合金装备V 幻痛 制作技术特辑

资料原文出自日版CGWORLD2015年10月号

 

在【合金装备4（Metal Gear Solid IV）】7年后，序章作品【合金装备5 ：原爆点 （Metal Gear Solid V: Ground Zeroes）】1年半后，合金装备（MGS）系列的最新作【合金装备5 幻痛（METAL GEAR SOLID V: THE PHANTOM PAIN）】发售了。游戏上做最新的挑战，一直走在这个时代的游戏图形最前端的开发团队，在本作中是以什么为目标，为了这个目标加入了何种技术，本特集中对此做详细的介绍。

 

  本作的开发团队，为了确定使用FOX ENGINE的本作的美术工作流，在项目的初期阶段开始就讨论了3D扫描技术的导入。当时也实验了激光扫描（Laser Scanner ），因为扫描人物时拍摄物会运动以及数据精度低的缘故而放弃了，其他方法也在摸索中，最后到了基于照片的3D扫描技术。

 

  通过照片生成3D模型的工具在前作合金装备4（METAL GEAR SOLID 4）的制作中也有一部分使用的经验，那时的校正非常麻烦问题也很多，后面就没再考虑使用。但是，使用了 Agisoft PhotoScan的新软件，这些问题都能解决了，感觉“想要的结果可以高速的输出”。推进来全面的导入了，从静止物体到人物，通过摄影方法增加可以3D扫描对象的同时，提升了这个的摄影精度。这样可以把更广泛的对象用高精度来扫描，同时也可以得到高精度的线性Texture，成功的构筑了同时保证品质和效果的工作流。

 

 

 

因为人物在摄影中会有微秒的移动，传统的一台相机连输摄影的方法中精度上会产生抖动。关于这个，开发团队改造了会议室，构筑了专门的摄影室（图A）。立体的配置了37台单反相机（图B），通过特别订购的有线快门钢丝顶针分配器（图C）可以进行严格的同时摄影。这时为了能让对拍摄物的光照尽可能的平整（Flat），在房间全部用白色墙壁，8台闪光灯面向墙壁来配置，通过反射的闪光得到全方向均匀的照明。因为全部相机的快门打开时间是严密的配合闪光灯的发光，制作了特别订购的闪光灯延迟装置来使用（图D）。

 

 

通过前述的方法，在摄影室里可以进行人物的面部以及整体的扫描（图A）。因为这个方法里是拍摄物体的光照影响被尽力排除的状态，而且可以取得排除无意识的运动产生的抖动的照片，可以输出非常高精度的3D模型。因为摄影室完成后之前摄影的一部分素材也重新拍摄了，到达了整体品质的提升。

 

 

 

 

 

 

 

 

  本作的一大魅力，可以说是开放世界中的自由潜入。把广阔地图在有限的资源中用高品质没有暂停的展开，可以想象这里工作的庞大，其中凝聚了无数的方法。“把地图分割为128米的正方块，以玩家为中心的5X5块为Active的领域。但这光这个表现剧中的舞台来说宽阔程度完全不够，全都都认真来绘制会产生过度的Draw Call。 不过因为是以“潜入”为游戏的特色，不需要看清百米外的远方”技术指导这么说道。

 

 

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地形模型的制作上使用了World Machine（图A）。在FOX ENGINE上由游戏设计师加上粗略的凹凸，并输出为Height Map（图B）。把这个图在World Machine里读取，程序化的生成自然形状（图C）。把加入细节的结果（图E），转移到Mudbox（图F），把不符合玩法的部分通过雕刻进行细微调整并提高精度，再次作为Height Map输出（图G），读入到FOX ENGINE。

 

 

 

