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Level of Detail

如果說Rockstar（GTA的開發商）在一個領域優于競爭對手的，那就是接下來要介紹的LOD。洛杉磯的游戲世界隨著多邊形和細節的多少，有許多不同的版本，即便是在線直播游戲時也不會被加載畫面阻塞，使得整個游戲體驗更加的身臨其境。

Lights 光源

你看到的遠處所有的小的光源都是真實的，你可以朝著他們的方向開車，并找到投射光源的燈泡。 Aaron Garbut 上面這段話是 ? Rockstar North的創始人和藝術總監 Aaron Garbut，在PS3版發布不久前宣布的。 他的描述是否準確？讓我們思考下面這個夜景： 簡直像真的一樣：你看到的每個小的光斑都都是用一個使用32x32? texture的正方形渲染出來的。 ? ?? 盡管用? instanced geometry（實例化幾何體） ?進行了大量的batch，但仍有數萬多邊形推送到了GPU ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ?? 而且這些并不只是靜態幾何體：車輛的前燈也在街道上移動，實時更新。當然，這個距離并不需要渲染所有的車輛模型，只要兩個前燈就足以創作視覺。但如果你要接近一些遠處的光源，LOD會增加，并最終繪制汽車的整體模型。

Low-Poly Meshes 低多邊形網格

我們回到前面討論的那一幀上，游戲世界里一些相當廣闊的部分在一幀中被渲染。例如我們下面討論的山的渲染： ? ?? 那么遙遠的小山究竟是什么樣呢？ 原來這個山一點也不小，實際上Vinewood Hill（現實中的好萊塢山）是一個跨越了幾平方公里的區域，以及許多的房屋和建筑。 還有伽利略天文臺坐落在山頂上，以及?Sisyphus Theater（希臘劇場），?Lake Vinewood（好萊塢水庫），可以在所有的這些區域里探索或駕車，并由數千的draw-calls 和大量的多邊形來繪制。 但在當前這個場景里，這個區域很遠，所以用低多邊形的版本來渲染：只有1個 draw-call和2500多邊形。 ? 所有的渲染是用一個讀取了多張Diffuse texture的Mesh做到的。即便有一些工具可以把Mesh轉化為低多邊形的版本，但這個轉化并不能完全的自動化處理，即便是 Rockstar的3D美術師花費幾天時間來手動的微調Mesh，也不會感到驚訝的。 另外一個例子， 是城市中“小首爾”區的幾條街，也是由一個draw-call來繪制的。
游戲世界的低多邊形版，在高效的渲染 reflection ?? cubemap這類不需要非常高細節和很高分辨率時非常的有用。游戲里如果只有一個LOD等級的話，實時的渲染環境 cubemap因為包含了大量的幾何體，會非常昂貴或無法實現。 ?

Asset Streaming 資源流加載

像在GTA中給不同的LOD創建多個版本的游戲世界，是非常龐大和耗時的任務，是一個相當挑戰。但是，即便你完成了這些，也僅僅做到了一半：你可以在硬盤上放幾個G的model和texture，但如果不能找到方法來高效的加載到內存或GPU顯存上就沒有任何意義。 GTA V是實時的流加載資源， 當你進入地圖的另一個區域時， 加載/卸載model和texture。真正使人印象深刻的是它實時的實現了并在幾個小時內保持穩定。 技術上最大的成就，就是把這一些都壓縮到了家用機的內存，并讓游戲得以流暢的運行。我們流加載和壓縮到內存的越多，就意味著可以比GTA4有更高數量級的細節。 Aaron Garbut 當然，這種流加載系統也有其局限性：例如當你切換角色時，相機要從地圖的一個區域跳到另外一個區域，這種情況下，流加載系統會突然的過載，也是完全可以理解的，它需要5秒來整理和趕上進度。但GTA5通過縮小/轉化/放大的動畫很好的處理了這個過渡，并不會覺得完全像是加載畫面。 當你正常駕車時，移動速度足夠慢，流加載系統就有足夠的帶寬來保持更新。開飛機的情況就不一樣了：它們對流加載系統來說太快了，這也就是為什么駕駛飛機的速度與現實相比大大的減慢了。飛行時，mesh會以和駕車相比更低等級的LOD來渲染以緩解流加載的壓力，但有時仍然會有資源的"突然出現"。

