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地平线下:再造极限竞速

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地平线下:再造极限竞速

玩家可能不会想到,在游戏产业将汽车工业在虚拟维度复现的数十年后,此类作品会变得如此逼真而有说服力。

图片来源:Microsoft

毫无疑问,在主流赛车竞速游戏青黄不接的2016年,由微软发行的《极限竞速:地平线3》(Playground工作室制作,Turn 10工作室协助开发)已成为该品类电子游戏唯一的门脸——抛开游戏本身被寄予的提振自家游戏平台的意义不谈——无论是PC还是Xbox玩家,在澳大利亚的沙滩和雨林里冒险的他们可能不会想到,在游戏产业将汽车工业在虚拟维度复现的数十年后,此类作品会变得如此逼真而有说服力。

《极限竞速:地平线》历史不算长久,尚且不及同品牌主打拟真驾驶的《极限竞速》迄今6款作品的产出,幸运的是,继承了后者的名字也意味着其从诞生起游戏便有了极高的起点:微软Turn 10工作室的技术和开发支持让这个年轻的系列如站在巨人肩膀,无论画面还是游戏性都为同期翘楚。短短四年并跨越两个主机世代,三款《地平线》共同演绎了一段开放世界竞速游戏的进化史。这段由Youtube用户制作的《极限竞速》对比视频更能直观展示该系列的进化,其中《地平线》系列穿插于后半段。

诚如Turn 10工作室创意总监丹·格林纳沃尔特(Dan Greenawalt)所言:“在使用游戏构建玩家与竞速运动爱好者之间联系的过程中,实现的方式多种多样,而《地平线》在源于《极限竞速》的同时又定义了更广泛的玩家基础。两者区别在于,前者使用音乐节与社交化游戏的形式实现了突破。”要实现这种突破并赋予相应的氛围,自然,与其愿景所匹配的技术不可缺少,AI、图像与物理效果也需要进一步打磨。

以现在的眼光来看初代《极限竞速:地平线》,不难发现这款2012年发售的游戏在今日仍不过时,无论是车辆建模还是场景构建,乃至独特的Drivata技术(以微软云技术作为基础,允许玩家下载和同步其他选手的行驶风格和模式与之异步比拼)均有上佳表现,游戏舞台所在地以美国科罗拉多州为原型,景观十分壮丽。彼时新风格的《极限竞速》就已经声名鹊起,令人印象深刻。

四年当然不是系列的全部,开发团队Playground制作班底来自开发了《尘埃》系列的Codemaster,初代《地平线》赛车嘉年华主题,正是对《尘埃》的部分继承。而来自Turn 10工作室的帮助让其拥有了在当下赛车游戏的顶尖开发引擎和技术(以下介绍的开发技术并不仅限于《地平线》,包括Turn 10的《极限竞速》系列也有运用)。

Forzavista呈现的逼真车辆建模。图片来源:Microsoft

每当推出新游戏,以及游戏主机更新换代之时,游戏建模比以往将更加细致和真实,这也意味着艺术团队将要付出更多的工作量。对如今的赛车游戏而言,过去使用简单模型再加以简单修改,以实现差异化的手段就不再有用。

为车辆进行详细建模的工作离不开汽车制造商们的合作,最好的情况是,后者愿意为开发者创造模型时提供CAD图纸,次之则通过探测扫描进行3D建模,两种方法均行不通时,则需要通过目标照片构建模型。对于最后一种,做法是聘请专人环游世界拍摄所需新车的照片,一辆车所需的照片通常为数百张,甚至高达上千。三种方式构建的模型精度一致,区别在于所需时间多少。

通过建模软件对车辆和环境进行建模。图片来源:Arstechnica

除了通常使用的3D Studio Max等商业建模软件,在车辆和赛道建模时Turn 10也有一套自用的建模程序“Fuel”,允许建模人员对单一车辆或赛道模型合作建模,并可导出应用于其它软件。除了玩家在游戏中的可见部分,车辆建模更深入到玩家看不到的地方,如悬挂支架。

作品定位的区别使得Playground和Turn 10在开发各自产品时,对车辆模型的渲染方向有所侧重,如在《地平线2》中,由于在系列中率先引入昼夜交替和动态天气系统,在车辆模型共享的基础上,也需要基于渲染需求对车辆进行定制处理。此后,Turn 10在《极限竞速6》中也引入了雨水天气和夜晚效果。