地形模型上，为了感觉不到加载，把可以游戏的Block进行分割读取。Block的构成方面，以玩家的位置为起点，内侧开始称作Small Block（红色），LOD0 Block（黄色），LOD1 Block （绿色）。蓝色的Large Block是故事上重要的场所被任意大小来读取的领域。最小单位的Small Block是128mx 128m，读取最精细的模型。读取轻量1个等级模型的是LOD0 Block ，是Small Block的2x2，4块加起来大小的尺寸。然后再轻量一个等级是LOD1 Block，是LOD 0 Block 4张的大小。采用了分别把玩家为中心的5x5的25个block读取，再对应距离从轻量到精细的把模型数据不断的传递进去的系统。图B是远景用的LOD模型配置的状况，图C是LOD 0 Block1部分的模型的粒子，在地图上配置的背景资源是在每个Block进行合并（Merge），合并数据的制作和LOD的变化，是构筑作为本世代机和旧世代机的平台数据，自动生成的结构来对应的。

 

 

 

 

为了制作真实的背景，背景组是对作为模型的区域（非洲和约旦）做了实地的外景拍摄。除了地形之外，还拍摄了作为确认植物生长状况参考使用（图A）和Texture使用（图B）的照片。然后，通过在暗室里进行线性Texture的摄影，使用它制作资源，在输出到前面介绍的会议室环境里进行确认后（图C），按照参考照片的印象进行风景的再现。图D是参考的照片，图E是在FOX ENGINE上再现的结果。“关于Specular方面，采用的是简单的normalized blinn phong模型，稍微改良了normalize来使用。 ”作为PBR的优点，只要正确的设定来组成，美术不需要反复调试也可以获得需要的品质这点值得推荐。另外，果然美术师无论如何想在Texture里绘制阴影和光泽，因为还有绘制的动作，当初成为很可笑外观的情况也很多，这个部分意识和认识的更新是很辛苦的（负责员工）。

 

 

制作的背景资源约7000个。首先准备简单模型，在FOX ENGINE上考虑游戏性来构筑概念地图（图A）。用这个来考虑每个资源的必要性以及验证材质数量和绘制负荷。确定规格后进行实际的制作，彻底的把简易模型替换为完成模型，游戏没什么问题的话，轮廓也不会有什么变化。外部协助公司发外包时，是让他们确认贴有粗糙Texture的材质数和Texture的大小的状态，图B的具体的详细发包说明书也会贴上，而且使用目的也会明确传达，来减低浪费。“因为这样信息（资源的设计）的精度提高了，关于两种游戏的规格交换的浪费的也降低了”（CG艺术指导）。图C是概念模型，图D是替换成外部协助公司制作模型的完成状态。还有在关卡中配置背景资源时，因为复数的资源变化（variation）会造成内存压力，如何用少量的变化高效的作出要求的风景重复的进行了试行错误。

 

Normal Map的Bake方面，参数的理解方面应该不会使用xNormal，而且会不熟悉的输出了不同的设定，或是容易出现人为的失误。因此，准备了定制的Maya TransferMaps功能【foxBakeTool】。图A中绿色的部分显示的是Bake的范围，哪个部分要bake也可以分别用ON/OFF来控制。还有，一开始可以选择是Geometry Normals和Surface Normals哪个进行Bake（图B）。即便玩家不熟悉设定也可以做出最佳设定的Bake，作为平坦平面法线值是【127 127 255】还是【128 128 255】在Maya上无法确定的行为，制作了被固定为【127 127 255】的结构。

 

 

 

在地图上配置植物等，开始是考虑用程序化结构来对应，但是，因为草和演示的配置信息与游戏体验和内存使用状况直接关联，切换成了通过手工来配置的方法。这时，因为一个个的来手动配置草非常低效，制作了用图章来配置物体对象的工具，把草的平衡性好的配置笔刷化，也准备可以按照地形Tiling的形状来生成的结构来支持工作者。图A是图章使用前，图B是图章使用后，还有，图CD是按照Tiling形状来配置的状况。草的数量上，一个Small Block1上是4000~6000根，全部地图的配置是两名员工用了2个大概两个月的时间。

 

 

 

 

 

