【原创】(知识帖)FPS中的游戏技术―――阴影 [复制链接]

alienbat

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发表于 2005-12-14 21:26:53 |只看该作者

【原创】(知识帖)FPS中的游戏技术―――阴影

在坛子上经常看见很多人争吵哪个游戏引擎做得好，但论据都不怎么对。本人粗通一点3D技术，用OpenGL作过简单的3D场景，在这里讲些知识抛砖引玉。

其实我说的这点东西对所有3D游戏都是一样的，不过FPS游戏自由度高，对拟真的要求比其他类型的游戏都高。就比如寂静岭，生化危机这样的游戏自由度不高，虽然后期版本也是3D的，但它们的场景不能像FPS那样随意转动，最多只能前后左右稍微晃动一下而已，因此许多特效是可以用相对简单而耗费系统资源少的捷径来做到的。比如寂静岭III的画面堪比DOOM III，系统要求却低得多，就是这个道理。

首先谈谈阴影。自half-life 2以后的重量级FPS都把实时的阴影作为一个重要的实现。比如FEAR和DOOM III，阴影是渲染游戏气氛的重要组成部分。
但是可以告诉大家，在渲染阴影方面所有的游戏引擎都是或多或少地走些捷径。真正的，完全实时的阴影效果，在游戏――――3D实时渲染领域，目前是不现实的。如果要实现，目前的系统综合性能起码要翻100倍以上才可能有理想的效果；所以近期，完全实时的阴影渲染是不可能的。争论哪个游戏引擎是“真阴影”哪个是假的这样的问题毫无意义。
为什么？很简单。大家都知道3D场景由多边形构成。每一个多边形在渲染的时候，程序会根据一系列的信息，比如多边形定义的颜色，贴图，反射性质，法向量等等，来确定这个多边形显示在屏幕上是怎样的。假设我们要实现完全实时阴影。那么如果这个多边形在阴影中，那程序就要确定有哪些多边形把阴影投射在这个多边形上，以及这个多边形把阴影投射在哪些多边形上面。而这在实时渲染是不可能做到的。因为在实时渲染中，在每一桢，几乎所有的多边形都是同时绘画出来的，然后再一起进入其他程序（比如贴图等等），这样才能保持速度，也就是说不可能根据先后关系来确定多边形之间的阴影投射关系。

目前唯一应用“实时”阴影效果的领域，其实是CGI（Computer Generated Image），也就是电脑电影特效或者纯CG电影（比如Shrek这样的3D电影）这样的领域。它是如何做到的？电脑渲染这样的CG，每一次循环，它只画一个多边形――――确定多边形顶点，然后贴图渲染，光源处理。然后再画下面一个多边形。这样一个一个处理，使得完全真实的阴影可以被渲染出来，不仅如此，这种方式还可以轻而易举地完成其他在实时渲染，也是游戏领域无法完成的特效。这种方式缺点就一个字：慢。使用数十台工作站并行工作，画完一桢――――注意是一桢，花费时间从数秒钟到十几分钟不等。当然电影导演们有时间等，玩游戏就是另外一回事情了，你愿意玩一个0.1桢/秒的，画面超逼真的游戏吗？

目前各重量级FPS引擎对阴影的处理各不相同，但大致上都差不多。比如对于某些相对静态的阴影，像墙壁在固定光源照射下的阴影，这样的阴影都是通过某种手段事先定义好的，引擎事先算好，到时候一股脑画上去，不用实时计算。需要处理的是可移动的物体，比如人物和可移动物件的阴影。而这样的阴影的大致形状也都是事先运算好的，然后这个形状再通过与光源的相对关系进行几何变换，比如剪切变形、拉伸、缩减扭曲之类。耗费的系统资源相对小，而且效果也可以接受。静态物体阴影和动态物体阴影这两个问题搞定了，渲染出的画面基本上也就像模像样了。不过某些要求是不能达到的：比如，渲染透过玻璃被折射以后的扭曲阴影，以及透过动态的水波被折射并且不断变换着的阴影。

值得一提的是，早期的3D FPS有的会把阴影画到贴图里面去，这样的效果也可以接受，但是太死板而且麻烦（至少这样的贴图就不能重用到别的场景了！），现在新潮FPS的引擎没有一个是这样做的。

嗯，今天先讲这些，有空我再讲点别的。玩游戏去了...

[ 本帖最后由 51m0n 于 2006-8-22 14:00 编辑 ]

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