在游戏中对真实材质和光照进行精确模仿,让物体根据各自材质对光照进行精确反射和折射,创造真实可信的物体表面纹理效果,需使用基于物理的渲染技术PBR(Physically Based Rendering)进行纹理创建。在《地平线》中,由于和Turn 10共享引擎,在吸收后者工作的基础上,Playground根据自身需要进行调整,如动态时间和开放场景。这就要求艺术团队在创作过程中相比前置非PBR制作需要更快实现物体渲染需求。

除了车辆材质,PBR也运用于车辆与环境的互动效果,如基于天气变化下水的物理互动处理,这也是开发中处理难度较大的部分,意味着游戏中所有的材质需要添加相应的湿水材质特效,并基于真实情况进行光照反射处理。不同的天气环境下效果也有所差别,根据实时环境变化,湿水的效果也会逐渐消失或更加明显。

环境情绪版,制作组需要在游戏中还原的澳洲景色。图片来源:EGX2016

与前两代《地平线》分别选取美国科罗拉多州和欧洲南部为游戏舞台相比,《地平线3》中的澳大利亚地图更大,环境景观也更为丰富,包括沙漠、雨林、城市等,这便要求创造游戏场景时需要选择更多现实环境参考。首先,设计师通过情绪版(mood-boards)确认需要添加进游戏中的现实场景类型与地标景观后,然后在澳洲当地选取合适地点进行实际探访测量并进行广泛拍摄,通过对实地驾驶并沿路进行高清视频录制,获取所需的建模素材:路面、建筑、草木、岩石等,最后使用摄影测量法(photogrammetry)完成3D建模。

光探测器(Light Probes)和色彩测试标板(Colorchecker)确保实地光照和色彩准确还原。
概念艺术和实际游戏画面对比。图片来源:EGX2016

对于没有实地来到澳洲的开发人员而言,开发阶段中获得对当地最直观映像的来源是前期录制的实地拍摄视频,通过持续不断观看,即使未曾亲临澳洲,也能在构筑游戏世界时同样保证场景还原准确。

通过澳洲实地录制天气变化,并在游戏中进行还原。图片来源:Playground

澳洲变化多样的天气是《地平线3》还原的重点,为创建真实可信的动态天气变化,开发团队使用定制的12K 分辨率HDR(High-Dynamic Range,高动态范围图像,相比普通的图像,可以提供更多的动态范围和图像细节)摄像设备对当地夏季天空进行录制,录制后的图像经过处理以串流形式导入系统,由此呈现出动态可信的天空效果,这也使得《地平线3》成为首批支持Xbox One S主机HDR效果的作品之一。光线模拟方面,基于PBR,光线与大气粒子相互作用,产生准确的光照效果。

《极限竞速》系列中,玩家与非NPC车辆的互动也是构建游戏真实感的重要因素,因此在车辆AI层面,Playground与Turn 10使用了被称为“Drivatar”的AI技术并于各自的产品中,该技术由微软英国剑桥研究院人工智能团队开发,基于时下大热的机器学习概念。如该词的构成所言,制作组希望游戏中的非玩家车辆也能够呈现真实车手的驾驶风格。

《地平线2》中游戏AI就已有较高水准。

由于主机更新换代,更强的机能和云端技术的普及令Drivatar技术得到长足发展,在2013年的《极限竞速5》以及之后的作品中,新一代Drivatar技术均得到实际应用。在通常的竞速游戏中,AI使用预设数学模型和行为库进行配置,而在《极限竞速》中,电脑车手行为基于玩家表现设置的神经网络(Neural Networks)进行训练,在此过程中,不仅是玩家的车辆移动方式的到学习,后者的驾驶策略也融入到Drivatar的赛车模式中。目前所知的是,Drivatar的训练由三部分组成:过弯控制、速度控制与驾驶模式,,三者共同定义完善了游戏中AI车辆的表现,从而实现模拟真实玩家驾驶的效果。

除了以上这些之外,主打社交化,地图规模更大更自由的《地平线3》也存在诸多玩法应用以丰富游戏性。如首次登陆Windows 10平台即允许Xbox One与PC玩家之间进行跨平台联机合作,与微软Groove音乐服务连接以实现导入歌曲形成自己的专属音乐电台,以及核心的粉丝推动系统——技术和玩法的结合,共同构建了《极限竞速》系列在开放竞速游戏的进化。

不能否认,赛车竞速游戏发展至今,在还原真实世界驾驶乐趣之上已经达到了令人叹服的水准,这离不开游戏图形、AI以及玩法上长达数十年的积累探索。《极限竞速》,乃至衍生的《地平线》系列正是这些积累造就的集大成者,不难想象,若干年后,在游戏从业者们的孜孜追求下,竞速游戏的进化,将会到达何种程度。

