DX10特效全开——《Crysis》技术详解

转自：http://news.mydrivers.com/1/97/97120.htm
感谢原作者：Skyangeles
发于2007-12-24
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Crytek出品的《Crysis》绝对是今年最受关注的PC游戏，其DX10最高画质下的画面水平已经在向电影化靠拢的路上迈出了一大步。遗憾的是，其高配置要求导致90%以上的用户根本没看过特效全开的《Crysis》画面效果。

台湾Mobile01网站使用一套Intel Core 2 Duo QX6850和GeForce 8800GTX系统，终于在1024x768分辨率下，勉强以20fps的帧速跑出了DX10特效全开画面，为大家一一展示了《Crysis》的多项创新技术。

虽然大家现在都跑不动，但将来这些技术和效果都会逐渐出现在其他游戏上，提高PC游戏的整体画面水平。至少，大家来看看Crysis的风景也不错。




技术要点：

超远视距
高水准3D模型
动态模糊（Motion Blur）
景深（Depth of Field）
光线投射效果（God Ray）
几何实例（Geometry Instancing）
水面效果
日夜交替
体积光照（Volumetric Light）
表面散射（Subsurface Scattering）
视差映射贴图（Parallax Occlusion Mapping）
战斗尘埃（Battle Dust）
体积雾和体积云（Volumetric Fog，Volumetric Cloud）
爆炸效果
即时环境贴图（Real-Time Ambient Maps）
天气系统
屏幕特效（Screen Effect）
纹理质量
阴影质量
物体质量
水面质量
贴图质量






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游戏领域——3D游戏视觉效果技术【名词解释】

超远视距

CryEngine2使用优化的LOD（Level of Detail细节水平）来描绘环境，游戏中的视距相当于8公里。





高水准3D模型

《Crysis》中的3D建模水平极高，运动起来也没有丝毫僵硬感。









动态模糊（Motion Blur）

动态模糊效果在《Crysis》中被广泛应用，高画质下即可实现，属于Pixel Shader像素渲染特效。





景深（Depth of Field）

景深特效也是Pixel Shader特效，即超过一定z值（据录制点距离坐标）就进行模糊处理。





光线投射效果（God Ray）

之前的游戏中，如此类光线透过树叶的效果都是游戏预处理完成的，而非实时生成。但《Crysis》中的此效果可随视角随时改变，是继HDR后又一种模拟实际视觉效果的新特效，该特效也是基于Pixel-Shader。





几何实例（Geometry Instancing）

几何实例效果主要针对树叶、数目花草等数量大、性质相同的物理实体生成，使用同样的3D模型来大量生成画面中的物体。该效果并非简单复制，而是可以进行颜色、大小、方向的变化，产生更加真实生动的画面效果。





水面效果

液体效果是3D动画的的老大难问题。《Crysis》将水面的渲染水平再次提高了一个档次，其引擎先用模拟波浪算法计算出波浪的未知，再利用镶嵌（tessellation产生碎小多边形）技术描绘水面的细微变化，产生近乎真实的效果。


海面



小溪



瀑布



日夜交替

《Crysis》支持实时日夜交替。游戏中的日升日落都有真实的效果，交替也更加自然。






体积光照（Volumetric Light）

游戏中的光线会同雾、云等相互作用，实现更加真实的效果。





表面散射（Subsurface Scattering）

传统3D画面在处理光线射向一个表面时，仅处理反射效应。但在真实世界中，很多半透明的材质在遇到光线时，会将其部分吸收，产生散射、折射的效果。如人的皮肤就有94%的表面散射效果。这一效果的应用也是《Crysis》中人物皮肤如此自然的原因。


人的皮肤不再像一块塑胶



树叶的边缘会有一部分透明



墙壁也有此效果

视差映射贴图（Parallax Occlusion Mapping）

图中石头的凹凸效果都使用贴图生成的视觉假象。这种凹凸贴图（Bump-Mapping）可用较少的多边形数量表现高复杂度的画面，视差映射贴图（Parallax Occlusion Mapping）则是Bump-Mapping的高级方法，用原模型较少多边形数的简化模型，结合法向量、光源和观察者视角，计算出原模型高多边形数目的类似效果。




