《末日之戰2》 DirectX 11 Ultra Upgrade效果比較 - 第一頁

2011年6月27日

作者Andrew Burnes

《末日之戰2》於3月22日上市時,馬上就成為 Crytek 公司第一款憑藉自家遍布全球各工作室,獨力開發的多平台遊戲。 由於需要花費同樣的心力以確保遊戲在不同平台上都能夠表現得很完美,Crytek 用盡所有的開發時程,避免在發表前就導入預定好的 DirectX 11 功能。 因而遊戲發表後,開發人員就能專心地將心力放在在 PC 版本上。最後幾個月的時間甚至是以辦公室為家般地拼命工作,因此打造出這款迄今從未在任何一款遊戲見過最先進並充滿的 DirectX 11 特色的壯闊場景。

分為三個部分、稱為Crysis 2 DirectX 11 Ultra Upgrade的升級內容,檔案大小為 2.32GB,為推出 DirectX 11 曲面細分(tessellation)時的免費視覺升級內容, 大幅改善 DirectX 9 與 11的繪圖能力及高解析度材質包,只適用於擁有 1GB VRAM 以上的繪圖卡使用。

如同前述,DirectX 11 中的曲面細分是最重要的功能之一,但 Ultra Upgrade 亦推出擁有可變漸層柔和陰影的功能,增加水面著色、粒子動作模糊及陰影的能力。 原本在 CryEngine 3 裡省略掉,又重新納入視差遮蔽貼圖(Parallax Occlusion Mapping)功能,跟全解析度的高動態範圍動態模糊功能一樣,使得遊戲能以更詳細、更細膩的方式呈現出相機左右拍攝的效果。 為了提升效能,採用了更先進的硬體閉塞選擇(occlusion culling)功能,提高繪製看不見的物體及場景的性能。

此外,針對 Ultra Upgrade 從新開發三項新技術。 即時局部反射(Realtime Local Reflections)以即時的方式對所有場景裡的物體呈現出下一代高品質的反射效果;畫面空間方向閉塞(Screen Space Directional Occlusion)改善Crytek 在《末日之戰》裡首度採用的「畫面空間環境光遮蔽」(Screen Space Ambient Occlusion)創新技術,所產生的光線和陰影;以平面人物貼圖為基礎的散景景深效果,將電影的銀幕感加入 Crytek 的射擊遊戲,這個我們之前有說明過。

遊戲選單已進行調整,以促進使用者進行 Ultra Upgrade:



基本圖形選單讓使用者能開啟 DirectX 11 效果,選擇整體品質預設值。



進階圖形選單讓使用者能調整品質預設值,指定動態模糊的數值,啟用高解析度材質(若有安裝的話)。

使用者可自行決定使用新的 Ultra 規格預設值(上圖)來啟用及停用以下效果:

  • 物體: 曲面細分(Tessellation) & 視差遮蔽貼圖(Parallax Occlusion Mapping)
  • 粒子: 陰影及動態模糊
  • 後製:全解析度高動態範圍動態模糊(Full Resolution High Dynamic Range Motion Blur) & 以平面人物貼圖為基礎的散景景深效果(Sprite-Based Bokeh Depth Of Field)
  • 明暗:畫面空間方向閉塞(Screen Space Directional Occlusion) & 即時局部反射(Realtime Local Reflections)
  • 陰影: 可變漸層柔和陰影(Realistic Shadows With Variable Penumbra)
  • 水影: DirectX 11 曲面細分海面及水面數量(Tessellated Ocean And Water Volumes)
  • 動態模糊數量: 指定動態模糊的程度,或是整個停用
  • 高解析度材質: 啟用或停用高解析度材質

曲面細分 & 位移貼圖

曲面細分與位移貼圖是 Ultra Upgrade 的重點功能,也是遊戲裡最顯著的效果。 由不規則的磚頭組成牆面,橡膠出現層紋,其他場景裡的元素也變得更細膩。 幸好不是浮濫地使用曲面細分,而是在小地方使用以增加細膩感。 然而停用 DirectX 11 Ultra Upgrade 選項或是觀看本文裡的動態比較圖時,不會立刻就注意到少了它的存在。



點擊以觀看動態比較圖。

Crytek 在 Ultra Upgrade 部分採用不同的曲面細分,在所有適合的物體上加入曲面細分技術,藝術部門可以決定特定關卡裡的哪些元素要加上曲面細分技術,以在性能和品質上達到平衡。 設計人員手握這項獨特的技術,就能對一個關卡裡醒目的特定物體套用上曲面細分技術,而背景裡的某個物體就不使用。

在 DirectX 11 API 最重要的更新項目裡,其中一項就是採用可程式化硬體曲面細分。 Crytek 決定大力推廣這項技術,而市場上多數使用 DirectX 11 技術的遊戲只在部分簡單的程序效果上使用這項功能。

Crytek 採用可程式化外殼和區域曲面細分著色器,以維持必要的效能水準及達到最佳的曲面細分效果。 我們在這裡就不深入介紹技術(如果你有興趣的話也是可以自己找資料啦),外殼著色器的主要功能為計算正確的曲面細分設定值,以指定畫面上顯示的曲面細分細節數量。 聰明地運用外殼著色器可以建立調整式曲面細分(adaptive tessellation),持續按照玩家與套用曲面細分技術之物體間的距離,以及觀看結果來調整細節,以保持最佳的笑能表現 – 如果玩家跟套用曲面細分技術的石頭間有100公尺的距離,即無需修正到僅一呎遠時需達到的曲面細分水準和品質。



