问题

塞尔达传说:荒野之息的超远视距是如何实现的?

回答
谈到《塞尔达传说:荒野之息》那令人惊叹的超远视距,它绝非简单的“把模型拉远”那么简单,背后是一套精妙绝伦的设计和技术组合拳。如果你玩过这款游戏,一定对那个站在高处,一眼望尽广袤海拉鲁大陆的场景记忆犹新。那种辽阔感、沉浸感,很大程度上就来自于这“超远视距”的魔力。

那么,这份魔力究竟是如何被赋予的呢?咱们就一层一层地剥开来看看。

1. 视野的“欺骗”艺术:层层递进的细节渲染

首先,最直观的感受是,远处的东西虽然看得见,但细节肯定不如近处。游戏开发者非常聪明地利用了这一点,采用了一种叫做“LOD”(Level of Detail,细节层次)的技术。这听起来有点技术宅,但理解起来不难。

想象一下,你有一栋房子。在非常近的时候,你需要看到每一块砖的纹理,窗户上的玻璃反光,甚至是墙壁上的刮痕。但如果这栋房子远在几公里之外,你只需要知道它是一个建筑物的轮廓,知道它大概是什么颜色,有没有冒烟就够了。

《荒野之息》正是这样做的。当一个物体离你很远时,游戏只会渲染它最基础的模型,可能只是一个简单的多边形,甚至是一个平面。随着你距离的拉近,游戏会逐步加载更精细的模型,从一个粗糙的轮廓,到有基本形状,再到你靠近时能看到它丰富的细节。

这就像在画一幅画。你远处看到的山峦是模糊的色块,但当你走到山脚下,才能看清岩石的纹理和山上的植被。游戏通过这种方式,在保持视野开阔的同时,节省了大量的计算资源。

2. 雾的妙用:遮掩与引导的平衡

另一个关键的“法宝”就是“雾”或者说“大气散射”。仔细观察你会发现,远方的景物总笼罩着一层淡淡的蓝绿色调,而且边缘会变得模糊。这不仅仅是为了营造一种空灵的氛围,更是为了掩盖远处物体 LOD 转换时的突兀感。

当远处的物体从“不存在”变成一个非常粗糙的模型时,如果没有雾的遮挡,这种过渡会非常明显,甚至会让你觉得是在“突然出现”。雾就像一层柔光滤镜,把这种生硬的转变变得柔和,让远处的一切看起来都像是自然存在在那里,只是因为距离而变得模糊。

更妙的是,雾还能引导玩家的注意力。它会把视线聚焦在相对清晰的近景或中景,同时又不会完全剥夺你远眺的权利。这是一种非常聪明的视觉引导,让你在广阔的世界里,既能感受到“无边无际”,又不至于迷失方向。

3. 视差滚动:创造深度错觉

你有没有注意到,当你骑马或跑步移动时,近处的树木、石头会比远处的山脉或地平线移动得更快?这就是“视差滚动”的效果。

这是一种在二维图形中模拟三维深度感的技术。远处的物体相对于观察者的移动速度较慢,近处的物体移动速度较快。通过这种速度差,即使屏幕上的画面是平面的,玩家的大脑也会感知到景物的远近层次。

在《荒野之息》的广阔世界里,这种技术被运用到了极致。远山、云层、甚至是天空中的一些元素,都会以不同的速度滚动,极大地增强了画面的立体感和空间的纵深感,让你觉得整个世界是“活”的,是有层次的。

4. 渲染距离与“隐藏”的艺术

当然,即便是再精妙的技术,也无法在同一时间渲染几公里外所有微小的细节。所以,游戏会设定一个“最大渲染距离”。在这个距离之外的物体,实际上是不存在的,或者说,是处于一种“未加载”的状态。

开发者会非常小心地设计这个渲染距离,并且通过各种手段来“隐藏”它。比如,地平线上总会有一些低多边形的大型结构,比如远山,它们足够大,即使只是一些粗糙的模型,也能填充视线,让玩家觉得“那里确实有东西”。

同时,游戏还会巧妙地利用地形来遮挡视线。你不可能永远站在一个绝对平坦的地方,远处总会有山丘、树林,甚至天气的变化(比如雨雾)来阻挡你的视线,让你无法一眼看穿所有东西。这种“隐藏”,反而是为了让“可见”的部分更加令人印象深刻。

5. 动态调整:根据性能优化

即便如此,在处理如此广阔的场景时,对性能的要求依然非常高。所以,《荒野之息》并非一成不变。它会根据游戏当前的运行情况,动态地调整一些渲染参数。

比如,如果在某些复杂场景下,游戏帧率开始下降,它可能会稍微降低远处物体的细节密度,或者稍微增加一些雾气。反之,如果系统负载不高,它可能会提升一些细节。这是一种非常聪明的“牺牲”,确保了游戏在大多数情况下都能流畅运行,而玩家感知到的差异则被控制在可接受的范围内。

总结一下:

《塞尔达传说:荒野之息》的超远视距,并非单一技术的堆砌,而是多种技巧的有机结合:

LOD (细节层次): 根据距离切换模型精度,省时省力。
大气散射 (雾): 模糊远景,平滑 LOD 过渡,营造氛围。
视差滚动: 制造深度感,让世界更有层次。
渲染距离管理与地形遮挡: 合理控制可见范围,并巧妙隐藏限制。
动态性能调整: 根据实际情况微调渲染参数,保证流畅性。

