为什么说《半衰期VR》的成功不止因为IP,更在于创新?

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如果说《半衰期:爱莉克斯》是2020年最强VR游戏,可能并不夸张,毕竟它当之无愧斩获了Steam年度最佳VR游戏。作为Valve《半衰期》大IP的第三款游戏,该作竟然仅支持VR模式,相比之下在VR市场依然小众的当下,勇敢推出3A级VR游戏并取得成功的并不多。因此,它制作精良的场景、逼真的画面、优秀的交互体验,为行业树立了新的标杆。

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那么,《半衰期:爱莉克斯》的成功仅仅是因为依托于大IP、由游戏大厂开发吗?实际上,打造一款优质的3A VR游戏所需要具备的不止如此,同样拿《半衰期:爱莉克斯》来说,Valve在这款游戏上运营了大量创新,并且对各个VR平台进行优化,因此才能在大部分PC VR设备中流畅运行,同时还能为玩家带来具有深度且丰富的交互和内容。

此外,该作游戏时长达15小时,是少有的完整VR大作,在探索游戏关卡之余,你还可以与虚拟白板、钢琴等有趣的场景互动。更有意思的是,去年5月还更新了逼真的液体物理效果,让游戏中许多瓶子中都有了看起来相当逼真的液体,如果你使劲晃动瓶子,甚至可以将其中的液体摇出来。

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据了解,《半衰期:爱莉克斯》所使用的液体物理引擎由Valve的视觉特效开发者Matthew Wilde制作,这也是他加入该作开发团队的初衷。不过当时的开发工作已经几乎完成,已经完成3D物体的细节,以及光线渲染系统的开发,而且很快将发售,于是因为时间来不及就砍掉了这个项目。

后来,该作于去年3月23日上线Steam没多久,Valve总部所在的华盛顿西雅图开始封城,Wilde终于有时间在家中的地下室继续自己的开发工作。

据悉,游戏中有一整个关卡都设定在酿酒厂中,这里有大量的酒瓶道具,瓶身上的灰尘、污垢、商标等细节足够细致。不过在更新液体物理引擎之前,这些瓶子看起来都是静态的,而且也不透光。而正是因为更新了液体物理效果,让液体从视觉、移动方式、物理反馈等多方面都足够符合自然物理规律,效果甚至可能超越市面上许多3A级PC游戏,在VR中更是进一步增强游戏体验的沉浸感。

关于液体物理引擎的背后

通常,在3D引擎中渲染液体并不简单,与一般的模型相比,液体没有固定的形状,而且不同类型的液体的效果和性质表现也有所不同(比如啤酒的泡沫或是液体上的浮油)。

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因此,游戏开发者渲染液体也有多种不同的方式,比如:《古墓丽影:暗影》利用了基于纳维尔-斯托克斯方程的实时流体模拟算法,不过仅渲染游戏角色与液体互动部分的效果;《生化奇兵》利用粒子效果来模拟水涌到隧道中的效果,但不管水如何流动,隧道中水的总量不会增加,水面也不会上升。

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与上述方法不同,Wilde采用了更加巧妙且简单的液体渲染方式,即:利用像素着色器来实时控制装有液体的瓶子的外观,也就是外观看起来给人一种酒瓶中有液体的假象,但当你凑近看里面的时候会发现其实里面的液体效果只存在于瓶身,瓶内并没有渲染液体的像素,是空的。

这样做的好处是简化了液体渲染的复杂性,而且效果和细节也足够逼真。

据悉,着色器是控制3D模型外观的程序,而像素着色器可设定和控制游戏中每颗像素的外观。通常游戏中都会使用像素着色器,比如《我的世界》的mod开发者就利用游戏中的着色器套件开发出水波纹、反光等多种效果。在不改变游戏中3D模型的纹理和几何形状的情况下,着色器依然可以改变该模型在不同场景中的表现(反光程度等)。

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在《我的世界》中,运行水着色器可为河流加入反光、水波等逼真的视觉效果,模拟光线照射在水平面上扭曲的观感。

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其实,《古墓丽影:暗影》、《生化奇兵》等游戏渲染液体时也采用了着色器,区别在于《半衰期:爱莉克斯》中含有液体的瓶子仅使用了着色器,就像是附在瓶身上的动态滤镜一样,仅对瓶子本身这个3D物体的表面进行渲染。

关于具体实现方法

Wilde表示:《半衰期:爱莉克斯》里酒瓶中的液体效果并不是基于准确的物理原理,而是基于长时间以来对各种酒在光线下效果的观察而总结的规律。比如在观察到酒瓶边缘反光的不规则效果后,直接在着色器中修改数值。

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《半衰期:爱莉克斯》引擎中已有计算和渲染光线的程序,Wilde只需要算出引擎计算出的光线对于3D物体的影响,以及对应的着色器数值,包括:底色、反光性、表面形状等等。