點擊以觀看動態比較圖。

在外殼著色器計算曲面細分設定值後,區域著色器接著處理產生的細節,使其符合預設的形狀或執行其他許多複雜功能。 在 Ultra Upgrade 裡,位移貼圖也使用區域著色器,以強化幾何效果,像是玩家腳下的地面。 位移貼圖為內有高度和細節資訊的預製材質,然後套用到物體表面,使用曲面細分資訊來建立像是路面凸起的外觀,而過去玩家只會看到平坦的路面。 位移貼圖使得 Crytek 能以更細膩的細節來強化大區域畫面的表現,又無需使用大量記憶體。

曲面細分的另一項優點就是能精準從位移貼圖表面的凸起處建立輪廓邊緣,利用著色讓邊緣更平滑及強化細節,又不會讓效能下降。 但就算最強大的 GPU 也無法對整個遊戲裡的所有物體和元素套用曲面細分技術,只能用於能創造出最大效果的區域。



在啟用曲面細分技術的情況下,這個線框強調使用更細膩的細節,強化外星生物的外觀。

視差遮蔽貼圖

曲面細分可以增加幾何層面(地面、牆壁、外星生物)的細節,但如果要增加像素層面(細膩的地面、泥土、輪胎車跡)的貼圖逼真度,視差遮蔽貼圖(Parallax Occlusion Mapping)這一類的凸面貼圖技術就能在犧牲一小部分性能的情況下,產生出更細膩的結果。

在下圖裡你將看到場景裡泥巴路面波浪形的輪胎車跡。 在靜態的畫面截圖裡,看起來像是另一個曲面細分的例子,不過如果真要運用曲面細分達到這個程度的細節,其實並不容易。 這麼說好了,愈細緻的畫面,就會消耗更多性能,由於需對三角形進行曲面細分作業,拆解成像素大小,會使得性能大幅下降。 相反地,使用視差遮蔽貼圖繪製的區域,可以使用即時柔軟自我陰影(soft self-shadows)來著色,請看下圖輪胎痕跡左邊的泥土及輪胎痕跡最左邊右側泥土的陰影和著色,如此能讓玩家更融入場景。



點擊以觀看動態比較圖。

運用曲面細分來創造出場景裡的幾何圖形,使用視差遮蔽貼圖從觀看者的角度來製作小到像素的貼圖。 透過曲面細分,人物可以坐在產生出的壕溝裡,但使用視差遮蔽貼圖的話,壕溝就是幻覺,在上圖裡人物的腳不會走過輪胎痕,而是從旁邊走過,就像是在遊戲的 DirectX 9 版本畫面裡呈現的樣子。 雖然某些玩家不會注意到這個,如同上述,無法使用曲面細分來繪圖整個區域,由GPU 與 CPU 繪製遊戲裡的所有其他元素,此時就必須以視差遮蔽貼圖來取代,維持與Ultra Upgrade 裡使用的其他先進技術在視覺效果上的一致性。

在水量 & 海面方面的改善內容

同樣也曲面細分技術的優點,提升《末日之戰2》的海面和被隔離的獨立水體。 說明水體外觀及運動方式的網格,會按照與玩家攝影機間的距離動態加上曲面細分技術,以提高精細度和消除鋸齒邊緣,玩家轉動攝影機時從先前使用的靜態網格圖就能看到效果。 同時透過使用快速傅利葉轉換(Fast Fourier Transforms)技術,創造出更頻繁的波浪。快速傅利葉轉換是一項高速進行大量複雜數學運算的技術,可創造出逼真的波冠,正確與四周物體和地形進行互動回應。



點擊以觀看動態比較圖。

在繪製水影方面,Crytek 採用更先進的技術。 其中最重要的就是次表面散射(Sub-Surface Scattering),讓光線能在水面底下投射以照亮水體及模擬光芒。 這個效果其實並不顯著,但能運用在人物角色及其場景元素上,將會是遊戲內光線照明效果的重大革新。

除了對水體採用曲面細分技術,還透過使用其他位移貼圖技術改善水體的互動情況。 在下例裡,角色射擊水面,繪圖引擎計算子彈的撞擊力,參考位移貼圖技術,透過進一步採用曲面細分技術,產生出向上、向外濺出的水花,並在附近的水面上產生漣渏。 為了確保這個效果的正確性,Crytek 也升級了水體物理引擎,敵軍和玩家踏水而過時,在目前的技術限制範圍內產生盡可能逼真的結果。



注意因為子彈射擊撞擊的結果,經曲面細分技術處理的水體濺出經曲面細分技術處理的水花。

最後,波冠還加上泡沫,讓水的運動更顯真實。 在真實的環境裡,有經驗的水手只要觀察波冠上泡沫的密度和運動方式,就能輕鬆辨別蒲福風級上的風力大小。



大型水體上波冠泡沫的真實範例 - 圖片來源

續接第二頁,以瞭解 Ultra Upgrade 的其他內容 >>

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