DirectX不是全部!3D游戲圖形技術(shù)解析

● 傳統(tǒng)紋理貼圖的弊端

    紋理貼圖大家都明白，就是往建好的3D模型上“貼”一些二維的畫(huà)面，讓人物顯得更真實(shí)一些，比如常見(jiàn)的磚墻、凹凸不平的地面等，這些如果全部用三角形來(lái)實(shí)現(xiàn)的話，那么模型就會(huì)非常復(fù)雜，GPU將會(huì)不堪重負(fù)，但如果用“一張已經(jīng)畫(huà)好磚紋的紙”貼上去的話，那么渲染起來(lái)就會(huì)輕松好多。

    但是這么做也有很大的缺點(diǎn)，貼圖畢竟是2D的，如果在游戲中換個(gè)角度看的話，很容易就會(huì)發(fā)現(xiàn)墻面沒(méi)有任何立體感，磚紋看上去非常假！為了讓2D貼圖看上去也有3D立體效果，就誕生了多種貼圖技術(shù)，比如凹凸貼圖、法線貼圖、位移貼圖、視察映射貼圖等。

● 凹凸貼圖

    凹凸貼圖技術(shù)簡(jiǎn)單說(shuō)起來(lái)是一種在3D場(chǎng)景中模擬粗糙表面的技術(shù)，將帶有深度變化的凹凸材質(zhì)貼圖賦予3D物體，經(jīng)過(guò)光線渲染處理后，這個(gè)物體的表面就會(huì)呈現(xiàn)出凹凸不平的感覺(jué)，而無(wú)需改變物體的幾何結(jié)構(gòu)或增加額外的點(diǎn)面。例如，把一張碎石的貼圖賦予一個(gè)平面，經(jīng)過(guò)處理后這個(gè)平面就會(huì)變成一片鋪滿碎石、高低不平的荒原。當(dāng)然，使用凹凸貼圖產(chǎn)生的凹凸效果其光影的方向角度是不會(huì)改變的，而且不可能產(chǎn)生物理上的起伏效果。

凹凸貼圖的墻壁效果，注意看邊緣其實(shí)沒(méi)有任何凹槽

    凹凸貼圖在今天看來(lái)已經(jīng)是老的不能再老的一種技術(shù)了，雖然能夠獲得凹凸的效果，但是凹凸的程度非常受限制，基本上只能做出一些簡(jiǎn)單的浮雕效果來(lái)。這種技術(shù)通常用在一些觀察視角變化很小的情況上，例如地面，墻壁，遠(yuǎn)處的一些模型等等，如果角度稍微一大，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)那些凹坑其實(shí)是根本不存在的。

● 法線貼圖

    法線貼圖就是把一個(gè)表面的凹凸情況用每個(gè)點(diǎn)的法線向量記錄下來(lái)，在貼圖的時(shí)候根據(jù)法線貼圖做光影的變換，從而實(shí)現(xiàn)凹凸效果。

    法線貼圖比起凹凸貼圖而言，能夠?qū)崿F(xiàn)的效果更好了，相對(duì)的就是運(yùn)算量更大了，需要大量的紋理材質(zhì)，每個(gè)象素的光照情況都需要計(jì)算這個(gè)點(diǎn)的法線向量和光照情況的夾角計(jì)算該點(diǎn)的亮度和顏色。為了節(jié)約GPU資源，ATI曾開(kāi)發(fā)了3DC+紋理壓縮技術(shù)，這對(duì)于法線貼圖有莫大的幫助。

    當(dāng)然，法線貼圖技術(shù)同樣不是完美的，它也有著自己的不足，凹凸貼圖沒(méi)有能夠解決的切向效果問(wèn)題肯定是仍然不能夠得到解決。此外，就是法線貼圖技術(shù)不能夠解決解決更大的凹凸情況的效果。大家如果去觀察的話，法線貼圖效果能實(shí)現(xiàn)的通常是一些內(nèi)凹或者外凸不是很?chē)?yán)重的表面效果。

● 視差映射貼圖

    為了解決法線貼圖在處理較深內(nèi)凹之時(shí)不能夠達(dá)到的弊端，誕生了新的視差映射貼圖技術(shù)。該技術(shù)其實(shí)稱(chēng)之為視差遮蔽貼圖似乎更容易理解一些，因?yàn)樗鼤?huì)對(duì)紋理的坐標(biāo)做變換，一些凸出的紋理會(huì)遮蔽到其他的紋理，這樣就會(huì)看起來(lái)具備更好的凹凸的感覺(jué)了。

ATI X1000 Demo中就包含了視察映射技術(shù)

    正如我們?cè)谏蠄D看到的情況一樣，地面上的石塊的凹凸感覺(jué)非常好，前面的石塊已經(jīng)對(duì)后面的石塊進(jìn)行了局部的遮蔽。雖然這個(gè)Demo中的磚塊依然很假，但磚塊之間凹凸的效果已經(jīng)得到了完美體現(xiàn)，非常遺憾的是，沒(méi)有任何一款DX9游戲使用過(guò)這種視差貼圖技術(shù)。

● 直到DX10時(shí)代才大量使用視差映射貼圖技術(shù)

    視差貼圖技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理，其實(shí)和法線貼圖是一樣的，都是根據(jù)法線貼圖進(jìn)行的處理，所以我們可以把它當(dāng)作是法線貼圖的一種衍生技術(shù)。視差貼圖技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是和硬件沒(méi)有必然聯(lián)系的，這個(gè)技術(shù)概念的誕生其實(shí)也非常早，只是未能得到大量使用，這是因?yàn)橐暡钯N圖技術(shù)的運(yùn)算量要比法線貼圖大了不少，原來(lái)的顯示芯片因?yàn)樾阅苡邢藁径歼\(yùn)行不了。

狂野西部DX10版本首次使用了視差映射貼圖

《孤島危機(jī)》中的石塊和地面都使用了視察映射貼圖

    最早使用視差映射貼圖技術(shù)的游戲叫做《狂野西部》，首批DX10游戲之一，DX9版本不支持。由于DX10顯卡都采用了統(tǒng)一渲染架構(gòu)，可以方便的集中利用Shader資源，來(lái)渲染出復(fù)雜的特效。再加上有全新的幾何著色器輔助，因此特效的運(yùn)用方面可以更加靈活，游戲開(kāi)發(fā)商可以很容易的自定義一些特效渲染方式，所以將先進(jìn)的技術(shù)都安置在DX10模式之中也是無(wú)可厚非。

● 代表游戲：《狂野西部》、《孤島危機(jī)》、《潛行者》