游戏开发 原子之心取消光追,传统光栅渲染仍惊艳,优秀光照提升游戏视效

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为了一个更“真实”的虚拟世界。

作为最近的热门游戏,《原子之心》在发布前多次吹捧使用“实时光线追踪”技术来实现更好的图形效果。然而,当游戏正式发布时,开发者宣布他们已经取消了“光线追踪”,只说它可能会在未来版本的补丁中添加。

这种最后一刻的“放鸽子”的举动并没有招致任何批评,因为玩家们觉得游戏使用传统光栅渲染的光照表现还是让人惊艳的,中档模型的操作优化也相当不错。

光线的映照下,场馆内“光滑如镜”的大厅,让不由自主地站在这里

这改变了许多玩家对俄罗斯游戏“粗糙”的刻板印象,并再次证明了出色的灯光表现可以大大提高游戏的整体视觉效果,而问题是如何在效果和硬件设备之间取得平衡。

事实上,在中国,也有一些开发者致力于在移动端和网页端实现更好的照明表现,他们从“游戏引擎”这样的工具层面开始,并且一直在取得不错的进展。

国产游戏引擎 Cocos 最近更新了 3.7 版本,新的步骤是对“光探针”+“反射探针”等更高级的渲染功能添加完美支持,这意味着使用 Cocos 的游戏开发者现在可以更方便地还原自然真实的光影效果。

同时,该引擎的开发者也主动用自己的引擎和编辑器制作了一款名为“赛博朋克”的游戏演示,并随之发布了 3.7.1 版本更新。

我们还借此机会与 Cocos 开发团队讨论了为什么“光照效果”对游戏行业如此重要,以及作为引擎开发者在亲自体验和降级游戏时,他们的关注点可能会有所不同。

此前我们还介绍了Cocos的发展历史,Cocos是国内外重要的2D手游开发引擎之一,占据了全球20%以上的市场份额,但遗憾的是由于3D转型起步较晚,陷入了相对被动的境地。

经过彻底的翻车和返工,Cocos Creator 已经成为了之前版本中基本可以满足移动 3D 游戏制作需求的引擎,现在正在不断丰富和提炼功能,帮助开发者在相对低算力的平台上挑战和制作更重的游戏。

Cocos 本身拥有稳定的用户基础,是国内移动端、小程序等众多轻量级应用的首选开发引擎。

Cocos 引擎为许多非凡的游戏奠定了基础

在此基础上,Cocos 的开发者们也在为行业最前沿的话题做出贡献,那就是探索“如何在虚拟世界中还原自然光效”。

在Cocos的开发者看来,“光效”是在虚拟世界中打造“真实感”的基础,是游戏行业无法绕过的一环。

人类通常对光性能中的“假”部分特别敏感,因此对此的改进是一个“去假留真”的持续过程,而以目前的技术水平,真实世界的光需要几乎无限的计算能力才能恢复,而引擎开发者对此的模拟是无休止的, 所以可以称得上是游戏开发者的终极追求。

在 3.7 版本中,Cocos 新增了 “Light Probe” 功能,可以帮助开发者更轻松地表示不同材质的动态物体对环境光的反射,比如金属装甲运动过程中周围颜色的漫反射

同时,可以添加“反射探针”,将周围环境的物理反射(例如水面的反射)渲染在场景中的反射材料上。

普通玩家在实际游戏玩法中可能不会一一注意到这些细节,但虚拟世界的真实感却在这些角落里一点一点地积累起来。

对于游戏引擎来说,实现这些特性,不仅是为了满足已经具备这些需求的开发者的需求,也是为了推动一直在寻找 Cocos 其他优势的厂商进一步完善自己的作品。

作为一向以移动优先为主题的移动优先跨平台引擎,在3.7版本中加入了各种新的光照效果后,基于Cocos的高质量游戏演示依然考虑到了已经五六年历史的老芯片,包括高通骁龙835和苹果A10芯片,可以在这些设备上以30FPS的稳定帧率运行。

这是专门为新版Cocos制作的“赛博朋克”demo

如果说一些比较主流的引擎做的是“不惜一切代价”追求画面性能的上限,那么Cocos更注重的是让那些算力相对较低但覆盖范围广的设备,仍然持续迎来画面的提升,持续提升行业的“下限”。

这在一定程度上也反映出“图片技术的进步不仅仅是硬件的进步”。

游戏引擎行业的交流环境有些特殊,除了少数深度合作项目外,引擎开发者和用户之间通常没有明确的“甲方和乙方”关系,用户在对相关问题进行反馈时,往往模糊不清自己的项目背景,只提出相当具体的问题或需求, 而整个沟通过程就像一层“战争迷雾”。

对于像 Cocos 这样的开源引擎来说尤其如此。在许多情况下,只有在游戏发布并成功后,团队才意识到他们正在使用自己的引擎,并意识到他们遇到的一些特定问题可能是由于项目造成的。

