艾尔登法环制作组分享艺术画级别的场景美术塑造手法

　　每一帧都是壁纸。
　　译/依光流
　　在前不久《艾尔登法环》的销量已经突破1660万，这款游戏不仅有地道的魂味加持，有开放世界的新鲜体验，给人留下印象同样深刻的，还有游戏中那些震撼人心的场景。
　　前不久，于日本举办的CEDEC2022开发者大会上，《艾尔登法环》制作组From Software就分享了他们在实现高品质美术表现时用技术手法。
　　3D美术部门负责人佐藤秀宪、图形系统部门的二之宫绘理华，详细介绍了《艾尔登法环》用到的两个个技术点，天空表现的Skybox，以及Volumetric Fog。其中包括游戏内绘画级别天空表现的实现机制，以及相关美术制作的实例。以下为演讲内容编译。
　　01 《艾尔登法环》美术概念设计
　　在《艾尔登法环》的美术概念设计过程中，项目组特别留意的一点，就是排除游戏中用到镜头、视角变化等手法，绝大多数情况下，天空所占整个场景的面积十分广阔。此外，云雾效果也会影响到整体颜色的渐变信息。
　　所以，根据天空和云雾的效果变化，《艾尔登法环》本身的美术效果也会大幅度改变，因此这两个部分有必要拿出来配合美术概念的设计而调整。
　　而《艾尔登法环》的美术概念设计又是什么？在早期制作时，项目组采用现实风景做参考，来设计概念图。如下，这些现实场景的饱和度给人一种沉闷的味道，虽然画面本身的氛围很自然，但在组内的评价很一般。
　　在筛选具体哪儿有问题的时候，首先被指出的地方就是＂这是没有特色的风景＂。换句话说，这样的场景看起来就跟常见的幻想系场景一样，没办法确立起属于《艾尔登法环》自身的独特美术风格。
　　除此之外，颜色的信息过少也是一大问题。画面本身是奔着低饱和度来制作的，但这又造成了表现力过窄、变化度不宽的问题。以致于结果上看，所有的场景，给人的氛围可能都大差不差。这样一来，当玩家到达新的区域，视觉上的变化太少，新鲜感就变少，很容易玩腻。
　　游戏中的天气也是如此，视觉上的变化幅度不够丰富，哪怕是针对不通气后做出了改变，给人的感觉也只有云层厚度变了而已。这根本就没法在玩家心中留下印象。
　　为了改善上述问题，制作组定下了两个概念方向：其一是＂创造艺术画一般的数据额效果＂，因此需要用到地球实际景色完全不会出现的配色，通过创作出让人印象深刻的画面，来构建自身独有的美术风格。其二是＂让外观显得丰富多彩＂，这是为了避免玩家游玩过程中的乏味感。
　　具体来说，就是先决定各个区域迷宫的特征，然后强化天气变化的效果。然后为了实现这些目标，制作组升级了Skybox和Fog功能。如下就是应用这两项技术制作出来的新美术概念图：《艾尔登法环》大世界最初的冒险场景宁姆格福，概念原画采用了绿和黄的基色。
　　大世界中的另一个区域盖利德，则以饱和度极高的红色为基调。
　　魔导学园雷亚卢卡利亚则是将青色作为基调，在空中放置魔法特效，来突出其特征。
　　崩坏的法姆亚滋拉则采用了较低的饱和度，与《黑暗之魂》系列的作画很相似。如果都采用饱和度较高的区域，也会显得单调，所以也混入了下面这类场景，调节玩家视觉神经。
　　地下场景里，用到的是以紫色为基础，能让人联想到宇宙星空的美术效果。全方位地强调现实中不存在的、具有幻想世界典型特征的要素。
　　至于天气变化，最多能支持八种类型。天气变化种类和观感，都要兼顾到既能让迷宫和大世界不同区域有所变化，美术效果上又要注意不能大幅度偏离概念设计，还得尽可能增加视觉上的色彩变化。
　　02 Skybox的处理
