【雷火UX带你聚焦GDC2022】《赛博朋克2077》：为夜之城带来光明（CD Projekt RED）

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关于GDC

GDC是全球游戏行业最具规模、最有权威、最有影响力的专业峰会。GDC2022中，雷火UX共获邀17场演讲，分布在9个核心演讲以及8个峰会演讲，再度刷新中国游戏行业纪录，领跑全球。

每年的GDC大会上，全球顶尖的游戏开发者们将齐聚在这里，交流彼此的想法，构想游戏业的未来方向。接下来雷火UX公众号会选择一部分高质量的演讲，陆续为大家进行介绍。本篇为大家介绍的是来自CDPR公司的Jakub Knapik&Dave Yablonsky&Poo Voon Kent的演讲“Advanced Graphics Summit: 'Cyberpunk 2077': Bringing Light to Night City”。

演讲标题：

Advanced Graphics Summit: 'Cyberpunk 2077': Bringing Light to Night City

高级图形峰会：《赛博朋克2077》：为夜之城带来光明

Jakub Knapik
一名视觉特效总监/艺术总监和CG艺术家，在电影和商业广告行业有超过20年的工作经验，目前在CD Projekt RED担任艺术总监。

Dave Yablonsky

《赛博朋克2077》首席灯光艺术家，拥有超过十年的游戏行业从业经验，参与过《巫师3：狂猎》及其资料片《Blood and Wine》在内的项目。

Poo Voon Kent
《赛博朋克2077》高级照明艺术家。善于运用3D工具和布局呈现最终视觉效果。此外，他在平面设计方面的经验也对他在照明图形布局领域的创新奠定了基础。

演讲概述：

从许多方面来看，创建一个庞大、可信的开放世界城市是一项艰巨的任务，尤其是在照明方面。要在游戏世界中加入电影般的赛博朋克美学，遍布的霓虹灯和前所未有的光源密度，这是一个令人生畏的挑战。

本次演讲中《赛博朋克2077》开发团队分享了他们在照亮“夜之城”时面临的一些独特挑战，以及如何实现创建一个生动的数字电影布景的目标。该演讲涵盖了将开放世界城市作为数字电影布景进行照明的方法，在动态的24小时循环工作中用光创造深度和分层的技术，以及在艺术和优化方面管理大量灯光的方法。

《赛博朋克2077》具有很庞大的城市规模，动态24小时全天周期和天气系统，大量的动态光源、夸张的风格、电影般的视觉体验。这些是游戏中一些关键设计决策，在项目初期就已经设定，但这些庞大的场景和灯光的视觉呈现具有相当大的挑战，也带来了一些性能方面的问题。CDPR参考了一些来自之前游戏开发的遗留经验，比如巫师系列，来处理《赛博朋克2077》棘手的视觉风格所带来的问题。《赛博朋克2077》的团队做出了一个大胆的决定，几乎从头开始搭建引擎，并重新考虑整个照明系统，寻找尽可能运用于更多场景并且具有可预测、可靠性的解决方案。

01. 赛博朋克视觉风格遇到的挑战

Jakub Knapik认为，赛博朋克风格就是对比，人们所熟悉的社交环境的对比。从视觉上看，它带来了一系列需要解决的挑战：视觉对比需要可视化的情节设定；视觉复杂度如何为故事提供支持；视觉噪音的阻塞问题等。

《赛博朋克2077》在视觉设计上参考了许多与赛博朋克题材相关的电影，比如《银翼杀手》，在视觉上采用亮度分层、可读性渐变梯度、颜色和详细分组的方法，这些是事实证明可行的并且是目前最新的解决方案。与电影不同的是，在开放世界游戏中不能像拍电影一样有选择性的去矫正拍摄画面的色彩，Jakub Knapik的团队决定优先创建一条通道，将重点放在了分层和灯光构成上；并且创建具有明确定义的分层渐变的平面，强制其可读性，来减少视觉噪音，以一种非常有条理的方式来构建《赛博朋克2077》的照明系统。