因为本作对应了24小时的时间变化和天气变化，天空的表现变得非常重要。对于天空，一般是通过近似米氏散射（Mie scattering）和 瑞利散射（ Rayleigh scattering）的计算来进行渲染的（图A）。然后，因为和后述的时间变化也要关联，地球的自传，公转，太阳的位置等也要加入。为了模拟太阳光射入大气散乱的状况，要在天空附加颜色的同时，让光自身进行衰减。为此，白天的太阳光也变得稍微有些黄色，“试行错误的最后，基本上忠实于现实世界的被完成了，为了强调傍晚的效果，稍微对红色做了些调整，美术方面也可以进行微秒的调整”负责光照的员工说到。关于夜晚也是比实际更亮的来进行设定（图B），这是除了忠实的光照会对游戏体验产生障碍之外，考虑到与特效的兼顾调整也很难的缘故。“与其说在这里造假，不如认为是与在电影摄影中，在黑暗的地方点亮光源，是源于同一种想法的技术手法”。关于天候的变化，一边用阴天（图C）和雨（图D）一同模拟的结果，一边调整云和太阳光的强度等参数来作出差别化。晴天时的夜晚可以看到星空，这里也被认真的再现了。【在本世代机中，是把6等星（肉眼可以看到最暗的星）以上的，约5000个星星按照星图的准确位置进行了描绘】。

 

 

环境（ambient）部分的追加，是通过在地图上配置了收集这个地点间接光的2次球谐波函数的Light Probe，再现模拟的光反射（bounce）部分。图A是直接光与间接光合成的状态，图B是只有直接光，图C是只有间接光的显示状态。在建筑物和道路上配置自己特有的Probe（图D）。开放世界的地图上大部分是自动的进行配置，大一些的村庄等主要的地域是手动配置，Probe之间的重叠情况是通过预览来调整负荷（图E）一个地点上，晴天和阴天，以及指定时间的收录，Bake要30分钟左右。“当初Bake一个街道要5个小时，进行改进后大约1小时的程度，上千个区域Block全部重新Bake的话，大概要用3天以上的时间”（负责员工）。另外，区域光的反射是作为其他成分进行记录，例如，射击导致外面的电灯被破坏的情况一类的变化表现。

 

 

 

 

 

作为重要地点被插入的演示场景，在分镜中增加了演出用的光源，进行像电影的表演那样讲究的制作加入。为此，开发了以帧为单位的进行光源和后处理特效等编辑的Demo Tool（图A）。可以一边阅览演示场景，一边管理和编辑全部关联的参数，为了游戏到演示的无缝的关联而反复进行细心调整。因为制作丰富的画面处理负荷也会变得过大，在最大限度的发挥性能的同时，也要从最优先的影像演出的效果来考虑，在分镜和帧的单位上，把绘制功能做成Fade In/Out 一类动画，用ON/OFF操作。图BC是对应从相机的自动曝光中得到的EV值，自动的控制光源强度和颜色例子。图D是SSAO（Screen Space Ambient Occlusion）的处理只在特定的帧中有效的画面。需要时，也可以在旧世代机种上对这个绘制功能做不选择有效的调整。

 

 

 

 

机械&武器

本作的游戏场景是由一个个关联的广阔区域构成在，作为其中的移动和战斗手段，准备了丰富的机械种类。其中最有代表性的搭载型兵器就是【D-Walker】了，这个是多关节的2足步行机械，主人公也敌人都可以使用。这个的制作当然PhotoScan一类的3D扫描技术是不能使用的，采用了通过手工从头开始制作3D模型的方法。在它的设定图中（图A），每个部分的细节和可动部分的动作印象也可以把握，创作出了即为详细的设计。还有，关节等武器定制的变种化也是预料到的构造。图B是D-Walker的CG完成画面，图C是真机画面。

 

 

机械制作组在动画数据的节约策略上使用了【辅助骨骼】技术。辅助骨骼是在原来骨骼构造上另外被设定的节点，运动它来带动多个关联的骨骼。在 FOX ENGINE中这个是在运行时使用。构成【D-Walker】 的脚部关节的包含多个汽缸的运动，是用图A的两个黄色显示的辅助骨骼来动作的。还有高压电击枪（图B stun gun）里加入了16根骨骼，实际加上动作的是在举行内显示的两根辅助骨骼。通过这个方法可以大幅消减动画数据。