战斗尘埃（Battle Dust）

在激烈的战斗过后，空气中仍然会弥漫着硝烟与尘埃，过一段时间后才会慢慢散去。这才是真实的战场。





体积雾和体积云（Volumetric Fog，Volumetric Cloud）

雾和云在《Crysis》中有自己的体积，是真实的存在，而非简单的贴图。进入其中有明显的层次感，游戏中甚至有一个关卡专门用来展示该效果。


体积云


体积雾


爆炸效果

《Crysis》的高动态范围、粒子系统和高画质贴图创造出了惊心动魄的爆炸效果。







天气系统

雨天效果在很多游戏中都已经非常逼真，而《Crysis》在雪天的效果上则又有了突破。片片雪花的大小形状、下落速度都各不相同。


雨天


雪天



屏幕特效（Screen Effect）

在屏幕上制造各种特殊效果，以增加临场感。《Crysis》中此效果包括血迹、泥渍、水纹、结冰等。


血迹



水纹


结冰



即时环境贴图（Real-Time Ambient Maps）

一直以来，实时绘图在处理光源时，在意的只有直接光源（Direct Light），对于间接光源（In-direct Light），由于运算量太大，且人眼对于非直接光源的辨识度没有那么高，所以通常进行简化，例如给予整体环境同样的背景亮度值，或是利用事先产生的光贴图（Light Map）来制造出明暗的假象。Light Map有个缺点就是必须事先产生，不适合用在光源会实时改变的状况，也因此《Doom 3》（2004）舍弃了Light Map的作法，仅利用Stencil Shadow + Normal Mapping来产生画面的明暗效果，虽然所有的光影都是动态产生，但是这种作法也有缺点，就是同时间的光源数受到效能限制，且当光源没有照射到的地方，呈现出的就是一片黑。

为了解决这个问题，各大厂选择不同的作法，例如Valve提出“Radiosity Normal Mapping”这样的技术，将环境光源值依据三个基准向量各自储存至独立的Light Map，最后透过Normal Mapping还原，理论上可以处理任意数目的光源，达到环境光源的目的。而《Crysis》采用的作法则是事先计算每个图素（texel）被环境遮蔽的程度（每个点可以被“天空”看到的程度），存到环境贴图（Ambient Map）中，然后在实际绘制时则依据多边形的法向量、光源的颜色与和多边形的相对位置、以及图素的遮蔽值来还原出环境光源值，Crytek将这个做法称为实时环境贴图（Real-Time Ambient Maps），其实指的就是Ambient Occlusion（环境遮蔽）这个技术，可以看成是全局照明（Global Illumination）的一种简化作法。


《Doom3》的阴影全黑





《Crysis》的环境贴图效果





光源即时改变效果（注意左边实物在失去光源后已然可见）

DX10 vs DX9画质

《Crysis》支持DX9和DX10，但只有在DX10下才能设置“超高”画质，也只有超高画质才能真正体现其画面效果的惊人之处。


纹理质量比较


超高纹理质量



高纹理质量



超高纹理质量


高纹理质量

与截图相比，实际游戏中超高画质的优势更为明显，更加真实。




阴影比较


超高阴影质量


高阴影质量

超高阴影品质支持柔和阴影（Soft Shadow）。



物体质量比较


超高物体质量


高物体质量

图中圈出处可体现出超高物体质量的细节进步。




水面质量



超高水面质量


高水面质量

超高质量下的水面波浪更为复杂



贴图比较


超高/高贴图质量


中/低贴图质量

实际上，《Crysis》只有两套贴图，超高和高公用一套，中低公用一套。



全部设定比较


全部设定超高


全部设定高


全部设定中


全部设定低




总结

先撇开游戏性不谈，《Crysis》的画面已经为整个游戏行业树立了一个标杆，从对《Crysis》画面的分析，我们可以一窥未来两年游戏画面技术的发展方向。