在这一过程中团队遇到的最大的一个问题就是，电影中的照明很难运用到开放世界游戏中。电影中灯光构成的层次感更清晰，更具有变化和多样性，但更深层次的材质和复杂的轨道设计对于游戏来说非常困难。

设计团队参考了电影中运用的技术，在《赛博朋克2077》中使用Nuke工具并混合非常复古的外观以及色彩缤纷的柯达胶卷效果，并应用完整的色调映射，进行最后修正。这为游戏渲染出了一种更传统的电影外观效果，模仿了真实的电影画面的生成流程，也是一种实现赛博朋克视觉风格的关键工具。

02. 照明系统的布局设计及挑战

夜之城是复杂多样的，到处都是大街小巷，工业区，要照亮这样的城市甚至细致到照亮一只鞋子都是非常具有挑战性的任务。设计团队想要基于真实的物理世界打造电影般的视觉效果，并使得游戏场景逼真可见。要实现这些目标，需要建立24小时周期，以及正确比例的太阳和天空，确保准确的光照效果，最后引入一个横跨整个城市的反射探针，来为场景中需要生成更加真实的反射效果的物体提供额外的信息支持。

夜之城中有很多动态出现的任务和活动，除了需要被单独放置在游戏世界中的局部光源，还有一些永远存在的光源，比如太阳天空和月亮，设计团队把它作为画布，然后在画面中增加其余的照明。

《赛博朋克2077》为了追求真实，根据玩法和艺术需求，将一天24小时压缩到了3小时，这样一来自然光线的变化就非常迅速。为了确保玩家在游戏中能够感受到赛博朋克的光影美景，需要人为拉长日出和日落的时间，并且通过自适应曝光增加天空的亮度来提升夜晚游戏场景的可见性。

接下来是确保光线能够像真实世界一样适当的从地面反弹，并营造适当的氛围。正确处理这一点在夜之城这样的环境中十分重要。各种光线的垂直度以及各种各样的物体架构，在一天中任何时候都有不同的呈现效果，尤其在有许多层次、复杂的遮挡关系、充满大量细节的城市中。《赛博朋克2077》运用GI系统动态的将所有灯光考虑在内，并将灯光进行适当反射，以达到更真实的视觉效果。但对于无法做到很好的反射效果的区域，则添加反射探针，采取分层方法来解决问题，区分其大小和优先级，以提高局部精度和需要的细节清晰度。

《赛博朋克2077》复杂的场景和动态环境条件由GI系统和反射探针创建，但也存在一定的局限性。在游戏中，玩家会被各种物体表面包围，小的平面和极亮区域都会造成许多噪点，更大的区域表现反而更好。在该作中，由GI系统创建的天窗被等效光线追踪代替，光线追踪的优势在于可以模拟出真实物理世界关于物体表面交互的自然现象。另外还需要通过纠正遮挡，来打造更真实的，有深度的阴影效果。

最后一个阶段Jakub Knapik的设计团队专注于引擎的光线追踪反射，《赛博朋克2077》中存在很多高对比度的环境，特别是在有光泽的表面，由于镜面反射的内容是动态变化的，因此呈现出来时总是会伴随很多问题。团队面临的挑战在于需要避免运动下的重影，这是最重要的一个问题——解决反射光线追踪。

为了解决这个问题Invidia设计了一种新的光线追踪模式——参考屏幕截图模式，用一个强大的路径追踪器取代了传统的间接子系统层，所以《赛博朋克2077》最后能完全忽略GI、反射探针、空间反射，并且进行路径追踪，同时生成间接漫射和间接镜面反射响应。这为团队提供了一个更精确的实现方案，由此在视觉上开辟了一条让游戏与电影更接近的途径。

