[sig14gdc14]crytek的《罗马之子》的渲染技术

crytek关于son of rome在gdc和siggraph都做了presentation，两者有些地方一样的，干脆一勺烩了吧：

http://advances.realtimerendering.com/s2014/crytek/Sigg14_Schulz_Mader_Ryse_Rendering_Techniques.pptx

http://www.crytek.com/download/2014_03_25_CRYENGINE_GDC_Schultz.pdf

看到一直推动行业水准前进的公司陷入财务困境属实揪心，希望crytek能更接地气的赚到钱，别趴下。

pre

ryse:son of rome是xbox one独占的游戏，xbox one硬件性能不太好，计算能力比高端pc要差，加上这个团队里面的人也比较少，所以crytek在son of rome里面也没有做更新换代式渲染技术升级，更多的是进行polish和改进，其实这种我反而更加喜欢，一些概念理解更加深刻，一些技术实用精致，很不错。

另外xbox one毕竟ram大了很多，8g的ram相比上一代的512mb，足以在很多领域较上一代产生算法级的变化，能做的事情多太多了，crytek在static shadow，large scale ao方面也是大笔一挥，2048的，8192的轮番上阵。

其实做久了，会发现革命性的东西看起来很美，我们实际收益最多的还是类似文中这些精益求精的点点滴滴，所谓以正合以奇胜吧。

Lighting&material

physical based shading

这个现在已经是标配了，大家起码在名词上都号称PhysicallyBasedShading，但是其背后在模型选择，融合以及整个程序美术团队的合作上却颇有深度，初级的（比如cod:black ops）与超级的（比如disney的动画片）有天壤之别。

son of rome被定位为xbox one上首发画面标杆，希望进一步接近电影级画质，crytek认为关键就在于进一步推进physically based的水准，并且这些从数据制作到最后的算法实现都要完整正确才行(Physically Based Shading can only work well if it gets respected inall areas)

shading model：在distributionfunction和diffuse brdf更复杂（真实）了些

*specular brdf

**macrofacet model

***distribution function : ggx(和disney的一样）

*****fresnel&visibility项是最常用的schlick approximation和schilick-smith approximation

*diffuse brdf:oren nayar模型

期间都做了些小优化。

material:

*diffuse albedo

*specular reflectance--这个根据材质的材质的折射率来制定的

*roughness--制作过程中使用反过来的，这个美术刷起来更直观

*normal

这里和早期物理光照常用的diffuse/specular color/gloss/normal也非常的接近。

deferred rendering

早期cryengine使用的是light prepass，但是在更复杂的shading model情况下，则必须要deferred rendering才行。

其中：

* normal使用的是BFN来提升8bit的精度

* 在几个通道里面会出现多种信息共享的情况

特殊光照模型的使用forward lighting

specular aliasing

非常喜欢的部分：crytek把normal和roughness（概念上接近gloss）联系起来，认为normal描述宏观上材质的粗糙程度，而roughness描述微观上的，而距离比较远的时候，normal则显得越发细致，这种情况的roughness就开始受到normal的影响。

crytek把normal存在rgb，roughness放在alpha通道，然后有一个处理过程，使用toksvig factor来矫正一次roughness，保证在sample到小mipmap的时候，如果normal方向很散的话，roughness会被提升。

这个矫正在http://blog.csdn.net/toughbro/article/details/39248549有。

材质本身但是如果一旦有潮湿等效果，改变roughness的操作的时候，这个问题就又出现了，最后又加了一个全屏的处理：

把specularcolor根据roughness的变化做了一个矫正（crytek实际实现的时候使用roughness的反，也就是smoothness来操作的，roughness美术用起来太不顺手了）

lightingattenuation

attenuation从传统的变成更加物理正确的：

间接光照

使用environment light probe来获取，每个有specular和diffuse两个部分。

采用的是手动摆放的方式,1关大约100来个。

env probe加上一个parallex correction来提升准确度。

ambient light

可以放一些专门打ambient light的光源，可以增强可以减暗，在一些室内可以用于防止全局的ambient lighting把幽暗的室内整的特别亮。

glossy realtimelocal reflection

之前一些local reflection是没有glossy信息的，用于非常光滑的表面，对于图中的比较糊的material，就需要使用到image based lighting中的glossy reflection的东西。

这里最physical correct的应该是voxel cone tracing系的，crytek也想尝试一下，但是有一个意向没有深入去搞。

最后使用的是构建了反射buffer之后进行downsample，构建一个mipmap chain出来，然后做glossy reflection。

ambient occlusion

ssdo，同时用于传统的ambientlighting和reflection occlusion（有时候也叫env occlusion..，反正就是用于做环境specular lighting部分occlusion的东东）。

加上了之后较好的处理了reflection occlusion的情况。

ao color bleeding:

传统的ao计算时候是final ambient lighting = ao * ambientlighting;

这个其实是对于真实的情况的过度简化--只是考虑到光线是从所有角度来的，如果周遭的geometry挡住了，就减少入射量，但是没有考虑到光线的多次弹射。

所以如果直接应用这个公式，那么比真实情况，或者我们觉得好的情况，会显得过黑。

把ao值做一个统一的提亮矫正，是一个可行的办法。

crytek更进一步，把diffuse gbuffer，downsample到小buffer上，

然后用这个buffer来对ao做一个矫正，一定程度上使用类似GI的方法来矫正ao，nice！

large scale ao

ssdo等只能处理屏幕空间，很小范围的ao情况，如果要到大范围情况，则无能为力，而这一块工作是非常有意义的。

相关领域，voxel cone tracing，以及spinter cell 5（http://www.realtimerendering.com/blog/update-on-splinter-cell-conviction-rendering/）里面这一块都可以做的比较好，使用的方法就是基于真实的geometry来产生ao。

crytek这里也是类似，只是在更大范围来做，个人非常喜欢，算法是：

--从上往下拍一个低分辨率的depth（1km用2048x2048），然后使用这个来以7.5m为kernel计算ao

shadows

角色shadow：

会专门有一个高精度的角色shadow，在生成shadow的时候一起计算进来。

另外在cinematic里面，crytek在cinematic工具里面加入了一个tag，指明可以在这个时候使用高精度阴影。

点光源shadow

点光源的shadow是把多个projector来在大的rendertarget里面atlas起来。

分辨率等会根据projector的重要性，覆盖面积等来管理。

static shadow

使用8192x8192来hold住一个1.3kmx1.3km的shadow map，这样远处的就不用每帧都画，节省效率。

相比之下，farcry3还是更好一些：

http://blog.csdn.net/toughbro/article/details/7941821

皮肤

specular lighting使用了ggx，crytek认为这个挺好，一般大家使用Kelemen/Szirmay-Kalos模型，各花入各眼吧。

依旧是screen space subsurface scattering,这个很gpupro上面的也没啥不同啊，crytek也讲了两页。

头发

高端离线渲染使用Marschner模型，一般实时的使用kajiya-kay，crytek也是选择的这个。

挑战最大的是头发柔和的边缘，之前crytek有使用过顺着头发tangent方向blur的方法(<gpu pro3>)，这回终于决定直接alpha blending了。

过程感觉还是比较纠结：头发不写depth buffer，而是把depth记录在alpha通道，然后一个后处理来搞定。

Particles

particle会使用到场景里的light probe，所有particle会接受shadow。

会使用per vertex/per control point lighting来提升性能。

其他：

实际在x1上是900p的渲染，然后upscale到1080p，囧！！！

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