原神图形技术简析及杂谈 - 2401DEM

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引言

原神是一款极具争议的产品，而争议的重点集中在商业模式上的骗氪和抠门，以及米哈游宣传的研发投入在实际效果上不能达到玩家期待。原神号称研发投入一亿美刀，至于它的技术是否真值这个价，本文将从分析原神的图形技术入手讨论这个问题，也算是有前车之鉴。

本文以PC版原神的最高画质为基准，共分为3大部分，第一部分简单讲解原神渲染一帧的流程，第二部分对一些关键的步骤和特效进行展开解说，第三部分着重分析原神在移动端上优化较差的原因。

经过揣摩原神渲染管线，得出的流程图大致如下：

图中的流程与实际的渲染管线可能有一定的出入，请以实际为准。

原神的渲染管线是一个以延迟渲染为主的，混合了前向渲染的大地图渲染管线，其延迟渲染的部分非常的常规，没有什么特别的地方。3A游戏中常见的Hi-Z Culling，SSR，Temporal AA，Cluster Lighting都全部具备。

必须要强调的是，现在很多人将美工技术和程序技术对画面表现的贡献混为一谈，这是不合理的，抛开制作组美术能力对画面表现的浮动，原神的渲染管线，单从程序技术上讲大致等同于欧美大型游戏在2015年左右的水平。

原神的场景渲染使用了非常的常规的PBS流程，绝大部分场景模型走在了延迟渲染的路径上。场景使用了Hi-Z进行GPU剔除，有着非常夸张的视距，站在庆云顶上隐约能看见公里外的蒙德城。

在建筑和一些地形上，原神使用了视差贴图来获得更立体的观感。

原神使用了类似最后生还者在PS3上使用的椭球体方向遮蔽，实现了角色的间接阴影，相对于常规的SSAO而言，这种方法能够在侧视角上取得更好的效果。

原神的地面云影是一种类似贴花的做法，可以很容易的发现地面的云影与天上的云片是对不上的。

原神的反射大致有两种情况，第一种是针对建筑等实体场景的SSR与Cubemap混合的方法。其中SSR读取上一帧的渲染结果作为被反射的对象，以此达到一种光线多次反弹的效果。Cubemap似乎不是每一帧都会更新的，而是与角色的位置变化有关，在蒙德城教堂可以很明显的看出SSR切换到Cubemap的过程。

原神的水面使用了一种平面SSR，但是在物体和水面的交界处理的不好，有明显的渲染错误。

除此之外，还使用了基于球谐的天空光照，与SSR混合后实现了某种程度上的GI效果。

原神的角色渲染直接使用前向渲染将角色的最终着色渲染到G-Buffer中的Diffuse中，也就是说角色的光照都是在LDR下计算的，角色的光照算法也与崩坏3几乎相同，这一点就不用再重复，各路友商对崩坏3的分析已经非常透彻了。

角色受环境光照的影响是通过读取上一帧的Ambient Sensor纹理计算的。由于某些原因并没有对角色受光做插值，导致角色在阴影边缘时会有光照的跳变，在角色高速移动时有肉眼可见的延迟。

PC版的原神在特效上没有什么值得大书特书的地方。值得提起的是移动端的原神在特效上使用了半分辨率优化，透明粒子在半分辨率上计算，很大程度上降低了Alpha Blending的开销。

除此之外原神的云雾和某些角度的光线使用了Ray Marching来实现体积效果，并不是单纯的贴片。

原神出于优化的考虑，绝大多数安卓设备运行原神的3D分辨率长边不超过1280像素，导致画面非常模糊，使用TAA也无济于事。而原神在移动端上对透明物体进行的半分辨率渲染，在部分机型上半透明RT宽边甚至只有288像素。

在大量使用了降分辨率渲染，删除了大量屏幕空间特效后，原神的性能表现仍然非常差，没有任何一款移动端SoC可以长时间稳定以60FPS运行原神。原神移动端优化差的原因大概有以下几点：

使用延迟渲染也做了depth prepass，而且并不是只画地形，浪费了dc和带宽。
延迟渲染直接用MRT硬画，而没有使用Frame Buffer Fetch或者SubPass。
G-Buffer不节约，带宽开销过大。直接存储计算后的diffuse和specular，normal也没有做压缩，浪费了至少32bit的带宽。
岩石，植被等游戏性无关的地形附件渲染视距过大，LoD过于保守，即使使用了GPU Culling仍然DrawCall过多（上千次），同时有非常严重的quad overdraw。
降分辨渲染后上采样有额外的性能开销，在TBR和TBDR的GPU上可能导致反向优化。

其中1 2 3 5是图形技术相关的问题，4是美术和策划相关的问题。

作为结论，原神的渲染管线对于国内友商有一定的参考价值，但是也不是有那么参考价值。图形技术需要与产品的美术风格相匹配，是一种做减法的艺术。原神的PBS材质，超大视距渲染，在这样一个赛璐璐卡通的美术风格上是非常没有必要的。

从这个角度而言原神的图形技术性价比很低，低在两个方面，一是最终画面效果难以与其资金投入相匹配，二是在性能上开销过大，导致移动设备难以流畅运行。

而这个低性价比是相对于西方成熟的大型游戏流水线而言的。原神3年走完西方15年大型游戏工业化发展，其中的反复试错和踩坑可能导致了原神的高成本。

友商如果参与到与原神竞争的军备竞赛中，如果不能吸收原神的经验，投入相同的资源也很难做得比原神更好。友商没有像米哈游一样稳定的用户群，很难在这种大制作中获得利润。

如果土老板们看到原神的高盈利，跟进原神这样的大制作，加速了土老板的破产，可能也是一个“倒逼业界精品化”的过程。