本文记录我在KT Studio里做了什么画面效果、渲染优化等。欢迎前往游戏内实机体验~
如果这些简短的记录能为你提供灵感，我将十分甚至九分高兴！
同时也欢迎联系我进行深入♂交流。
一、角色渲染部分
- 好看！
1. 基础角色效果
参考：
【Unity/虚幻5/Blender】3种引擎 绝区零风格 卡通渲染 星见雅 完整流程
【Unity/虚幻5/Blender】3种引擎 崩坏: 星穹铁道风格 卡通渲染 从球谐光照到眉毛透过刘海 完整流程
基于《崩坏：星穹铁道》的角色渲染框架，复现原游戏内的基础卡通角色渲染。
这些效果包括：
- 对角色进行兰伯特二分阴影处理，并采样Ramp贴图；
- 脸部阴影的SDF阴影处理、脖子部位的阴影区处理；
- 复现阴影分界线偏移与固定阴影区；
- 复现衣物的金属高光和非金属高光效果；
- 后处理Bloom效果与色调映射；
- 角色法线外扩描边的平滑与粗细偏移；
- 角色眼睛眉毛透过刘海效果，并且兼容多角色；
- 角色表情贴图的使用；
- ······
2. 进阶角色效果
在《崩坏：星穹铁道》的角色渲染框架之上，提升了许多其它效果。
📝方案设计原则：
- 🚫避免重新手动打直UV；
- 🚫避免重绘基础色贴图；
- 尽可能减少手动绘制Mask贴图；
- 尽可能兼容原来的光照贴图、顶点色、LUT等的格式。
头发⭐
i. 仿手绘动态高光：
- 采用动态的仿手绘动态高光方案：高光随着视角运动，并且相比直接画高光贴图拥有更高的清晰度；
- 高光多方向适应：同一个Mesh内可以拥有多个高光束，并拥有不同的方向和基础位置；当角色头骨旋转时，高光偏移方向也能够正确跟随；
- 高光抗变形：将动态高光与物体法线解耦，防止物体运动变形时导致的高光分裂与变形。
- 角色头发高光总览
ii. 高光抖动与笔触：
- 根据高光方向自动计算抖动采样UV，保证高光抖动方向正确；
iii. 次高光：
- 在基础高光（高频、低频高光）之下增加仿手绘次高光，一般为暗色，对比突出主高光；
- 采样适当的混合方式，避免颜色变脏变灰。
iv. 高光流色：
- 仿照原画，实现高光颜色渐变流动效果，并且随时间、视角变化。
v. 阴影笔触：
- 使用抖动贴图采样的另外通道，单独控制漫射分界线偏移与软硬的抖动。
- 角色头发笔触总览
vi. 制作与对齐：
- 编写Blender脚本，加速制作流程，其中辅助UV可自动生成，无需重新打直主UV；
- 对齐Blender与Unity内的高光效果，方便DCC内LookDev。
眼睛⭐
- 融合视差方案，搭配一张贴图与一次采样，实现自定义的丰富眼睛效果；
- 动态效果包括：①色散流动层效果、②闪烁流动层效果；
- 效果会随时间和视角变换整体旋转；
- 无需在DCC绘制任何Mask，在引擎中可实时调整位置、大小等参数；
- 配合不同的特效贴图，可以实现其它更多效果，如星星月亮银河、烟花流云彩蝶等等。
- 角色动态眼睛总览
阴影
- 接受场景阴影：接受场景中一定范围内的物体投影；
- 排除角色自投影：去除角色往自己身上投射的丑陋阴影（阴影空间偏移方法，暂未采用Per-Object Shadow）；
- 屏幕空间角色自投影：改为使用屏幕空间深度方法，绘制角色自投影；
- 刘海投影：使用额外深度方法，绘制清晰且形状稳定的刘海投影；除此之外，还新增了仿原画的刘海阴影膨胀效果。
- 角色阴影总览
法线
- 头部使用法线球面化，并在一定范围外混合原法线，保持长发区的法线正确；
- 眼部使用法线平面化，适配眼部在背光阴影时的亮度变化，防止阴影区眼白过亮导致的阴间效果；
- 计划改为在DCC软件中传递，可靠性更高且节省性能。
- 角色法线总览
边缘光
- 屏幕空间边缘光：适配FOV、屏幕尺寸、摄像机距离。当这些参数变化时，边缘光的区域能在一定范围内自动缩放，防止边缘光区域过大或过小；
- 逆光增强：当逆光观察角色时，屏幕空间边缘光会适当增强；
- 待优化：平面反射的相机视角下，V向量不准确导致逆光增强异常。
- 角色边缘光总览
丝袜
- 重写了丝袜渲染效果，采用高光油丝袜的渲染思路；
- 丝袜的高光可以跟随视角和灯光旋转，并且有一定的横向抖动。
- 角色丝袜总览
皮质高光
- 新增皮质高光效果，同时兼容原来的所有高光。
- 角色皮质高光总览
阴影内效果
- 丰富当角色处在阴影内的效果，包括阴影内较柔和的次二分阴影、更加柔和的高光。
- 角色阴影内效果总览
多光源
- 角色能够接受场景主光和额外光源的颜色；
- 角色同一时间内只接受唯一主光产生的阴影，其它光源均不造成任何阴影（仅随距离进行亮度衰减）；
- 待优化：灯光染色导致贴图颜色变脏发灰，需要优化染色结果的饱和度范围。
二、场景渲染部分
- 高度定制化渲染的场景
1. 基础场景效果
基于《崩坏：星穹铁道》的场景渲染框架，复现原游戏内的基础场景渲染渲染。
这些效果包括：
- 基于原来的基础色、金属度、法线、光滑度贴图，还原基础的PBR渲染效果；
- 融合基础的深度雾与高度雾；
- ······
2. 进阶场景效果