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Wilde需要计算的着色器数值分为两部分,一部分用于渲染酒瓶的外观,另一部分用于渲染液体的效果。两种数值叠加在一起,会有一个整体的视觉效果。比如:装在绿色瓶子中的红酒看起来像是黑色,装在透明玻璃杯里的红酒看起来是深红色。

除了颜色外,着色器还需要考虑纹理、酒瓶颜色、灰尘、形状、商标的反光金属色块等等,通过算法计算出整体的效果。对于像素着色器来说,你需要计算出每颗像素融合的数值,原理类似于点彩画,即:利用大量色点来塑造物体,从远处看起来这些色点会失去颗粒感,而是混合成一幅画(参考乔治·修拉《大碗岛的星期天下午》)。

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当然,尽管游戏中酒瓶的着色器数值分为两部分,但实际上仅采用一个着色器程序,也就是说在酒瓶周围画一条相当于液体平面的线,这个线会根据酒瓶移动而变化(模拟液体表面的变化)。同时,这条线以下的部分将渲染出瓶中有液体的效果,线以上则渲染无液体效果。

而当你打碎酒瓶时,着色器将忽视液体效果,专为渲染泼水的粒子效果,以及被打湿的地面。

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除此之外,渲染瓶中液体最难的部分在于模拟反射和折射的效果。Wilde表示:我会在游戏中北极星酒店的场景中检查和验证酒瓶在不同光线环境中的效果。当举起酒瓶,对着酒店窗口透出的阳光时,可观察到动态的折射和反射效果。

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为了渲染逼真的液体折射,Wilde决定采用渲染反射效果所采用的立方体贴图方式来实现。据悉,大多数游戏会利用立方体贴图来模拟镜面反射效果,不过由于这种方式只能设置固定视角的画面(难以针对不同视角实时改变),因此效果并不完美、也不自然。但立方体贴图对于渲染折射效果,是足够的。

考虑到《半衰期:爱莉克斯》中的酒瓶的外观已经存在一些不规则的反光变形、污渍等瑕疵,利用立方体贴图来实现折射的效果实际上足够合适,而且即使有误差也显得并不明显。

总之,先是通过立方体贴图来渲染变形的瓶身折射效果,接着再一次变形来营造液体折射效果。而在渲染反射的部分,Wilde分别渲染了液体和酒瓶的反射效果,然后叠加在一起,效果看起来更自然。然后将反射和折射效果叠加后,看起来就像是液体和瓶身两种物质叠加在一起,尽管实际上液体只不过是瓶身上的着色效果。

Wilde表示:其实,《半衰期:爱莉克斯》中的一切都是假的,是视觉欺骗。只不过是经过长时间的观察和调整,通过算法计算并营造的自然观感。

对于玩家来讲,它已经足够逼真,会让你开始相信眼前这个世界的真实性,即使它的动态规律并不是基于准确的物理法则,只不过是基于对真实的酒瓶的观察。

Wilde补充:普通人在观察酒瓶和液体时,其实并不一定能看懂它的样子(不管是形状还是颜色),更多的是靠本能去感觉,因为你已经接受了透过酒瓶去看周围环境,画面会扭曲这一本质。

成功来源于创新

在PC游戏中,不管游戏场景、画面和内容多么逼真和沉浸,也会出现穿墙等一些“出戏”的情况。相比之下,理想中的VR应该给人带来难以区分现实的沉浸感和逼真感,而《半衰期:爱莉克斯》几乎完美做到了这一点,不管是光线反射、阴影还是液体效果等元素都足够细致,从而丰满了整个游戏体验,即使你停留在某一个场景,也可以像走进真实环境一样花时间去探索。甚至,还可能欺骗我们的大脑,认为这就是真实的世界。

Oculus独占VR游戏《星球大战:银河系边缘传说》2

《银河系边缘传说》

当然,这只是《半衰期:爱莉克斯》这部作品所采用的巧思之一,该作真正向我们展示了如何用VR来演绎经典IP、如何才能做出成功的3A级VR游戏。相比之下,Oculus历经三年多时间开发的独占IP大作《荣誉勋章:Above and Beyond》在推出之后并未得到预期中的好评,足以说明大制作、大IP不够成为成功VR游戏的保障。

除了《半衰期:爱莉克斯》外,市面上也有一些值得关注的大IP VR游戏,比如:ILMxLAB开发的星战主题VR游戏《Vader Immortal》和《银河系边缘传说》等等。这两款游戏无论从画面、交互还是故事性来讲都足够优秀,为了能在Quest一体机上流畅运行,在3D图形渲染等方面进行了大量优化,而且在场景和音频上也加入创新元素。尽管两款星战VR游戏内容较少,但短短的游戏时间足以给玩家留下深刻的印象。

总之从这些成功的案例可以看出,VR硬件在创新的同时,软件内容也需要开拓思维,即使是“着色器假象”这种非常规的小技巧也能带来令人满意的效果。参考:Polygon

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