　　众所周知，Skybox是一套在半球状mesh或者板状多边形上，描绘天空颜色、星辰日月的功能。《艾尔登法环》里的天空表现也广泛运用到了这套技术，其中用到的贴图，则是在3DCG软件《Terragen》中制作的图像和照片素材。
　　Skybox也可以随时间改变参数，不过针对所有时间点都设计专属的参数会很繁琐，所以《艾尔登法环》采用1天内4个时间段的设定，此外，也有部分例外是采用了7个时间段的设定。
　　另外，这套技术也能实现基于noise贴图的UV变形，以及通过flowmap对动画和UV执行操作。
　　制作组大体上就是依靠这些基础功能来制作《艾尔登法环》的视觉效果，不过其中一个需要注意的重点，就是颜色的控制功能。
　　通过这套功能，可以针对太阳光的方向以及它的逆光方向，设定独立的颜色，同时，还能在其他任意的方向渲染其他颜色。除此之外，还能单独调节明暗度、对比度、云雾和天空的绘制。
　　而且，饱和度调节功能也有，不过游戏中并没有用到。原因是在导入上述功能的时候，为了在实现艺术画级别的天空表现时，还需要自由地控制颜色变化。
　　如下就是使用了颜色的控制功能后生成的图像，下方的图像就在特定的方向概念股追加了青色和橙色的表现，不过这是非常极端的案例，实际产品当中会相当克制地进行调整。这个功能就效果来说非常简单，看起来只是在画面上加点颜色，但对于实现艺术画级别的美术效果来说，非常有用。
　　接下来介绍的，是就在绘制Skybox的时候，让画面边缘变暗的渐晕效果。渐晕效果，是当镜头朝向变化，而产生信息不足情况时，会以整体屏幕为基准追加使用的效果。而且对整体画面使用的渐晕效果，也可以设定为后处理。
　　然后介绍的是从shader里提取fog的颜色，以任意比例渲染到场景里的案例。这一手法主要用在配置到Skybox前面的云雾，或者是特效的布景上。关闭特效时背景的山峰显得很抢眼，打开以后白色被弱化，融入到周围的景色中。
　　由于在《艾尔登法环》中，云雾会根据天气、时间段变化而产生大幅度的颜色改变，所以针对每个变化模式，都需要调整最合适的颜色比例，所以才引入了这套功能来解决这个问题。
　　GlowFilter则是让特定材质发光的功能。可以在材质旁边设定光线的强度和颜色，主要用来表现光的特效、月亮、火焰、雷电等的效果。这套功能里，高亮度的部分与会自动发光的bloom渲染不同，优点在于可以更容易调节出具有艺术性的美术效果，制造一种幻想风格的画面感。
　　此外，GlowFilter并不局限于Skybox，在黄金树、角色等数据上，都能灵活运用。
　　曝光逆补正，是针对特定材质，在不影响曝光值的情况下，让它在画面中总是呈现相同明亮度的功能。和特效中经常使用的东西是一样的，《艾尔登法环》在黄金树以及它的周遭光效上，都用了这个技术。
　　虽然在物理上这是不正确的特效，但由于＂不论在任何环境下都能强化美术印象＂的特征性物件有好几个，所以还是加入了这个功能。
　　当然，让天空呈现出艺术绘画的效果，也有它本身的缺点。这种表现手法里经常会用到饱和度较高的颜色，而这些颜色也会反应在环境地图里。
　　换句话说，饱和度高的光线把地图照亮了，风格塑造上这是正确的手法，但在美术制作上不见得就是好的。比如，宁姆格福的天空是黄的，就连晚上也照得跟傍晚一样。为了解决这个问题，在聚焦到环境地图的时候，设计了天空会变更为饱和度较低样式的功能。
　　《艾尔登法环》里，Skybox相关shader的制作，是由美术来负责。shader的制作采用了公司内部制作的流程编辑器，可以自由地导入各种各样的表现和功能。不过每个模块都是技术美术制作的，所以不是美术自己从零制作的东西。