 

 

 

 

本作的象征的搭乘兵器【D-Walker】也是，保证了和携带火器一样广泛的定制型。不光是武器的换装（图A）,手臂自身的交换，以及头部的更换也是可以的。颜色变化的定制上，可以设定单色，迷彩图案，金银的金属颜色（图B）。这个变色的结构也是通过FOVA系统来构筑的。

 

 

 

开发团队在以Face Robot为核心的同时，也准备一定程度自动化Setup的工具。因为游戏模型的Facial的骨骼数量较少，所以通过尽可能从Face Robot的输出中取得高精度的数据，努力提升模板模型的精度（图A）。Setup时是基于模板，经过把面部Landmarks的fitting（图B）--> solver的调整（图C）的完成状态（图D）,通过独自扩展各个阶段可以进行保存和重试。图E是内部制作的对Rig进行Setup的【Ocelot】。最终在游戏里（图F）实时的播放。

 

 

 

 

Marvelous Designer，是以高精度的布料模拟为核心的。本作的几个演示场景中，也使用了这个技术再现了真实的衣服运动。制作顺序是，由游戏模型来制作碰撞模型（图A）,着装后的模拟（图B）。把得到的动画对Softimage的Cage模型做复写（图C），变换为骨骼动画来运动游戏模型（图D），这样的流程。

 

3D模型化的全部换装样式，要组成一个游戏模型（图A）。具体的是，把各个部分中使用的全部样式的Mesh数据，作为敌兵模型的Mesh Tree进行登陆（图B，图C）。合适的选择部件组合的是用前述的【FOVA】,本作中各种各样的半自动生成系统被使用了。

 

运动

 

 

在进入运动制作前，开发团队内部先是试做的(Pre-production)进行临时运动的运动捕捉。把临时动作在真机上做确认，无论动作是如何轻微的印象也不会被抹消掉。于是，本作也有监督的意向，为了让角色可以作出外国人特有的动作，一部分基本移动是使用外国人做运动演员。还有，敌兵的步行运动也是实际的穿着重装备的状态来采集的，楼梯和斜面等大道具也准备了与实际游戏中登场的尺寸相匹配的物件来做采集，以控制后面工程的修正工作。“楼梯的上下走动，不同步幅的修正相当的费功夫，因为用更接近的情况来采集，就可以高效的工作了。”

 

 

 

图A是为了制作大型机械的演示场景，把实际的背景的3DCG数据投影在采集区域，在很容易理解场景状况和移动规则的状态中让演员进行表演。图B是有狗登场的场景，对真实的狗捕捉。把标记设备附着在索具上，也尝试让在较温和的狗的衣服上附加这些，最终是使用假牙的粘合剂直接把标记设备附着在狗的皮肤上来进行采集的。“想采集一个动作，却怎么都不做出想要的动作，总之非常麻烦”。相当多的部分需要手工修正。图C的扑向围栏的狗，实际是用诱饵诱惑奖励来采集的。而且，可以把采集的捕捉数据传输到这个场景的模型在真机上进行确认，在乘车（图D）和骑马（图E）的场景中使用了（图FG）。还有就是因为无法进行马的运动捕捉，负责的动画师去骑马训练学校观察马的动作，用手工方式制作了运动。

本作中，为了可以直观的设计动画的转换，在FOX ENGINE上开发了叫做【MotionGraphEditor】的工具。把空闲（idle）和循环（loop）通过线来连接，一连串的运动转换就完成了。图A是站立移动时的设定画面全图。图B是显示这时状态的状态节点（State Node）。右半部分是右脚向前的状态，左半部分是左足向前的状态。米色（Beige）的节点是基本节点，青色的节点是为了可以平滑关联的必要运动用的节点，根据不同节点颜色作用也不同。在图A的状态节点的右边是现实状态节点内容的混合树（Blend Tree），用紫色节点来表示运动，绿色节点表示混合处理。图C是举枪状态的运动转换。可以看到和站立移动相比混合变得复杂。

