文/張言豐（資深TA，QQ：306566807） 《拾夢(mèng)老人》是 Pinta Studios 的第一部VR交互動(dòng)畫短片，講述了主人公撿垃圾的老頭和他養(yǎng)的小狗，在巨大的垃圾場(chǎng)中尋找人們丟棄的夢(mèng)想的故事。本文作者張言豐，是Pinta Studio的CG總監(jiān)，其分享了這部動(dòng)畫的整個(gè)開發(fā)歷程。

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筆者去年寫了一篇關(guān)于如何打造高逼格耀斑效果的文章，很榮幸得到大家的關(guān)注。本人平日樂于分享自己工作中的點(diǎn)滴技術(shù)心得，歡迎大家聯(lián)系我進(jìn)行技術(shù)相關(guān)的交流學(xué)習(xí)。 今年筆者在PintaStudio，這是我在中科院的同學(xué)創(chuàng)立的一家VR電影工作室，我們希望用游戲引擎實(shí)時(shí)渲染的方式來表達(dá)藝術(shù)家的思想。同時(shí)，我們制作的VR沉浸式感受也是一種全新的觀影體驗(yàn)。接下來，我將簡(jiǎn)述整個(gè)開發(fā)的歷程。 一、引擎的選擇 （Unity VS UE） 立項(xiàng)階段，我們遇到了引擎選擇上的分歧。我們想做的是重量級(jí)大作，所以最初的想法是采用一個(gè)重量級(jí)引擎。早期做端游時(shí)，我們了解得最多的是CRY ENGINE（下稱“CE”）和UNREAL ENGINE（下稱“UE”）了，這兩個(gè)引擎就是引擎界的“西門吹雪”和“葉孤城”，長(zhǎng)期霸占著國(guó)外的大作市場(chǎng)。CE這些年在國(guó)內(nèi)推廣不利，所以在最初階段，更多的小伙伴希望用UE來做我們這個(gè)電影。我的加入，給團(tuán)隊(duì)帶來了新的選擇—Unity。相比前兩個(gè)引擎，Unity可以說是后起之秀，尤其近3年手游的興起，才把Unity引入大眾的視線。我們主要對(duì)UE和Unity兩個(gè)引擎進(jìn)行了比較： 在視覺效果上，UE的完成度更高。引擎自帶了比較多的效果如Light Propagation、各種Volume效果；UE的實(shí)時(shí)光照用的是經(jīng)典PBR光照模型，更加接近藝術(shù)家們要求的Maya效果；UE的ShaderTree，更是給人一種“屌絲圖形碼工可以退休”的感覺。反觀Unity，自帶的效果比較有限(不考慮龐大逆天的AssetStore情況下)，而且引擎中增加了一些無端端的優(yōu)化，造成了一些視覺上的Bug，遭到一些藝術(shù)家的詬病。

性能上，UE沒有對(duì)所有模塊做全部測(cè)試，但是Unity經(jīng)歷了90%以上手游的考驗(yàn)，相信可以保證影片的流暢性；同時(shí)因?yàn)橛懈嗟囊苿?dòng)開發(fā)案例，所以小勝UE。