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地平线下:再造极限竞速

玩家可能不会想到,在游戏产业将汽车工业在虚拟维度复现的数十年后,此类作品会变得如此逼真而有说服力。

图片来源:Microsoft

毫无疑问,在主流赛车竞速游戏青黄不接的2016年,由微软发行的《极限竞速:地平线3》(Playground工作室制作,Turn 10工作室协助开发)已成为该品类电子游戏唯一的门脸——抛开游戏本身被寄予的提振自家游戏平台的意义不谈——无论是PC还是Xbox玩家,在澳大利亚的沙滩和雨林里冒险的他们可能不会想到,在游戏产业将汽车工业在虚拟维度复现的数十年后,此类作品会变得如此逼真而有说服力。

《极限竞速:地平线》历史不算长久,尚且不及同品牌主打拟真驾驶的《极限竞速》迄今6款作品的产出,幸运的是,继承了后者的名字也意味着其从诞生起游戏便有了极高的起点:微软Turn 10工作室的技术和开发支持让这个年轻的系列如站在巨人肩膀,无论画面还是游戏性都为同期翘楚。短短四年并跨越两个主机世代,三款《地平线》共同演绎了一段开放世界竞速游戏的进化史。这段由Youtube用户制作的《极限竞速》对比视频更能直观展示该系列的进化,其中《地平线》系列穿插于后半段。

诚如Turn 10工作室创意总监丹·格林纳沃尔特(Dan Greenawalt)所言:“在使用游戏构建玩家与竞速运动爱好者之间联系的过程中,实现的方式多种多样,而《地平线》在源于《极限竞速》的同时又定义了更广泛的玩家基础。两者区别在于,前者使用音乐节与社交化游戏的形式实现了突破。”要实现这种突破并赋予相应的氛围,自然,与其愿景所匹配的技术不可缺少,AI、图像与物理效果也需要进一步打磨。

以现在的眼光来看初代《极限竞速:地平线》,不难发现这款2012年发售的游戏在今日仍不过时,无论是车辆建模还是场景构建,乃至独特的Drivata技术(以微软云技术作为基础,允许玩家下载和同步其他选手的行驶风格和模式与之异步比拼)均有上佳表现,游戏舞台所在地以美国科罗拉多州为原型,景观十分壮丽。彼时新风格的《极限竞速》就已经声名鹊起,令人印象深刻。

四年当然不是系列的全部,开发团队Playground制作班底来自开发了《尘埃》系列的Codemaster,初代《地平线》赛车嘉年华主题,正是对《尘埃》的部分继承。而来自Turn 10工作室的帮助让其拥有了在当下赛车游戏的顶尖开发引擎和技术(以下介绍的开发技术并不仅限于《地平线》,包括Turn 10的《极限竞速》系列也有运用)。

Forzavista呈现的逼真车辆建模。图片来源:Microsoft

每当推出新游戏,以及游戏主机更新换代之时,游戏建模比以往将更加细致和真实,这也意味着艺术团队将要付出更多的工作量。对如今的赛车游戏而言,过去使用简单模型再加以简单修改,以实现差异化的手段就不再有用。

为车辆进行详细建模的工作离不开汽车制造商们的合作,最好的情况是,后者愿意为开发者创造模型时提供CAD图纸,次之则通过探测扫描进行3D建模,两种方法均行不通时,则需要通过目标照片构建模型。对于最后一种,做法是聘请专人环游世界拍摄所需新车的照片,一辆车所需的照片通常为数百张,甚至高达上千。三种方式构建的模型精度一致,区别在于所需时间多少。

通过建模软件对车辆和环境进行建模。图片来源:Arstechnica

除了通常使用的3D Studio Max等商业建模软件,在车辆和赛道建模时Turn 10也有一套自用的建模程序“Fuel”,允许建模人员对单一车辆或赛道模型合作建模,并可导出应用于其它软件。除了玩家在游戏中的可见部分,车辆建模更深入到玩家看不到的地方,如悬挂支架。

作品定位的区别使得Playground和Turn 10在开发各自产品时,对车辆模型的渲染方向有所侧重,如在《地平线2》中,由于在系列中率先引入昼夜交替和动态天气系统,在车辆模型共享的基础上,也需要基于渲染需求对车辆进行定制处理。此后,Turn 10在《极限竞速6》中也引入了雨水天气和夜晚效果。