03. 局部灯光：三个主要的目标和挑战

对于局部灯光的实现，团队首先确定了三个主要的目标。

● 建立大致真实的流明值

● 处理适用于许多区域的的灯光和管光源需求

● 控制背景噪音

由于路灯是开放世界游戏中最统一的城市基础光源，Dave Yablonsky介绍《赛博朋克2077》采用了路灯的真实流明值和色温作为参考。

除了基础灯光，还有许多其他需求的光源，比如广告牌、霓虹灯、加长的汽车尾灯、被冻结的灯光等等。团队使用了胶囊灯组件来解决搭载太多灯光而产生的性能问题。

体积雾也是赛博朋克中使用较为广泛的。体积雾的好处在于，一方面能够营造不同的氛围；另一方面也能有效控制视觉噪音，增加场景的可读性。

前文所述标准光周长足够使用，但还需要解决另外两个技术问题：

● 克服动态GI带来的限制问题

● 当灯光照亮角色时能够得到更好的影片效果

虽然动态GI可以满足大部分开放区域的光线平衡，但模拟室内外交界的光环境时会显得不足；其次，由于性能原因，GI无法实现镜面反射，而这些光源需要在一天24小时的任何时间播放，所以它们需要有改变氛围光照的条件。《赛博朋克2077》采用入口灯作为解决问题的手段，给入口灯添加24小时的天幕光线变化，在不同的时段有不同的色温和亮度，放在窗户或门口，能够呈现更清晰的日出日落以及夜晚的视觉变化，也能够防止强曝光，以便更好的控制画面的艺术效果。

无入口灯和有入口灯的视觉差异

真实电影可以在需要的地方放置很多需要添加的光源，但游戏中由于玩家可能探索各个区域，所以这种方式无法实现。要达到电影的效果，《赛博朋克2077》中增加了一些只能击中角色的光源，因此它不会对环境造成影响，为了尽可能保留阴影的保真度，团队还使用了接触阴影。

04. 控制预算

电影拍摄时预算通常是资金，但游戏中实时渲染的预算就是指性能和优化。

游戏中要达到电影级效果，在以下三个方面对性能要求非常高：广角、大半径灯；高密度的灯光；深远的远景。大半经光具有很宽的角度和很远的半径，照亮大面积区域，会导致一些有别于真实的，有质量问题的表现，如三角形和投影、低阴影分辨率等等，这将带来大量的计算工作。而越大的半径光，光线触摸的几何形状就越多，在灯光密集的夜之城中这个数字增长将非常快。设计团队为了解决性能预算问题，在此增加了设置阴影半径与光半径无关的选项，这在一定程度上能够解决计算量的问题。

在复杂场景和移动的人物中，控制阴影半径也能解决复杂投影环境中性能消耗过大的问题。

复杂投影环境下控制投影点后的性能优化前后差别

在室内环境中，团队使用体积光工具来控制室内灯光系统，减少光源和投射阴影的数量。许多长灯和多层灯光内饰的光线只会在通道内起作用，可以避免光线穿过墙到另外的房间。对于实时的影子变化，则通过streaming distance/streaming range两个设置，以此来调整距离变化之下影子的淡入淡出效果，这样可以最大限度的利用阴影距离，使影子变化过程柔和而不唐突。

对于夜之城宏大深远的远景，团队在如何管理大量可见光，营造光污染氛围等方面都面临很大的挑战。最终选用将光污染颗粒放置在空中，营造光污染的渐变效果作为减少性能消耗的最优选择。

05. 总结

《赛博朋克2077》以真实物理世界为基础，在视觉效果上立志于打造电影级的视觉体验。这一目标的实现过程中开发团队遇到了许多挑战，从电影灯光布局到进入游戏世界的转化，以及最优性能的实现，最终通过一次次创造性解决方案的构想和落地，为广大玩家呈现了一个真实的、可预见性的，并且具有夸张艺术风格的独特赛博世界。