操作上，UE更強(qiáng)大的功能必然會(huì)導(dǎo)致編譯時(shí)間較長(zhǎng)；對(duì)于喜歡改裝引擎的老司機(jī)，修改UE代碼需要對(duì)它所有的模塊都熟知；加上是基于C++的開發(fā)，程序需要格外小心內(nèi)存、指針等各種問題。再看Unity，Unity把一些固定代碼做了封裝，改裝引擎最多只能是對(duì)某些模塊進(jìn)行重寫(當(dāng)然，這樣改裝的結(jié)果可能導(dǎo)致性能略低，但是對(duì)于我們項(xiàng)目而言，不涉及過多硬件交互)，不太容易出現(xiàn)問題；Unity是基于C#的開發(fā)，程序也相對(duì)耐操一些，對(duì)于支持VR的PC硬件，內(nèi)存不是最致命的問題，但怕GC太多。 綜上所述，我建議團(tuán)隊(duì)采用Unity引擎。盡管后來被幾個(gè)大坑坑得鼻青臉腫，但是從項(xiàng)目進(jìn)度以及結(jié)果來看，這個(gè)引擎基本上達(dá)到了我們想要的效果。 二、技術(shù)創(chuàng)新 Unity引擎本身的畫質(zhì)相對(duì)來說是較為簡(jiǎn)樸的，但是對(duì)于電影來說，藝術(shù)家希望能有一些更豐富的畫面表現(xiàn)。 在這里我們舉個(gè)簡(jiǎn)單小例子: 如上圖這個(gè)光影效果，上面窗戶衍射效果就有很多種實(shí)現(xiàn)方法。先對(duì)Depthmap做邊緣的blur，然后計(jì)算光照是一種辦法；直接對(duì)Render Target做局部的bloom也是一種方法；OffScreenRenderTarget，渲染一張低分辨率的光照貼圖，然后合成回MainTarget，也不失為一種好方法。 對(duì)于地上陰影的邊緣效果，怎么實(shí)現(xiàn)呢？CookieTexture？錯(cuò)誤，你沒有辦法用CookeTexture去解決不規(guī)則的陰影衍射，更何況陰影的邊緣顏色是藝術(shù)家幻想的。那怎么辦？其實(shí)不難，它是軟陰影算法的變種，所以，利用概率采樣ShadowMap的方法得到陰影邊緣，然后在邊緣地區(qū)做顏色疊加即可實(shí)現(xiàn)。 我們?cè)倥e一個(gè)小例子： 這狗的耳朵是不是有點(diǎn)透明？其實(shí)這就是個(gè)SSS效果，實(shí)現(xiàn)方法是：對(duì)于一個(gè)表面，沿著視線方向做一個(gè)延伸，取到次表面的光照，再疊加到前表面的顏色上。仔細(xì)看Unity樹葉的Shader（Unity內(nèi)置Terrain里的Shader），有個(gè)變量backcontrib，是把樹葉背面的顏色疊到前面來，其實(shí)也是sss的變種。 三、重重阻礙 我們項(xiàng)目的開發(fā)進(jìn)程充滿艱辛，在此列舉部分，給可能要入坑的同學(xué)提個(gè)醒： 1. 普通物件Standard材質(zhì) 因?yàn)檫M(jìn)度原因，我們?nèi)匀徊捎昧薝nity自帶Standard里的PBR光照模型，這個(gè)光照模型是經(jīng)典模型的簡(jiǎn)化版，對(duì)于大多數(shù)渲染對(duì)象來說還是可行的。但Unity自帶的StandardShader在支持半透物件時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)癱瘓的情況。如下圖： 左圖為正確效果，右圖為UnityStandard的錯(cuò)誤效果。這是由于StandardShader里Transparent 沒有 Z Buffer 導(dǎo)致。那么有同學(xué)又會(huì)問“我用cut out不就行了么？”但是cut out是用RenderQueue來解決問題的，我希望上面這個(gè)腿和靴子來個(gè)半透明效果，它就沒辦法實(shí)現(xiàn)了。比如下圖這個(gè)淡出效果: 此外，Unity還有一個(gè)致命的“優(yōu)化”，就是在OpaqueQueue之后會(huì)把ShadowMap給銷毀掉。所以半透明物件無法接受陰影。另外，關(guān)于點(diǎn)光源，如果光源范圍內(nèi)沒有任何物體，Unity會(huì)把Lightmap也“優(yōu)化”掉。類似這樣的小細(xì)節(jié)Bug比較多，但需求不會(huì)因?yàn)橐娴腂ug而減少或者降低標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)坑一個(gè)坑地填起來，也花費(fèi)了我們相當(dāng)大的精力。 2. 特效 如果說普通物件的材質(zhì)是被Unity坑了一下，那么特效就是被VR的SDK給坑得鼻青臉腫。當(dāng)時(shí)我們用的是HTC VIVE的Steam VR的SDK。研發(fā)完成之后才發(fā)現(xiàn)，這個(gè)SDK對(duì)RenderCommand OffScreen Camera支持極差(OffScreenCamera沒有辦法左右眼矯正)，也就是說所有的特效必須寫在固定管線里，比如這種Volumetric Light。我們需要離線烘焙好ShadowMap，然后再前向渲染時(shí)，用RayTrace去模擬它的attention。 上面兩張圖中，左圖是正確的效果，右圖是SteamVR里可能看到的效果（因?yàn)镺ffScreen Camera位置沒有經(jīng)過左右眼矯正，所以位置看上去是偏移的，甚至不在屏幕里）。 3. 其他 在VR的開發(fā)中，相機(jī)也是個(gè)坑。因?yàn)閭鞲衅鲿?huì)實(shí)時(shí)地重置相機(jī)位置，所以你沒有辦法去動(dòng)態(tài)改變相機(jī)，只能通過反向移動(dòng)場(chǎng)景的方式來實(shí)現(xiàn)相機(jī)的動(dòng)態(tài)切換。這也消耗了我們很多的時(shí)間來填這個(gè)坑。 四、展望 Unity 引擎自帶的渲染模塊基本都有些許欠缺，但是近年來隨著Compute Shader、Render Command這些接口的提出，給我們引擎開發(fā)者提供了很大的可擴(kuò)展空間。正如我多次呼吁的：引擎是用來幫助開發(fā)者減少工作量的，不是用來完全依靠的。沒有一款引擎能滿足所有項(xiàng)目都通用的需求，所有引擎都需要根據(jù)不同的項(xiàng)目來做修改。一個(gè)不會(huì)造發(fā)動(dòng)機(jī)的人，可以開車，甚至簡(jiǎn)單地維修汽車，但是你沒法成為造車場(chǎng)的老司機(jī)或者職業(yè)賽車手。