没有任何太阳光或是其他光源的场景中，以现有的技术来看，有几种方式来模拟这些区域中的光照，而第一个我要提到的《光环：无限》已经在用了，它是使用了是使用了一种叫图像探针系统的技术，再借由屏幕空间环境光遮蔽改良，也许还用到了像是屏幕空间反射这样的屏幕空间技术，这些结合在一起的技术被用来模拟阴影区域下的反射光与阴影这样的光照，在演示中退出界面后的几帧加载画面中可以看到这一效果的使用前后区别。

不过因为这种探针间接光照是将那一光照如纹理般覆盖在模型上，所以并不能很好的表现出光照的方向，就好像四面八方都有光在照，其次它所捕获的光照通常是把自己排在外的，因此一个模型的角落缝隙和其他部分本不应受到光照影响，然而却还是亮的，这就导致模型边缘或是模型整体发光，而许多游戏都有这个问题，不只是《光环：无限》，哪怕是本世代画面顶尖的游戏也会有这个问题，像是此处的《死亡搁浅》，山姆模型的大部分都在阴影下，然而他却在诡异的发白光。

这就是在模型上用探针间接光照的效果，虽然有助于模拟出间接光照，但同时也有着自己的缺点。

第一个用上这项技术的是2012年由育碧制作的《孤岛惊魂3》，也有着我刚才所提到的这些问题，也就是说这个技术已经比较老了，在这些没有直接光照的场景中很能体现出这一点，像是没有太阳光或是火把的地方。

看看此处演示开头的步枪，看到在阴影下这支突击步枪的光照有多平了吗？就好像这支突击步枪身上一点细节都没有似的。

或是此处野怪身上的光照，注意到他们的脚和身体即便是在阴影下方却仍然在发光了吗？这光到底是从哪来的呢。

像是这里当士官长走向疣猪号时，在阴影下的整个疣猪号内饰都由探针照亮，并且这一亮光仅受屏幕空间技术遮挡，因此疣猪号的整个内饰都有发光的边缘。

说真的我认为这些材质纹理与模型的质量其实都是很高的，只不过这一演示中的光照以及大部分游玩都是在阴影区域下进行的，使得这些人物模型材质与纹理的实际细节无法很好的体现出来。动态光照是一把双刃剑，再加上基于物理的渲染这一原则使得其更加危险。

以往开发者都会选择直接将大部分的光照烘培到纹理上，但也并不是像《最后生还者：第二章》中那样的静态光照，不过概念上是相同的。在以前模型纹理主要是由其漫反射纹理与镜面纹理来决定的，并且漫反射纹理非常的重要，其掌管着一个物件上所有的大致光照，因此一大堆东西都是画在漫反射纹理上的，阴影，磨损，标记甚至是假反射都画在上面。

如果再去看看像是《光环：致远星》这样的游戏中突击步枪上的纹理，你能够看到无论所处场景中的光照如何，这把枪模上的小细节都很精良，但在物理上并不准确，并且不能很好的与场景光照互动。但细节也确实很足，基于物理的渲染或者说现代游戏中纹理与材质的做法完全改变了这一点，如今漫反射纹理或是更常见的叫法，Albedo只带有一点颜色信息，然后就没了，相反的是当今赋予一个模型或是纹理光照的是法线贴图光泽贴图与金属贴图，其决定了一个模型会如何受到实时光照影响，因此一个模型或纹理的细节都只有在动态光照或阴影下才能够体现出来。

那么问题就很明显了，像是《光环：无限》这样有着动态光照的游戏，阴影下的物件与纹理都会损失很多细节，高细节的模型与纹理看起来既没有立体感也没有细节，因为它们仅由阴影区域中光与影的基本模拟照明。

这里就是一个很好的例子，与士官长对决的精英怪从没有投影光源的室内走到室外与室内之间的区域，这一区域没有受到直接照明，完全处于阴影之下，随着精英怪走进阴影时暂停这个画面你就能看出我所提到的问题了，整个精英怪的模型和纹理看起来都很平，因为本次演示对于光照的做法，基于物理的渲染纹理与材质细节都无法很好的表现出来，演示中的许多物件都有这一现象。

那要怎么解决这个问题呢，静态光照这一方案可能并不符合《光环：无限》的设计理念，也并无法解决像是人物模型，植被等动态物件上光照的问题，《光环》可是一个非常动态的世界，唯一的解决方案我认为应该会是次世代光照技术，无论是XSX宣布所支持的硬件光线追踪，或是某种软件追踪，像是虚幻引擎5中的Lumen技术，或是CE引擎中基于体素的全局照明，SVOGI。

在我看来这些技术虽然性能开销大，但却物有所值，那么就用《地铁：离去》来举例证明有多么值，在这场景中人物模型这样的动态物件，以及人物模型周边的场景都主要在太阳阴影下，因此《地铁：离去》中的人物模型与场景仅由探针光照方案照明，以及屏幕空间环境光遮蔽还有屏幕空间反射，有没有注意到人物模型与周边的场景都有着与《光环：无限》一样的问题，成千上万的其他游戏也是这样，场景中人物与所有金属物件都有着漏光和发光现象，面部，装甲以及衣服上的光照都非常的平，即便已经使用了屏幕空间反射与屏幕空间环境光遮蔽，这些不同的材质看上去却都长的差不多。

但《地铁：离去》同样还支持光线追踪全局光照，一旦开启此特效，场景中人物模型与所有材质的观感都有了大幅度的变化，阴影下不再没有光照，这些PBR纹理也终于能够很好的体现出来了，光线有了方向，因此这些材质上也有光照方向了，完全将这一场景与模型从平平淡淡，缺少细节变得栩栩如生，精细入微。

在看《光环：无限》演示时觉得画面不行的你也许就是想要这个效果，有一说一我也想，使用某种形式的光追有助于改善阴影下的间接光照，《光环：无限》也会因此变成一款画面相比本次演示完全不同的游戏，但要使用这些光照技术必然需要做出些妥协，比如X1和X1X版本肯定无法使用这项技术，但我们买来XSX就是为了和以往完全不同的次世代画面，所以就算那些较老的平台用不上最新最好的技术又能怎样呢，XSX的硬件加速光线追踪不是摆着当摆设的，用在这上面会是一个很好的选择。

在XSX上使用某种追踪技术必然会使得分辨率降低，对我而言这并不是多大一回事，只要能跑到60帧并且把GPU吃满那高分辨率就完全没必要，在图像重建与动态分辨率的这样一个时代下这一点尤其如此，你真的宁愿要4K下的过时光照技术，也不要2K的次世代光照吗？

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