几年前任天堂推出的手游《火焰纹章英雄》就是这种情况,当时Cocos完全不知道任天堂已经选择了自己的产品,而现在,Cocos Creator已经正式成为了与任天堂正式合作的商业引擎之一。

同样,近日举行的第二届建筑技术真实大会,其虚拟会场True Space也是基于Cocos的,在项目公布之前,Cocos并不知道其产品曾被当作虚拟环境使用。

美的建筑技术研究院-TEAM x.y.z.使用Cocos Creator搭建的空间虚拟场馆

在这种情况下,对于引擎开发者来说,为了尽可能避免“雾中花”,亲身体验自己的引擎就显得尤为重要。

Cocos 一直以来都有制作与引擎版本相匹配的 Demo 的习惯,这款“赛博朋克”是最新的标题,是一款跨平台的第三人称射击游戏,可以通过键盘或虚拟摇杆进行操作。

这个 Demo 的原型其实是在 2021 年完成的,但 Cocos 的制作过程还不足以达到当时的所有效果,所以现在才正式发布 3.7.1 版本,用户现在可以使用 Cocos Creator 完整复现这个 Demo,也可以免费下载源码资源进行编辑。

在普通游戏玩家眼中,2023年推出一款以“赛博朋克”为主题的游戏演示可能看起来有点“不合时宜”,但对于游戏引擎来说,这完全是另一回事——之所以选择这样的背景来制作演示,核心原因是因为这样一个霓虹闪烁的夜晚环境,包含着更复杂的人工照明, 并且还具有很强的动态性,很容易反映出新版本改进的灯光效果。

同样,该演示最初被设计为游戏的第一人称视角,但为了展示动画系统的改进,最终被改为第三人称视角,让用户可以更近距离地观察自己的角色,并看到关于动画的更多细节。

Marionette 动画系统的 3.7 版允许用户基于单个动画创建变体,从而可以在不同的角色上重复使用相同的动画师

所谓“内行人之门”,其实当游戏开发者为普通玩家尝试那些游戏演示时,他们最关心的也是这些内容——场景的渲染表现如何,使用了什么样的光照算法,表面材质,动作系统如何,如何实现场景环境与动作的连接,而这一切最终都会反馈到物体表面的光照表现上, 所以后者可以说是所有画面表现的源头和终点。

事实上,当“灯光表现”已经成为整个行业的顶级追求时,它早已在游戏行业——相关的渲染技术也可用于动画、电影、虚拟现实等领域,而且也指出了显卡、芯片等硬件的发展方向,最近提到的“游戏行业的科技价值”也无非是此而已。

行业开发者在看待游戏作品的视觉表现时,另一大特点是,他们不仅关注最终效果是如何“执行”的,更重要的是关注过程是如何“实现”的。

无论图形和令人惊叹的照明有多好,如果它们无法与开发人员所针对的设备平台相匹配,或者如果实现过程相当繁琐,那么它只是一个令人生畏的空中花园。

Cocos 3.7.1 中新增的“自定义渲染管线”,就是简化这些实现过程的工具,也是整个行业的前沿特性。Cocos 受邀参加今年的 GDC 大会,他将通过主题演讲重点讨论 Cocos 引擎如何实现极致的跨平台可扩展性。

该系统为各种平台提供了一系列 API,增强了引擎对其“可扩展性”的自豪感。这意味着项目团队可以在不同平台上自由实现多种渲染效果,进一步降低在移动设备上的开发成本,同时能够轻松匹配多种设备,包括任天堂NS和PC桌面,几乎“一键”。

Plug-and-unplug 自定义渲染管线

这种“可扩展性”也是 Cocos 作为国产引擎在全球市场上最具竞争力的实力,也促使了一些 3D 项目选择它作为开发引擎,比如海外流行的聊天工具 Discord,在接入互动游戏时,就选择了 Cocos 作为制作工具, 并在其覆盖的多个平台上表现出良好的兼容性。

Discord的官方实时3D互动游戏《Putt Party》。

“3D”为Cocos可以制作的游戏类型带来了更多的可能性。

作为经常用于开发2D战争游戏的引擎,在与Cocos相关的技术社区中,一直对Cocos支持3D战争游戏的开发有着很高的需求,而现在引擎的3D程度已经完全支持了这类游戏的开发,只是等待用户通过实践尝试制作类似的产品。

早在《火焰纹章》系列的前作《风雪月》发布时,论坛上就有人试图用Cocos来还原游戏的部分功能

另一方面,在可预见的未来,Cocos的“可扩展性”也将延伸到新一代移动设备。

特别是Cocos跨平台的易用性,在尚未标准化的平台上得到了体现,如车载和XR现实扩展游戏开发,3D为VR和AR游戏以及车载实时导航应用的发展提供了必要的条件。

Cocos 还配备了专用的 XR 编辑器

在接下来的几天里,Cocos 团队将持续细化 3D 游戏开发所需的功能,从添加内置寻路系统等小工具到支持超过 50km² 的大场景构建,让引擎的功能尽可能快地完成用户的需求。

最后,Cocos 团队的技术总监 Panda 也和我们分享了发动机目前取得的成绩和未来的目标

Youyanshe:通过一系列的版本变更,Cocos 3.7 提供了一个相对成熟的 3D 工具链,Cocos 与其他同类产品相比有哪些优势?