Reflections 反射

因為前面分析的幀沒有那么多的水，讓我們通過下面場景更接近的看看游泳池和海洋是如何渲染的: 就像之前所見的，這個場景被正常的渲染：生成一張環境Cubemap（下圖），主要用來渲染物體對周圍的反射效果。 例如，游泳池的梯子的反射就歸功于這張cubemap。 注意角色和一些像梯子這樣的小的物體對象并沒有在這張cubemap里。 在渲染水之前場景看起來像這樣: 渲染水面和這個完全不同，它并不包括上面這張cubemap。

Reflection Map 反射貼圖

首先，是生成" planar reflection map "，這張圖分辨率很低，是240x120，處理類似cubemap的生成，但只生成一張buffer并且有梯子和角色出現。 場景被顛倒的渲染，隨后做對稱采樣就可以獲得正確的反射了。

Refraction Map 折射貼圖

圖像的一部分被提取出來：這是水面所在的部分用來創建折射貼圖，用來模擬后面的折射效果：光從水面下的射出。 這時加入一些“不透明水”的藍色（水越深顏色越強），以及 caustics（ 焦散）效果。最終的貼圖為原始buffer的一半大小。

Combination 組合

要組合不同的buffer，再繪制一個矩形多邊形來表現游泳池的水面。依靠bump texutre，逐pixel的擾動多邊形的法線作出一些水運動的錯覺。 海面的情況不只是擾動法線，繪制一個每幀更新頂點的整體的Mesh來模擬波浪的運動以替換之前的四邊形。 根據每個pixel的法線， ? pixel shader在不同的點獲取 reflection和 refraction ?map信息，通過菲涅爾方程計算出坐標。 ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? 最后的結果非常不錯，加入真實擾動的水面效果非常有說服力。

Mirrors 鏡面

鏡面的渲染和水面是完全一樣的技術，由于鏡子只反射光，甚至比水面更簡單，不用考慮來自鏡面后的折射效果。 不像水面，鏡面是完全平坦的，很難隱藏用 較低分辨率時問題，texel相當的明顯。通過設置給予較高的分辨率可以增加反射的質量。 生成 ? reflection map需要額外的pass渲染場景而且相當的沉重。當鏡面在視口外或者玩家距離很遠時（這時看起來像一個黑色的四邊形），引擎可以避免執行這個額外的pass。

Spotlights 聚光燈

記得在每幀開始前生成的環境貼圖并不包含任何角色和車輛，只有主要的建筑和風景吧？ 這種情況下，下圖中車的前燈是如何反射在潮濕的路面上的呢？ 在幀分析的部分這個效果并不明顯，因為那是一個白天的場景，但畢竟所有的 G-Buffers ?都被合并了，燈光也被順序的繪制。每個燈泡，光投射到的其他mesh被計算了，也包括像潮濕馬路的高光澤度表面上很強的反射高光的效果。 ?
每個光源都要繪制一個mesh，這個mesh類似一個細分的八面體，只是通過修改vertex shader，使它與光暈的形狀相匹配。 這個mesh沒有texture，目的是為了讓光暈內所有接觸的Pixel可以調用一個Pixel Shader。Shader會根據Pixel深度，與光源的距離，法線以及specular/glossiness屬性，來動態的計算光照。 上面的線框視圖就是用來計算路燈光源的影像的Mesh。 這里你可以看到延遲管線（Deferred）和前渲染管線（Forward）相比的一大優勢：延遲管線可以在場景中渲染大量的光源，而 pixel shaders調用盡可能的少，只涉及了被光源影響到的pixel。而前渲染管線中，你必須要計算所有受光源影響的fragment，即使這個 fragment實際并不任何光的影響，或者隨后被其他的fragment遮擋。 Well, since you made it this far, you can check-out the final part about post-effects.

轉載于:https://www.cnblogs.com/TracePlus/p/5123301.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Grand Theft Auto V 图形研究（2）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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