游戏引擎全新3D技术-整体凹凸映射

转载自：PCPRO
　　
　　 整体凹凸映射
　　
　　整体凹凸映射也是DOOM3最重要的技术之一，它所负责的是纹理表面凹凸感的生成。我们知道，现实世界的物体表面都是不光滑的，表面凹凸不平或者存在褶皱，计算机3D图形一般都是通过凹凸模拟技术来进行仿真。现在，3D显卡主要通过浮雕（Emboss）效果来实现表面凸凹映射，但该效果的逼真程度颇为有限，很难对表面细节加以显示，如物体棱角处的反光，表面结合处的不规则纹理等等。当然，对于水波、气流造成的特殊波纹效果更是力不从心。而DOOM3则使用了特殊的整体凸凹映射技术：首先，在标准面的纹理上方生成另一层纹理，两个纹理内容完全相同；然后，将两个纹理的位置互相错开，错位深度则由深度信息和光源位置共同决定；最后，根据物体表面的实际情况将下层纹理处理成上层纹理的阴影或底面，由此可模拟出逼真的凹凸、褶皱感表面，如果再配合光影效果便可以缔造出极度真实的3D场景。
　　
　　整体凹凸映射技术的出色效果在DOOM3中表现得淋漓尽致，在游戏中，所有可见的三维物体都引用了这种技术，物体表面自然真实，让玩家们更有身临其境之感。
　　
　　 新一代光源效果
　　
　　除了得益于上述两项技术，DOOM3的出众画质还离不开一项重要的技术：新一代光源效果。它与传统游戏最大的区别在于，所有光照模型都基于真实的物理模型，而且所有的光照和阴影效果都容纳于一个统一的大模型中进行调控，这样DOOM3中的任何光影变幻都与现实世界无异，使得塑造出高逼真场景成为可能。未来游戏若要实现电影级的画面品质同样离不开这项技术。
　　
　　

　　
　　

图2 新一代光源效果让DOOM3的多光源场景如电影画面般真实

　　
　　DOOM3的新一代光源效果主要由下列三种技术构成：球形光源（Spherical Harmonic Lighting）、光线追踪法（Ray-tracing）、混合光源（Radiosity）三种技术。其中，球形光源并非一种新光照模型，而是一种可高效计算光照效果的方法，即便光源数量众多，借助该方法也可以快速得出结果，节省硬件资源。光线追踪法则是计算机图形学中的一个重要技术，它不仅可用于场景的整体照明，也可同时实现阴影效果生成。体现在具体模型上，光线追踪法考虑的是不同物体间光线的交互影响，如可利用反射光、折射光特性来追踪出光源位置，或者将多种光线照射同一物体所生成的效果真实还原出来。因此这项技术可以完美展现出与现实世界一致的光线互影响现象，只不过它的作用领域是在虚拟的三维空间中。然而，光线追踪法也面临一些问题，如要计算不同光线相交时的效果往往需要耗费大量的时间，尽管开发者通过种种方法来提高效率，但仍难以达到令人满意的效果，这也使其应用范围大打折扣。要解决这一问题估计只能企盼硬件技术的进步，提供更强的运算力来满足需求。混合光源的功能类似于光线追踪，但侧重点有所不同。光线追踪处理的对象是三维物体本身，而混合光源则负责计算从观察者到光源整个路径上的光影效果，显然，它也必须涉及到光线反射、吸收、折射等多种情况的计算。