人型角色的Rig基本上沿用【合金装备4】的没有变化，人型以外的制作是使用【Procedural Rig Generator】来做成Rig的。这个是使用基础的IK绘制骨骼来Rig化，这种简单的工具，因为节点是在基本的规定的范围内生成，规格的统一也容易。图A是支持方向盘的车轮的Rig，图B是狗后足的Rig状况。“用程序化的话，因为在没有太大变更的情况也是支持Retarget，修正非常轻松”。

 

 

 

图A是本作中的火焰的表现，图BC是实际使用的火焰的Texture。图B是颜色通道，图C是Alpha通道。在Maya的Fluid里制作，再做成循环动画。本作的火焰，爆炸，烟雾，也有使用FumeFX，使用交叉渐变（CrossFade）模拟的像素内的密度和速度信息的方法，保证基于模拟的自然动作作出可以循环的动画。图D是水面的表现，图EF是这个场景以外，表现液体和血的Texture，图E是Alpha用的Map，图F是Normal用的Map。用thinkingParticles制作基本的动作，用FROST使用Mesh化的物体对象的屏幕空间的法线信息来制作。水花类的特效中全都有使用，通过shader内的反射率，透明度，Specular的调整也可以作为血和泥来使用。

 

 

画像中过场动画中用的水花特效，对应场景的状况分为3个等级的反射率来使用。这3个特效是使用1个数据制作的，把反射率不同的变化设定用差分信息来包含。这样即便是做出3个特效，也可以很小的控制内存使用量。

 

 

本作中的粒子也有LOD功能的对应，可以对应到摄像机的距离来减少粒子的数量。但是，因为造成绘制负荷高的是摄像机跟前的，摄像机近处也要进行消减一定数量的用法，可以说是逆转的想法。同样的因为枪的跳弹特效要在远处显示很难确认（图A），用距离相机越远越放大的方式来处理（图B）。考虑了倍率瞄准镜和双筒望远镜的变焦状况，采用了不仅仅是距离还有屏幕空间的面积比的处理方式。还有，在处理负荷高的场景中设定粒子产生数的百分比，对应状况自动减少数量的功能也有。

 

 

 

本作的游戏和演示是无缝关联的，图A是游戏中的摄像机，图B是进入演示时的摄像机，图C是从游戏摄像机向演示摄像机位置转移的示意图。从玩家自由操作的游戏相机，通过程序计算出演示摄像机的坐标，无缝的转移。另外关于运动方面，从游戏中的运动对演示开始时的动作做混合，对演示开始时的坐标无缝的补充。同样的，时间经过（图DE）和天气变化（图F），服装和受伤等的状态（图GH），也会直接继承演示开始前的状态。演示终了时也会适用相同的处理，无缝的返回到游戏中。

 

 

 

本作的中以Lens Flare为首的各种后处理被大量使用。不光是配置在场景里的横向拉伸的Lens Flare，在光源方向上加入光，相反的对一个一个场景加入画面过暗等问题的细节处理来作出临场感。图A是光照修正处理前的状态，图B是追加光源滤镜和Lens Flare。画面下方使用了让画面变暗的滤镜。图C是疼痛的滤镜适用前，图D是适用后。是用来表演出角色受击而制作的“疼痛LensFlare”被适用。

 

 

 

Target Constrain Camera，是指定游戏相机的注视点的Target，强制的吸着相机的功能。玩家和Target的位置关系依赖，可以把演示场景的相机构图自动算出并转移。因为玩家在一些场景会注视特定的点，可以说是无缝演出中不可缺少的功能。图A是Constrain Camera发动前的状况。这时游戏相机的注视点是红点。图B，是发现了作为Target的敌人，发动Constrain Camera的状态，红球是吸着在白色盒子的中心，可以看到摄像机以Target为中心捕捉的。