為什麼《光環 無限》實機演示的畫面「看起來很差」

《光環 無限》的實機 Demo 畫面想必是近日玩家討論度最高的話題之一，看起來不明所以的「低材質」效果，光線效果不豐富，槍械宛如塑料玩具的感覺難以讓人相信這會是次世代遊戲畫質。而作為微軟第一方重頭作品出現這種問題實在讓很多人感到疑惑。遊戲技術分析媒體 Digital Foundry 近日專門針對這則演示做了詳盡分析，它本質上真的就那麼差嗎？其實情況並非想像得這麼簡單。

註：本文參考了 DF 文章和視頻兩部分內容綜合而成。

躍遷引擎的動態光照系統

343 Industry 自研的「躍遷」遊戲引擎不僅將遊戲從線性體驗轉向了開放世界，同時也全面轉向了完整的動態光照系統。這與《光環5 守護者》已經截然不同了。《光環5》基本基於預先算好的「烘焙」光照和陰影，配合一系列手動陰影處理呈現出效果。

轉向動態光照系統的優勢就在於增加了真實性和靈活性。比如可以使用一天下來的動態日光。短短的演示中還是可以看出遊戲有著輕微的隨時間流逝的日光變化。像這種動態光照與主流的標準穩定的光照系統是很不一樣的。

《最後生還者 第二幕》就是很好的對比遊戲。靜態光照節省了大量性能，間接光照的彈射也可以用很小的代價近似模擬出來。但是這種靜態光照大部分效果都是離線預先算好的或者通過「烘焙」實現。

雖然最終結果看起來效果很棒，但也有很多缺陷，比如動態物體的效果跟靜態物體的效果完全不同，從而導致視覺上的不連貫性。預先計算這一步也相當費時，甚至有時一點點小變化就會導致數次大規模迭代。

可以看到人物腿部的光線並不真實，左側盒子則有中懸浮在陰影之上的感覺

總之，《光環 無限》中的動態光照和動態陰影要消耗更多的性能，但在處理屏幕中的靜態和動態物體時都能兼顧到，所有物體都被平等對待，同時遊戲中光照的規模也可以非常靈活。由此可以想像，動態光照的很多好處會在《光環 無限》的各個地方得到體現，只不過如今只看到了一個非常小的演示部分。

靜態的箱子和動態的野豬獸的陰影表現一致為什麼觀感很差？

動態光照系統需要消耗大量 GPU 資源來達到真實的效果，畢竟是實時計算的。但有一個巨大的局限性，這也是 DF 認為演示觀感差的核心原因。演示部分我們可以看到太陽光（嚴謹說應該是某個恆星的光芒，但為了理解方便姑且叫做太陽光）基本貼著士官長所處的環帶位置的地平線，加上地圖主體為山谷，又有很多高大的植被。

我們可以看到，該演示的大部分時間都處於太陽光被遮蔽的陰影區域。一般而言，電子遊戲在陰影中的畫面表現精準程度較差。不僅如此，在一個主要使用基於物理計算的材質，同時極度依賴與光線的相互作用的世界裡，材質不會展現出其最佳觀感的現象就可以理解了。

這裡 343 使用了經過 SSAO （屏幕空間環境光遮蔽）調整後的探針技術，可能還夾雜了 SSR （屏幕空間反射）等其他技術。這些技術用來模擬出非直接光照下的光線彈跳和陰影效果。探針會改變角色或物體（下文統稱對象）的觀感，來模擬在非直接光照下的效果。但探針對光線方向的模擬效果並不是非常好。

經過探針處理的模型會變成右側的樣子，來模擬所處位置的光線效果

另一方面，探針捕捉的光信息通常不會包含自遮蔽（Self-Occlusion），導致對象表面缺少本應該在自身表面呈現出的陰影，比如投射在腹部的手臂所產生的陰影。這導致整個對象都會光線不準確的問題，看起來有點像整個模型都在發光。

