《默特术士》周一随笔#61——多重纹理粒子

当我在动画学院学习时，我们常说一句话：“这足以骗过酒保吗？”图形学的一大特点是，你可以花上近乎无限的时间去精益求精，但总有一个时刻，你必须将你的艺术作品交付给观众。

不过在这一过程中，有时你会发现一种技巧，它能满足你不断推陈出新的本能需求，又不会让你陷入无底洞般的耗时陷阱。今天，我想分享我最喜欢的一种技巧：多重纹理粒子（Multi-Texture Particles）。



最简单的粒子，就是从某个位置不断重复发射同一张图像，并对它们进行一些处理。你可以给它们染色、缩放、旋转、设置生命周期等等。仅仅使用一张图像，你就能实现相当不错的效果。

然而，如果你想要更复杂的效果，又不希望玩家一眼就“看穿”那是同一张图，一种常见的技巧是渲染出一个序列，比如爆炸、火焰或烟雾，然后让粒子在生命周期内播放该序列。但问题在于，你（无论是有意还是无意）总能察觉到其中的规律，从而破坏幻觉。

说到底这只是游戏，谁会在意能不能看出规律呢？嗯，我在意。



好了，让我们看一个实际的例子。下面是三个运动轨迹完全相同，但纹理处理技巧不同的系统。



第一个是简单的“烟团”图像，你可能在很多游戏中见过类似的效果。它看起来像烟，完全够用，但如果你仔细看，会发现同样的精灵图在反复出现，没什么特色。你看到的阴影完全是伪造的，只是在左上角画了一点高光，右下角画了一点阴影，没什么特别的。

第二个，我们将纹理处理得更有趣，让它有了个性，但现在这种重复感反而更明显了。因为你的眼睛可以捕捉到细节，甚至能追踪每一个图像的变化。同样，在紧急情况下它完全够用，毕竟这只是屏幕上的一个元素，但我们可以做得更好。

第三个……你几乎无法追踪单个粒子。如果你紧盯着看，或许能捕捉到片刻，但由于它内部包含了如此多的演变，云团甚至会在自身内部翻滚涌动。它看起来不再像是粒子，而更像是真实的烟雾。而且，它拥有更强的表现力。



其实根本没什么秘诀。当我提到时，这种技术在功能上是完全一样的，只是大多数软件并不直接支持粒子的这种操作，你必须自己动手实现。

第一种：仅A；第二种：仅B；第三种：A * C1 * C2

只需取一张遮罩纹理（比如云团），然后获取第二张纹理并采样一两次，将它们全部相乘即可。我个人非常喜欢以不同比例对同一纹理进行两次采样，因为这种方法廉价且有效，当然你也可以采样两张不同的纹理相乘，效果会很棒。不过那些更适合主角特效，而不是辅助性的角色特效。

对于《默特术士》而言，这种方法有一个非常重要的意义——我们非常看重性能，并且需要确保这个方案具有扩展性。幸运的是，我们也有很棒的工具——纹理图集（Texture Atlases）和纹理数组（Texture Arrays）让我们能将所有的遮罩和可滚动纹理放在一张图上。

现在，每个粒子只需要几个整数来选择它的纹理。这意味着大量的特效可以共享相同的材质和纹理，通过数学魔法，将原本可能需要数百次的绘制调用减少到寥寥几次。

太棒了。



上一次随笔讨论的是粒子如何在传送门内外有条件地绘制，但解决方案是什么呢？事实证明，还是数学！

我之前一直把它当作一个渲染问题来处理，但答案其实就在眼前。每个传送门的可见切片由玩家位置和传送门边界的两侧定义，我们已经利用这些数学运算来绘制传送门边界了。所以，与其试图让 VFX Graph 理解模板（stencil），不如让粒子直接询问同样的问题：我在这个切片内吗？

由于 VFX Graph 已经在 GPU 上运行，相比于传递遮罩纹理或引入另一个摄像机等更沉重的方案，每个粒子增加几个点积检查是微不足道的。我们只是在到处重用同一个等式。

超级简洁，超级快速，超级可重用。



我想我今天的核心感悟是：这种多重纹理粒子技术并不会决定《默特术士》的成败，但它是我真正感到兴奋并乐于钻研的东西。它不仅会为游戏打上我的个人印记，而且每次看到它，我都会会心一笑。仅凭这一点，它就值得去做。有时你只需要骗过酒保，但有时，你也需要允许自己做一些仅仅是为了取悦自己的事情。

粒子在召唤我！回到实验室去了，
~CyanAvatar 🌿