　　这个制作体系的好处，是能够在短时间内实现制作人的诉求，很适合用来制作独特的美术表现。《艾尔登法环》在量产开发期，会按照每周一次的频率，提出新的美术方案，由于需要兼顾制作人的反馈做调整，如果去找程序下需求做新功能，速度是赶不上这个制作流程的。而这套流程，只需要提供大概的设定图、就可以根据它提出新的美术方案，美术不仅很容易用来试错，制作起独特的表现效果也很方便。
　　另外在坏处方面，美术负责制作shader，势必在综合品质上不会有技术美术高，对GPU的负载优化也不够到位。这些是美术制作shader能力不足的原因，在《艾尔登法环》的制作里，是存在一定程度妥协的。
　　03 Volumetric Fog的处理
　　在运用Volumetric Fog（体积雾）的时候，有两个功能受到制作组美术成员的好评。第一点，是可以在向阳和背阴出可以设置不同的颜色。
　　参数中可以调整的光线 ，大体上分为可以对背阴出也产生影响的天空光，以及只对向阳处产生影响的直接光源。将它们设置在光照color上，就可以表现出向阳和背阴两种不同颜色的fog。针对直接光源，也可以设定与背对太阳光的镜头朝向太阳时光照颜色。
　　执行光线进行（Ray Marching，用于表现大气散射的一种手法）的时候，考虑到视角与太阳光的朝向，通过赋予光线特定的颜色，就可以如下图所示，表现出与太阳位置关系相应的渐变效果。
　　此外，天空光和直接光源，都可以设定影响镜头的范围，所以操作向深处延展的渐变效果。
　　第二点，是能够实现斜向光束（god ray），与上一个功能点合起来，就是美术在创作是必不可少的重要效果。
　　在早期，这些体积雾效果，都是由用来表现场景整体效果的global fog应对的，但根据情况不同，出现了表现力不足的案例。所以美术为了更自由地设置更自定义的云雾，加入了配置式体积雾这个功能。两项功能配合起来，实现了云雾效果根据不同场景自由变化的结果。
　　导入后的配置式体积雾，会与global fog配合执行，如下图示意，以左侧的的镜头为起点，针对体积雾进行Ray Marching计算，再呈现出每个Fog的结果。右侧的图像是配置式体积雾的预设，与global fog不同，可以基于noise、参数对fog的形状进行一定程度的调整。
　　配置式体积雾的形状操控，是以柏林噪声手法，在制作好的3D贴图上，以不同的频率和振幅进行合成。以此可以得到具备自然隆起特征的fog。
　　柏林噪声拥有更容易在一定程度内控制细节拉伸感的特征，实际处理上，生成的是如下图所示的三个noise，将它们合成就可以得到想要的形状。图片左侧的noise贴图是采用了系统预设以后，由美术调节大致的疏密、相关演出效果参数后，最终得到的形状。
　　配置式体积光有两个固有功能。第一个是可以针对各个固有提及设定颜色，如果不明确设定就会与global fog同步，使得颜色自动融入进去。除了颜色，浓度、疏密都可以调整，所以实际上比下图更容易显得浑然一体。
　　第二个是可以适配美术准备好的高度贴图。这是出于美术希望根据地形高低来配置fog的需求而实装的功能，下面是开关高度贴图后的对比案例。
　　关闭高度图
　　打开高度图
　　配置式体积雾基本上用在了这三种场景
　　配置式体积雾虽然能由美术自由操作它的外观，但在品质和负荷方面又是一个取舍的问题了，需要由美术根据场景的重要度来进行调整。
　　此外，在运用的过程中，也会遇到要组合使用多个体积雾的情形，此时负荷限制会非常明显。虽然为了做出更好的画面，大家都不希望限制配置数量，但也遇到了体积雾单位级别上，优化策略跟不上的情况，这种情况下，不是看体积雾本身的优化，而是需要考虑对场景整体的优化策略。