而這個問題即便在如今畫面已經算很好的遊戲裡都很常見。比如《死亡擱淺》的這個場景，角色處於陰影區域的位置，但身上呈現的光線和陰影可以說毫無道理。為了解決這種問題，目前有使用 SSAO 或者 SSR 進行一定程度的彌補。

開啟 SSR 后角色和物體的陰影更多了，更加接近真實

DF 認為《光環 無限》的材質質量並沒問題，但因為動態光照等原因無法將其正確表現出來。

陰影下材質細節盡失

那為什麼像《光環 致遠星》這種老作品的槍械模型都能做到看起來非常細膩呢？這是因為這種老遊戲是把預先弄好的陰影乃至假的反射效果都烘焙到了漫反射貼圖上面，使其看起來細節程度很高。但在不同光照的表現之下，這種方式呈現出來的效果完全是不真實不準確的。

漫反射貼圖

無論是在陰影區域還是直接光照下，都能看清槍身的所有細節，而這是不符合物理實際的解決辦法與可能的妥協

這個問題並不是只有《光環 無限》才有，此前《地鐵 離鄉》也有相同的問題，但製作組 4A game 想到了一個潛在的解決方案：光線追蹤的實時全局光照。

當然這也不是唯一可以解決這個問題的方式，像虛幻引擎 5 的 Lumen 系統、CryEngine 的 SVOGI（sparse voxel octree global illumination，稀疏體素八叉樹全局光照）都有著類似的效果。倘若《光環 無限》之後運用了某種技術來幫助塑造非直接光照和陰影區域的話，那麼這個遊戲畫面觀感將獲得脫胎換骨般的變化。

但如此也會出現其他問題，因為所有這些技術都需要很高的 GPU 算力去渲染。某些方面的妥協或許無法避免。

考慮到《光環 無限》會登錄本世代主機 Xbox One 和 Xbox One X，沒有足夠的性能來使用光線追蹤。而次世代版的問題倒是不大，畢竟 Xbox Series X 支持硬體加速光線追蹤技術，343 已經表示光線追蹤雖然不會在首發時實現，但會在日後作為更新推出。

而可能的妥協或許出現在解析度上。即便 Xbox Series X 性能強大，但也有可能無法在開啟光線追蹤的同時保證 4K+60 幀的遊戲表現，而 60 幀可以說是 343 的死命令，不太可能發生變化。那麼解析度或許會成為妥協的方面。

在如今畫面重構以及時序超採樣技術的幫助下，渲染解析度低一些並不會給 4K 屏幕帶來多少觀感的下降。你是願意看到老式光照技術下實現的 4K 畫面，還是願意看到次世代光照系統下 1440P 加重構技術拉伸的 4K 畫面？《光環 5》的動態解析度可能是一種思路。

其他畫面問題

這次演示的另一個重大問題就是各種物體細節層次不斷變化的情況。遠處的陰影、霧、巖石、草地等等都有著突然出現或消失現象。DF 推測是由於遊戲原本基於 Xbox One 平臺開發，而擴展性不足的緣故。也許 4K+60 幀的要求仍舊有些高，畢竟每 16.7 毫秒就要渲染 830 萬個像素點，像大量植被和三角面可以輕易降低幀數。本次演示是全程鎖在原生 4K+60 幀之下，不過運行在 PC 平臺，Xbox Series X 真正表現如何還不知道。

第一人稱視角下士官長手部在武器上的陰影有所缺失。這種效果在 2013 年的《孤島危機3》裡就已經做到，只需要消耗很小的機能就能換來觀感大幅提升。這點希望未來能有所改進。

精英的能量護盾、電漿手雷等效果看起來並不透明，流放者軍團的盔甲則看起來塑料感十足，與以往光環作品的效果截然不同。當然這一部分是因為前文非直接光照的原因，但也有 343 因美術方向所選擇的素材本身的原因。

距離遊戲發售已剩不到數月的時間，接下來微軟和 343 會以怎樣的方式進一步宣傳《光環 無限》，並且會對畫面進行怎樣的調整都是件很有趣的事情。至於觀感能否通過光線追蹤的全局光照部署而獲得新生，還得看 343 自己如何選擇。