正是这些精妙的设计,让海拉鲁大陆在你眼中如此真实、辽阔,并且充满了探索的魅力。它不仅仅是技术上的展示,更是对玩家体验的深刻理解和极致追求的体现。每次站在高处眺望远方,你都能感受到这份“欺骗”的艺术带来的震撼。

网友意见

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游戏程序员,但并不是做主机游戏开发的,只能以非常初级的知识来简单回答下作为抛砖引玉,具体细节和深度的技术还要等大牛来。


1. 比较容易观察到的是游戏里用了LOD[1](Level of Detail)和Mipmap[2]。一个用于3D模型,一个用于贴图。两者的原理比较相似,这里以LOD举例。

(这里应该有一张同物体的不同精细度模型的对比图)

首先制作组会制作出高精度(多边形数量较多)到低精度(多边形数量较少)几个级别的模型。当想要渲染的物体距离摄像机(即玩家视角)很近时,会使用高精度的模型。当物体离摄像机特别特别远的时候,则用低精度的模型,大致看起来像那么回事即可。贴图所用到的Mipmap基本同理

(这里应该有一张,随着林克的飞行,面前的地形等发生肉眼可见变化的GIF=>可以先看下面的视频)


2. 另外就是一些细节隐藏

比如怪物、草、粒子系统、光照等等。这些在近处看才能分辨出来的细节,离远之后细节的显示与否从视觉上来说影响不大,所以开发时候会设置一定距离以外就隐藏[3]

其实游戏里也设置了物品有效距离。比如林克打怪掉了把剑,但是如果这时候玩家没捡,被前面的呀哈哈吸引,然后又看到更远处有另一只呀哈哈……等走出去很远时突然想起返回去捡剑时,就会发现剑已经消失了。这个体验我感觉不少人都应该遇到过吧。

(虽然与题目无关吧,游戏里经常出现的优化手法还有:物体如果在摄像机映射范围内则显示,出了摄像机范围就被隐藏等等。这个在游戏里火把附近转动摄像机时有时就会注意到。大师之剑那里好像也容易看到来着,有点记不清了)


速通视频里,玩家从初始高地直接飞向城堡时候的画面停止,就是因为来不及加载这些高精度模型和贴图以及各种细节,而刻意被引擎强制执行的吧。

(这里应该有一张,因为加载而卡住的GIF)

Update:没法传图就去油管上录了段最新的any%速通视频[4]的片段。可以看到,

  • 从00:35林克起飞开始,因加载造成的卡顿出现了多次
  • 0:57左右,林克右边地上的石头经过了2次模型精度的提升
  • 1:11左右,城堡的附属模型被加载,之后崖壁的高精度贴图(谨慎来说还有法线贴图等)被加载...
  • 最后1:22那个像雪一样的东西,应该是为了遮蔽低精度模型,或是纯粹为了从远处看城堡时会比较美观吧。

其实如果仔细观察的话,林克最初飞到平原的时候就有不少变化的地形,或是突然蹦出个石头啊、旗杆啊、树啊之类的。进入加农城堡前的城镇下面也是多了残桓等等很多细节。


3. 这次荒野之息的地图是由以宏大地图而闻名的《异度之刃》开发商Monolith帮忙制作的,相关介绍可以参考下面的答案。(虽然没有太多技术细节,但是里面有技术资料的索引)

我忘了在哪看过的话了,大概是说异度之刃的制作人高桥当初,为了让玩家真实感受到自己是在巨神机神2个神的身体上活动,便没有采用其他游戏的那种「近处用模型、远处用贴图」的手法,而是执念于无论距离远近,都使用真实的地形的略极端的手段。

(这里应该有一张《异度之刃》可以体现巨神的庞大的图)

这虽然因为占用了大部分机能,在一定程度上导致了当年《异度之刃1》在wii上的很多画面效果都较差(比如很多人诟病的人物建模),但是当玩家发现自己走到巨神上半身时还能看到巨神脚的殖民地9时,那种震撼不是简单的画面优美就能比较的了。

其实在《荒野之息》发售时市面上已经有很多开放世界游戏,分区加载等开放世界相关技术[5]也比较成熟了。而就如题目描述所说的,"身处地图中任意位置都能清晰看到Boss的城堡"这点上,我相信Monolith他们是把开发《异度之刃》积累的3D大地图制作经验,活用在《荒野之息》上面了

这里建议喜欢荒野之息大地图的玩家,一定要去试试异度之刃系列~


扩展阅读:之前看到过一篇特别干货的荒野之息所用引擎的技术分析。虽然和本题无关,但里面的每个技术点都有GIF演示,作为非开发者也能大致看懂那些技术的效果。如果感兴趣可以看看

(这篇大多是几年前自己玩荒野之息时注意到的地方,可能不够严谨,有错的地方请见谅)

参考

  1. ^ https://en.wikipedia.org/wiki/Level_of_detail
  2. ^ https://en.wikipedia.org/wiki/Mipmap
  3. ^ 虽然与题目无关吧,游戏里经常出现的优化手法还有,物体如果在摄像机映射范围内则显示,出了摄像机范围就被隐藏等等
  4. ^ https://www.youtube.com/watch?v=xuZtjTmM6F0
  5. ^知乎上已经有大牛回答过了,虽然是几年前的回答了吧 https://www.zhihu.com/question/26538198

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