这周由于玩《艾尔登法环》的原因，读一篇略短一些的GDC文章的内容，分享人是腾讯的《暗区突围》（英文名：Arena Breakout）项目的渲染主程Junhong Wang。

我个人认为国内手机跨平台游戏中，在世界规模、美术视觉和性能几个方面综合来说都还不错的有米哈游的《原神》，腾讯的几个枪战游戏，网易的《明日之后》等——这几个也是GDC上都发过分享的国内产品。今年也持续会出很多类似规模的游戏，但具体表现还需要观察。

另外，我个人觉得腾讯游戏其实不是以技术规模制胜的，它更多是一个商业成功的发行商和养蛊者；但反过来说，其实腾讯内部也是有很多技术大神的，我也乐见他们能拿出这种有技术含量的又能商业成功的产品。当然我个人有一套评价标准，肯定不是说商业成功就是一切——读技术分享的文章里我就不对模仿原罪问题和大公司团队内耗问题表达个人观点了。

本次内容还是以配图并翻译原文为主，同时打星号的部分是我个人的一些备注与分析。

*整个项目是搭建在虚幻4引擎上的开放世界大地图FPS游戏，对于安卓和IOS有不同的图形API。

——手机光线追踪

——启用光追的准备

*安卓版光追已经发布了，IOS版（截至分享日）还在开发中。

*光追主要应用到反射、软阴影、AO这几方面。

*虽然基础思想都是射线可以进行递归的弹射查询，但手机端主要考虑的是减少检测数量和优化加速结构。

* Bottom-Level-Acceleration-Structure（BLAS）定义了几何体的基本组成。如果物体是网格形式就是三角面的顶点索引，也支持其他组织形式比如体素，曲线等，但要自行构建加速方式。Top-Level-Acceleration-Structure（TLAS）定义了场景实例层的相关属性例如包围盒、变换矩阵等数据 。简单来说可以参照下图：

——世界总览

——在LOD加载时创建BLAS？

——结果：

*加载数和内存用量降到了700个BLAS和1.1G

*由于射线数量限制，这里的反射只能是镜面反射，没办法做出镜面和漫反射之间的粗糙度效果。因此粗糙度只能通过模糊处理等方式来近似，后面会提到。

——反射像素的着色

——混合的渲染管线

——性能：能耗、帧率

反射管线分析：

基础pass（不透明场景颜色、法线粗糙度和检测标志、深度）——场景查询pass——可见性处理pass——联合双边滤波过滤——联合双边滤波过滤（参数不同）——混合——后处理

*后面逐步介绍了各步骤的一些细节。

——MRT（这里是MultiRenderTarget，绘制到多个帧缓冲。相应的RT就是渲染目标纹理）

——深度模板：D24S8

——可选：（对于金属材质）反射颜色

*关于重心坐标在Games101中有详细介绍，主要是通过和三角形顶点的关系来定义三角面中的任意点。

——可见性处理pass（CPU）

——可见性处理pass（GPU）

优点：较好的硬件兼容性

缺点：

——绘制指令：使用GPU剔除查询来去除不可见的网格绘制指令

——重叠绘制：

*优化后减少到了110个draw call，且没有重叠绘制了。

输入纹理：反射贴图、定制化的GBuffer贴图、深度贴图

算法： 联合双边滤波，模糊核偏移尺寸基于粗糙度调整

*关于模糊算法和核（Kernel）之前我有一篇文章介绍过。关于联合双边滤波，简单来说是一种可以较好保持原图边缘的模糊和降噪算法，文末会附加资料链接。

*通过联合双边滤波再算一遍，但模糊核偏移更大了。

*这里的模糊反射效果是基于单一射线查询加模糊算法得出的，而复杂的光线传播是会有多条光线散射并求积的情况的。离线渲染中会对粗糙度不同表面采用蒙特卡洛积分（采样）的方式来求积。所以从这个意义上说这里算反射还是用的前现代的光追算法，和1974年的Witted Style一致。

优点：较好的硬件适配，高性能

缺点：难以处理半透明或有遮罩的材质

*可以看到开启光追后，阴影和AO质量都有较大提升。

两者都需要大量射线：阴影1根、AO1根、没有降噪辅助。

需要考虑性能表现。

软阴影和AO的光追管线分析：

前置pass——场景查询pass——分帧降噪——A-Trous过滤（2个pass）——基础pass——后处理pass

*前置pass包含了场景的法线和深度，后面从场景查询pass开始介绍。

*这里其实就类似现代光追面临的问题了，在每个采样点需要更多信息来确认阴影和AO情况，但性能上只允许每个点一帧采样一根射线。可以看到只运行一帧时偏差很大，所以Games202的闫老师说过目前实时光追的核心技术是降噪，这既有调侃的意味，很大程度上也是事实。

*Temporal——基于时间的。如果了解过TAA应该不难理解。

*A-Trous算法也被翻译为多孔算法。简单来说它比联合双边滤波有更好的性能，但单次运算效果相对较差，需要多帧平摊来得到还不错的结果——且两者都有着不错的边缘保持特性。

*关于分帧降噪在Games202的实时光线追踪一节中有详细介绍，这两种降噪算法都涉及到了。

*通过加倍太阳的尺寸，得到了更柔和的阴影。（以及展示整体的阴影和AO结果）

一些缺点：

总的来说，手机版的光线追踪还处于秀肌肉大于实用的阶段，毕竟玩手机其实画质比起帧数或能耗来说反而不那么重要。作为我个人来说，手机游戏都是看看高画质然后开省电玩的，毕竟手机也不是只打游戏的。

但我确实理解为什么他们要尽早在手机上做光追（虽然性价比高的还是前现代光追算法做的反射，而现代光追算法做的阴影和AO手机上有点太耗了），这不仅仅是一个噱头：一方面来说，这套兼容传统管线和简单光追的管线既然适配了手机端，那么完全可以以更高质量应用于全平台（实际上这游戏也有PC端）；另一方面，这对于开发人员本身也是宝贵的技术积累，毕竟国内做带有光追的大型3A项目的机会更少，也更难深度定制与优化渲染管线——能在保证项目质量的基础上开展技术升级也是很难得的（反面则是不断练手但是项目烂尾了）。

实际上这个游戏中他们没有发明全新的定制化光追方案，而是一事一议的在UE4的管线、Vulkan新版本API的框架内做了很多优化——与其说他们是“做”光追，不如说是优化光追。很多优化成果也是对前人成果的一些迭代和演进。

很多时候做手机游戏进行技术突破，就面临一个“为什么要做”的灵魂问题——毕竟常有一类说法是“某某游戏画面那么稀烂反而买量容易、更好赚钱”；但真等到《原神》这类项目憋大招出来靠管线技术突破和规模效应获得了商业成功，再要从头追赶又傻眼了。从我个人的观察来看，腾讯魔方工作室在3D项目的技术积累上确实略好于天美工作室群，可能是因为天美本身有太多躺着赚钱的产品了。

这里还是要复读我的一个观点——3D手机游戏的技术积累不是仅仅积累给手机端的，尤其是对于商业（通用）引擎的技术积累上，这对于整个国内游戏行业都是普适的。

最后是资料链接：