在游戏中对真实材质和光照进行精确模仿,让物体根据各自材质对光照进行精确反射和折射,创造真实可信的物体表面纹理效果,需使用基于物理的渲染技术PBR(Physically Based Rendering)进行纹理创建。在《地平线》中,由于和Turn 10共享引擎,在吸收后者工作的基础上,Playground根据自身需要进行调整,如动态时间和开放场景。这就要求艺术团队在创作过程中相比前置非PBR制作需要更快实现物体渲染需求。

除了车辆材质,PBR也运用于车辆与环境的互动效果,如基于天气变化下水的物理互动处理,这也是开发中处理难度较大的部分,意味着游戏中所有的材质需要添加相应的湿水材质特效,并基于真实情况进行光照反射处理。不同的天气环境下效果也有所差别,根据实时环境变化,湿水的效果也会逐渐消失或更加明显。

环境情绪版,制作组需要在游戏中还原的澳洲景色。图片来源:EGX2016

与前两代《地平线》分别选取美国科罗拉多州和欧洲南部为游戏舞台相比,《地平线3》中的澳大利亚地图更大,环境景观也更为丰富,包括沙漠、雨林、城市等,这便要求创造游戏场景时需要选择更多现实环境参考。首先,设计师通过情绪版(mood-boards)确认需要添加进游戏中的现实场景类型与地标景观后,然后在澳洲当地选取合适地点进行实际探访测量并进行广泛拍摄,通过对实地驾驶并沿路进行高清视频录制,获取所需的建模素材:路面、建筑、草木、岩石等,最后使用摄影测量法(photogrammetry)完成3D建模。

光探测器(Light Probes)和色彩测试标板(Colorchecker)确保实地光照和色彩准确还原。
概念艺术和实际游戏画面对比。图片来源:EGX2016

对于没有实地来到澳洲的开发人员而言,开发阶段中获得对当地最直观映像的来源是前期录制的实地拍摄视频,通过持续不断观看,即使未曾亲临澳洲,也能在构筑游戏世界时同样保证场景还原准确。

通过澳洲实地录制天气变化,并在游戏中进行还原。图片来源:Playground

澳洲变化多样的天气是《地平线3》还原的重点,为创建真实可信的动态天气变化,开发团队使用定制的12K 分辨率HDR(High-Dynamic Range,高动态范围图像,相比普通的图像,可以提供更多的动态范围和图像细节)摄像设备对当地夏季天空进行录制,录制后的图像经过处理以串流形式导入系统,由此呈现出动态可信的天空效果,这也使得《地平线3》成为首批支持Xbox One S主机HDR效果的作品之一。光线模拟方面,基于PBR,光线与大气粒子相互作用,产生准确的光照效果。

《极限竞速》系列中,玩家与非NPC车辆的互动也是构建游戏真实感的重要因素,因此在车辆AI层面,Playground与Turn 10使用了被称为“Drivatar”的AI技术并于各自的产品中,该技术由微软英国剑桥研究院人工智能团队开发,基于时下大热的机器学习概念。如该词的构成所言,制作组希望游戏中的非玩家车辆也能够呈现真实车手的驾驶风格。

《地平线2》中游戏AI就已有较高水准。

由于主机更新换代,更强的机能和云端技术的普及令Drivatar技术得到长足发展,在2013年的《极限竞速5》以及之后的作品中,新一代Drivatar技术均得到实际应用。在通常的竞速游戏中,AI使用预设数学模型和行为库进行配置,而在《极限竞速》中,电脑车手行为基于玩家表现设置的神经网络(Neural Networks)进行训练,在此过程中,不仅是玩家的车辆移动方式的到学习,后者的驾驶策略也融入到Drivatar的赛车模式中。目前所知的是,Drivatar的训练由三部分组成:过弯控制、速度控制与驾驶模式,,三者共同定义完善了游戏中AI车辆的表现,从而实现模拟真实玩家驾驶的效果。

除了以上这些之外,主打社交化,地图规模更大更自由的《地平线3》也存在诸多玩法应用以丰富游戏性。如首次登陆Windows 10平台即允许Xbox One与PC玩家之间进行跨平台联机合作,与微软Groove音乐服务连接以实现导入歌曲形成自己的专属音乐电台,以及核心的粉丝推动系统——技术和玩法的结合,共同构建了《极限竞速》系列在开放竞速游戏的进化。

不能否认,赛车竞速游戏发展至今,在还原真实世界驾驶乐趣之上已经达到了令人叹服的水准,这离不开游戏图形、AI以及玩法上长达数十年的积累探索。《极限竞速》,乃至衍生的《地平线》系列正是这些积累造就的集大成者,不难想象,若干年后,在游戏从业者们的孜孜追求下,竞速游戏的进化,将会到达何种程度。

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