游戲一度因被貼上“不務(wù)正業(yè)”、“虛度光陰”的標簽而備受爭議，然而隨著該產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，一些游戲被納入體育競技項目，如今游戲領(lǐng)域吸引越來越多人的目光。當下火爆全網(wǎng)的《黑神話：悟空》，憑借炫酷逼真的3D效果和獨特的東方美學實力出圈，連央視、新華網(wǎng)等官媒都紛紛點贊。

今天，我們將深入探討這款游戲開發(fā)中一個至關(guān)重要的技術(shù)——實時渲染技術(shù)。根據(jù)該游戲開發(fā)公司官網(wǎng)信息顯示《黑神話：悟空》使用的是虛幻引擎(Unreal Engine 5)。值得一提的是，飛思實驗室RflySim工具鏈與《黑神話：悟空》使用相同的三維場景開發(fā)工具Unreal Engine(虛幻引擎)，同樣能實現(xiàn)高度逼真的仿真效果。

實時渲染技術(shù)詳解

渲染(Rendering)指將三維數(shù)據(jù)通過計算和繪制輸出為屏幕上二維位圖的一個過程。實時渲染(Real-time Rendering)是指計算機邊計算畫面邊將其輸出顯示，其本質(zhì)就是把三維數(shù)據(jù)實時地計算出來并實現(xiàn)輸出，這種方式的典型代表軟件有unity引擎和Unreal Engine(虛幻引擎)。

實時渲染的優(yōu)點：實時控制調(diào)整場景內(nèi)的物體屬性。

實時渲染的缺點：要受系統(tǒng)的負荷能力的限制，必要時要犧牲畫面效果(模型的精細程度、光影的精細程度、貼圖的精細程度)來滿足實時系統(tǒng)的要求。

RflySim工具鏈中的RflySim3D軟件是基于Unreal Engine 4開發(fā)的一個可交互、實時可視化的三維顯示程序，它集成了無人系統(tǒng)仿真所需的大部分場景元素，并提供了相應的交互接口，且這些交互接口除了內(nèi)置的控制臺命令和快捷鍵外，還包括外部程序調(diào)用的方式。同時，工具鏈中的RflySimUE5則是基于Unreal Engine 5開發(fā)的三維顯示程序，其功能與RflySim3D相同，但RflySimUE5可實現(xiàn)更高的分辨率渲染、更好的物流模擬以及更快的迭代速度，當然這對于您的電腦性能有更高的要求。

一個通用計算機圖形系統(tǒng)主要包括6個部分，分別是輸入設(shè)備、中央處理單元、圖形處理單元、存儲器、幀緩存和輸出設(shè)備。

實時渲染技術(shù)的一個典型繪圖過程如下：首先，原始數(shù)據(jù)在CPU中進行處理，轉(zhuǎn)化為具有特定結(jié)構(gòu)的幾何信息，例如頂點坐標、法線、紋理坐標等，這些幾何信息隨后被傳遞到GPU中進行進一步的處理。在GPU中，渲染管線會經(jīng)歷多個步驟，通常包括頂點著色、幾何處理和片段著色等階段，最終生成光柵化后的像素數(shù)據(jù)。這些像素數(shù)據(jù)會被存儲在幀緩沖區(qū)中，最后經(jīng)過后處理步驟，渲染并顯示到屏幕上，形成最終的圖像。

其中，渲染管線是一個將三維場景數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維圖像的流程。首先，應用階段在CPU上處理場景中的幾何信息，接著幾何階段在GPU上進行頂點著色、圖元裝配和裁剪，將幾何數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為屏幕坐標系中的圖元。然后在光柵化階段，將這些圖元轉(zhuǎn)換為像素或片段，并通過片段著色計算出每個像素的最終顏色。而這一步也是實時渲染的關(guān)鍵步驟，GPU的性能直接影響渲染的速度和效果，因此，渲染效果與GPU的性能成比關(guān)系。

針對實時渲染技術(shù)性能問題的解決策略

實時渲染技術(shù)性能問題大體上可以分為兩類：一類是渲染效率問題，另一類是計算問題。渲染效率問題指圖形系統(tǒng)在繪圖部分所花費的時間，而計算問題則是指繪圖之外的其他處理所花費的時間，包括圖形數(shù)據(jù)的計算、正常的程序邏輯處理等等。

針對上述存在的性能問題，在類似于《黑神話：悟空》的3A(高成本、高體量、高質(zhì)量)大作游戲中，一般采用如下幾種策略來解決：

1. 優(yōu)化圖像管線。降低過度繪制，使用視錐體剔除(Frustum Culling)和遮擋剔除(Occlusion Culling)技術(shù)，避免渲染被遮擋或超出視野的圖像。批處理渲染，通過合并多個繪制調(diào)用，減少GPU的狀態(tài)切換和繪制開銷。

2. 高效的內(nèi)存管理。紋理壓縮，使用紋理壓縮技術(shù)(如DXT、ETC)來減少顯存占用和帶寬需求。資源流式加載，動態(tài)加載和卸載資源，避免一次性加載整個場景的數(shù)據(jù)，減少內(nèi)存壓力。

3. 抗鋸齒和后處理優(yōu)化。選擇性應用抗鋸齒，根據(jù)需求和性能考量選擇適合的抗鋸齒技術(shù)，如FXAA(快速近似抗鋸齒)或MSAA(多重采樣抗鋸齒)。后處理效果優(yōu)化，控制后處理效果的復雜度和使用頻率，避免對性能造成過大影響。

4. 多線程和異步計算。任務(wù)并行化，利用多核CPU進行任務(wù)并行處理，包括物理模擬、AI計算、場景管理等，減輕主線程負擔。GPU計算，將部分計算任務(wù)(如粒子系統(tǒng)、物理模擬)交給GPU處理，利用其并行計算能力。

5. 優(yōu)化算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。高效算法，使用優(yōu)化的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，降低計算復雜性和提高處理效率，例如使用空間劃分結(jié)構(gòu)(如四叉樹、八叉樹)來優(yōu)化碰撞檢測。預計算，對于某些復雜計算，使用預計算結(jié)果或緩存機制減少實時計算開銷。

6. 針對不同的電腦配置，此類游戲還會在比較復雜的、渲染任務(wù)重的顯示場景，加入部分特效的將實時渲染的缺陷畫面過渡掉，從而給觀眾帶來更加完整、逼真、流程的顯示效果。

通過上述策略，此類3A大作游戲能夠在確保高質(zhì)量視覺效果和藝術(shù)表現(xiàn)的同時，優(yōu)化性能，提升玩家的沉浸感和整體體驗。

最后，借用《黑神話：悟空》主創(chuàng)馮驥的一句話結(jié)束本期技術(shù)分享：“最后讓你痛苦的不是遠方的高山，而是鞋底的沙子，沙子是無窮無盡的，但是你想走到那座山，就得忍受這樣的過程。”

無論你是資深的開發(fā)者還是初入行業(yè)的新手，RflySim工具鏈都將是您踏上“取經(jīng)路”最可靠的“伙伴”。讓你鞋里的沙子更少些，一起共赴你心中那座“高山”!