Panda:Cocos目前的“轻量级”可以帮助项目团队保证低成本,“跨平台”可以保证接触到更多样化的参与者,“开源”可以保证高度的定制化和项目控制,“可扩展性”可以保证不同用户的体验。

Cocos 一直以来都是移动优先的跨平台引擎,而所谓的“可扩展性”简单来说就是引擎可以弯曲和拉伸,在低端设备和平台上实现高性能和低功耗,在高端设备上尽可能地释放引擎的表现力。

例如,针对 3.7 版本开发的“赛博朋克”Demo 已经针对多种不同的移动芯片进行了精细配置,使得 Demo 可以在大多数设备上以 30FPS 的稳定帧率运行,最低端设备则探索了海思麒麟 970(2017 年)、高通骁龙 835(2017 年)和苹果 A10 芯片(2016 年)。这意味着,基于 Cocos 的高质量游戏可以覆盖当今市场上大部分的低端设备。

Youyansha:现有用户使用Cocos开发3D游戏的需求是什么,之前的用户反馈反映的主要痛点是什么?

熊猫:现有用户的期望还比较接近我们提供的优势,尤其是在轻量级和跨平台方面。

与此同时,许多新用户开始使用 Cocos,他们在生产中提出了更高的要求,比如后期处理、烘焙机优化、更丰富的光照性能等,为此我们在 3.7 中做了大量的工作,比如光照贴图优化、光照探针、反射探针、光照融合,以及添加后期处理和自定义管线, 并添加性能优化功能,例如 LOD。

还有一些备受期待的功能正在开发中,例如内置导航网格、超大场景 (50km2)、Steam 支持......

随着越来越多的 3D 开发者开始使用 Cocos,生态系统也在推动 Cocos 向前发展,我们期待更大的项目开始使用 Cocos,我们将共同推动引擎进入一个螺旋式的正循环

Youyanshe:在初步完成3D工具链的建设后,Cocos的下一步目标是什么?

熊猫:其实还远远没完,工具层面的洞越来越深,已经没有填满的希望了。

当然,3D的开发能力是一个庞大的工程,我们始终注意不要在浮沙中搭建高平台游戏开发,要时刻考虑基础设施的稳定性,选择合适的时机进行重构,比如3.6版本的原生管线,3.7版的自定义管线, 而且原生场景编辑器也是将来让场景变大的必要条件。

简单来说,满足大规模场景生产运营的要求,是我们下一步规划的重点目标

You Research Club:Cocos 花了不少功夫为重度游戏打造 3D 引擎,但另一方面,让 Cocos 更吸引外界关注的还是像《绵羊》这样的轻量级游戏,团队如何看待这种现象?

熊猫:我们觉得这很正常,Cocos目前的优势在于轻量级和跨平台的游戏,尤其是一些算力低的平台,比如小游戏、车机等。

一方面,我们的进步可以给所有开发者带来信心,我们对整个引擎的优化和体验增强,也将使轻量级游戏的开发者受益。许多开发者一直以来都对 Cocos 充满信心,因为他们看到了我们在引擎上的持续投入和改进。

另一方面,越来越多的3D开发者正在进入Cocos生态,这也是我们更重要的战略布局,而引擎的生态孵化需要一个很长的周期,一个功能从策划到完成再到推广,直到被游戏开发者使用,最后进入网络游戏,往往需要一到两年的时间, 甚至更长久,所以我们任何时候所做的工作,总是为了明年的结果,而这种长期的愿景对于发动机的发展非常重要。

21 年 Cocos Creator 3.0 发布时,还没有人用 Cocos 作为 3D 引擎,但现在有了《勇闯无畏》、《美的真实空间》、《Discord Putt Party》等成果,证明了我们当时工作的价值。

我们相信,我们现在所做的工作也将在23年下半年孵化出更多的案例。

结论

回到玩家层面,所谓的“在虚拟世界中还原真实光线”其实是一个比较遥远的技术话题,大多数人并不关心这些效果是如何实现的,而是更关心的是他们现有的设备是否能显示出更好的图形效果。

这也是 Cocos 团队所做的工作的意义——所有玩家都跟着厂商去追逐硬件更新并不是一件自然而然的事情,需要有人在更扎实的领域深度投入,才能填补那些被遗忘的角落。

在这样的业务中,也有着无数未知的技术和市场潜力。

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