　　具体来说，就是先降低Ray Marching的颗粒度来计算，再对结果进行扩缩处理的手法。由于Ray Marching是以像素单位来计算的，所以在低分辨率下计算对优化的帮助很大，最终来看，单纯计算层面就能优化到之前的1/16。
　　另外，由于扩缩的时信息量缺失，物件的边缘部分与fog绘制的部分会产生空缺，使人为处理痕迹变明显。如果是遇到草木这类总是随风摇动的物件，就会非常扎眼，照这样是无法使用的。
　　于是在扩缩的时候，需要先检测出边缘部分可能会镂空的像素，然后仅对可能性较高的像素，在扩缩后重新进行Ray Marching计算，然后填上这些坑。
　　另外，扩缩采用的是Bilateral Upsampling功能，尽管计算量相对大一些，但重点放在了保存边缘点的目的上，从结果来看，即抑制了人为痕迹，又提升了优化空间。
　　04 美术运用的案例
　　最后是以上技术用到的美术案例。作为《艾尔登法环》画面风格基准的宁姆格福里，基本上用到了所有Skybox和fog的相关技术，这个区域的制作经验，也延伸到了其他区域的制作中。
　　首先，Skybox的制作先是配置了fog，然后针对不同角度调整颜色，这主要是为了实现画面左右的颜色变化，增加信息量。此外天空的颜色往绿色的方向调整，强调与地球不同的独特氛围。Skybox的颜色是决定整个区域印象的重要因素，所以实际制作时一边与制作人协商一遍谨慎地做出判断。
　　接下来是在fog上追加渐晕效果，这一目的是为了增加放射状的渐变效果，以增加画面信息量。这个功能不光是宁姆格福用到了，其他所有区域也同样进行了设定。
　　进一步使用指定角度的颜色调整功能，让黄金树的方向变得稍暗，这是因为天空的黄色容易让人联想到黄金树的标志颜色，二者过于相近，那么地标的作用就会降低，所以区分开来。
　　体积雾的光照和Skybox一样，根据角度设定了不同的颜色。虽然这看起来是比较微妙的颜色变化，但画面左右的颜色会发生渐变，起到提高信息量的效果。另外颜色变化太大也会显得出挑，所以基本上要控制在比较适度的变化范围内。
　　同时向阳和背阴的明亮度差异拉大，突出上帝光。如果明亮度差异小，上帝光的细节就会很难辨识，此外上帝光的倾斜方向信息会自动的生成，可以缓和悬崖等单纯斜面给人的印象，效果非常好。
　　而且，根据与镜头相隔的距离，照射到fog上的光线强度也会被调整。太阳方向和太阳的反方向的光线强度，都会在150米之内逐渐归零，这是为了改变画面深处的渐变效果，以此调整对比度。
　　调整强度以后，远处的雾气会非常浓，形成空气质感很强的视觉效果，而仅在近距离范围内，对比度会拉高。这个调整，不光可以提高美术的品质，还可以改善画面的辨识度，是非常重要的技巧。
　　此外，用到高度图的特殊案例，则是湖之利耶尼亚地区。
　　其他场景也都用了相应的技术点。
　　演讲最后，制作组也进行了总结和展望。
　　一是使用与作品方向相符的绘制手法。由于这次介绍的内容是针对《艾尔登法环》而生的最适合的方法论，并不一定适用于所有作品，因此还是需要针对自身实际情况寻找解法。
　　二是希望改善美术手动调整内容过多的情况。在《艾尔登法环》里，手动调整太多是一个需要反省的点，对于能量化的部分，还是要尽可能自动化。
　　最后是希望对fog进行更自由的自定义设置。即让美术可以进行3D贴图制作、高完成度的动画制作，更自由地做出心中所想的效果。
　　内容来源：
　　https://www.4gamer.net/games/463/G046388/20220826111/
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