在《崩坏：星穹铁道》的场景渲染框架之上，提升了许多其它效果。
这些效果包括：
天空盒⭐
- 低成本大气散射：实时快速拟合Mie散射部分；
- 地平线遮挡效果：落日时增加地平线对散射的遮挡斜切效果；
- 低成本末地光柱效果：仿照Minecraft主流光影在末地的渲染效果，并采用低成本的方法复现，无需Ray marching；
- 平面映射焦散云：天空采样平面映射后的焦散贴图，类似卷云或极光效果；
- 星星点点：流动的星光效果。
- 程序化天空盒总览
环境光⭐
- 低成本环境光漫射：基于法线与光照方向，采样环境漫射颜色Ramp图，代替球谐光照方案；同时，这张Ramp图也会控制环境光照的染色强度，无需动态生成Ramp图；
- 低成本环境光镜面反射：基于反射向量方向与直接高光结果，采样环境高光颜色Ramp图，代替采样天空球CubeMap的方案；同样的，这张Ramp图也无需动态生成；
- 低成本环境光总览
平面反射
- 在角色展示界面与水面处加入平面反射，采用直接反转相机的方案，并斜截视锥体，最终在屏幕空间中采样。
水面渲染
- 水面反射：ULTRA画质下启用平面反射，其它画质下采样静态环境捕获CubeMap并融合灯光颜色；
- 水面焦散旋转：根据世界位置与灯光方向采样焦散，使其能够随灯光方向变化；
- 其它水面效果：法线扰动、竖直方向散射、岸边浪、水面与水下阴影、折射等等。
- 水面渲染总览
体积光（待优化）
- 非常耗费性能的体积光，采用主流方案并且还未优化。
场景深度描边
- 采用主流深度描边方案，提升场景手绘感效果。
3. 音乐可视化
FDTD贴图生成
- 采用Compute Shader，基于传统的FDTD法模拟音乐波动和扩散效果；
- 一共分为五个源激励，由玩家与音乐控制，分别代表五个音乐可视化区。
UV采样
- 使用专用的UV采样此FDTD贴图，产生音乐波动效果与旋律弦效果；
- 同时接受C#程序端传入的信息，跟随音乐进行闪烁。
- 音乐可视化总览
三、性能测试与优化
1. 性能分级与目标
性能分级
部分参与分级的特性：渲染分辨率缩放、阴影分辨率、体积光、场景描边、Depth Prepass、MSAA
| 等级 | 分辨率缩放 | 阴影分辨率 | 体积光 | 场景描边 | Depth Prepass | MSAA |
|---|---|---|---|---|---|---|
| ULTRA | 1.0 | 4096 | 开 | 开 | 开 | 4x |
| HIGH | 1.0 | 4096 | 关 | 开 | 开 | 4x |
| MID | 0.95 | 2048 | 关 | 开 | 开 | 关 |
| LOW | 0.85 | 2048 | 关 | 关 | 关 | 关 |
目标平台
部分参与测试的指标：平均FPS、1%LowFPS、平均功耗、峰值功耗、平均GPU负载
- A档：中高端PC (RTX 3080Laptop) —— ULTRA画质 3840x2160
- B档：中高端安卓手机 (Adreno 750) —— HIGH画质 2340x1080
-
C档：中低端安卓平板 (Adreno 650) —— MID画质 2800x1840
档位 平均FPS 1%LowFPS 平均功耗 峰值功耗 平均GPU负载 A档 >60 >55 - - - B档 >55 >30 <5W <10W <80% C档 >45 >25 <4W <8W <80%
2. 实机测试
测试场景
- ①号 基准场景：默认场景 —— 面数：-；场景物体数：-；阴影级联数：-；动态光源数：1；平面反射：全分辨率；
- ②号 标杆场景：空间站 —— 面数：-；场景物体数：-；阴影级联数：-；动态光源数：1；
测试结果
每轮跑测10分钟，之后散热10分钟，再进行下一轮；共进行3轮。
- A档：中高端PC —— ULTRA画质
| 场景 | 平均FPS | 1%LowFPS | 平均功耗 | 峰值功耗 | 平均GPU负载 |
|---|---|---|---|---|---|
| ①号 | |||||
| ②号 |
- B档：中高端安卓手机 —— HIGH画质
| 场景 | 平均FPS | 1%LowFPS | 平均功耗 | 峰值功耗 | 平均GPU负载 |
|---|---|---|---|---|---|
| ①号 | |||||
| ②号 |
- C档：中低端安卓平板 —— MID画质
| 场景 | 平均FPS | 1%LowFPS | 平均功耗 | 峰值功耗 | 平均GPU负载 |
|---|---|---|---|---|---|
| ①号 | |||||
| ②号 |
3. 后续优化
四、工具链编写
1. 场景导入小连招
开始 → Blender导入 →
→ Python插件：清理无关物体、精简重复贴图、导出映射表 →
→ Blender导出FBX →
→ Python脚本：贴图库中查找对应DDS贴图、转换为PNG格式 →
→ Unity导入FBX →
→ Unity工具：根据映射表自动上贴图、生成材质变体、清理多余贴图 → 结束