有史以来最炫酷的VR游戏做到完美的街机体验，这游戏封神了
《机械重装》可以说是目前最好的VR射击游戏。Oculus Rift在今年初祭出了杀手锏大作《机械重装（Robo Recall）》，这款游戏不仅向玩家完美的诠释了Oculus Touch到底能实现什么功能，还充分地展示了玩家在VR环境中扮演一名枪手时，到底应该有怎样的姿态。这款游戏的前身是名为《Bullet Train》的Demo版本，由Epic Games采用虚幻4引擎自研，由于反响极高，Epic Games决定为这个Demo制作完整版的游戏《机械重装》，并在Oculus独占发售。《机械重装》在外媒有着极高的评价，不仅有IGN给出8.5的高分，甚至有媒体认为“它提供了近乎完美的街机式VR体验，唯一的缺点是Oculus Touch卖得太贵，特别是当你还要算上电脑钱的时候，当然这并不是游戏的锅”。之所以能得到这样高的评价，原因在于《机械重装》能带给玩家极其爽快刺激的沉浸体验，特别是游戏元素与玩家产生的交互，让人欲罢不能，比如下面这些操作：
将《机械重装》看作VR游戏的标杆一点都不为过，你甚至值得为了这一款游戏，置办一整套的Oculus设备。从美术设计的角度来看，《机械重装》解决了绝大多数影响玩家沉浸感的问题，在人设、特效、UI细节、场景、建模、光效等几乎每个方面，都有着完全不同于传统游戏的设计理念。在此前举办的2017年虚幻引擎技术开放日中，Epic Games艺术总监Jerome Platteaux分享了他们在设计《机械重装》时的理念，试错过程，以及经验总结，以下为演讲内容整理。大家好，我是Epic Games的美术总监，今天想分享一些《机械重装》设计中的重点，分为几个主题：什么是《机械重装》；它的来源；项目规模；机器人和武器的设计；游戏场景设计；光效设计；以及美术优化。不到20人团队，12个月做出一款3A级VR大作
《机械重装》是一款VR游戏，在今年的GDC上刚刚公布，它最早是在2015年，我们的12人团队，花了十个礼拜为Oculus Touch制作的一款技术测试Demo《Bullet Train》。
由于当时的人力和成本有限，制作周期也短，所以在制作的时候我们用了Epic项目中的资源，以及市场上购买的部分资源，我们也做了一些新的环境以及场景，比如说火车站和火车内部。我们也从这款Demo中学到了不少经验。
先说好的方面。首先我们大概知道了预算的范围，要跑到90帧，每个摄像头视角中，至少需要对150万个多边形绘制1000次。另外我们发现，场景设计的时候如果有重叠的元素，那么它带来的视觉差，能够让玩家在VR里产生得到很好的深度感。还有一个就是尺度的感受在VR里是非常重要的，而且当玩家沉浸在里面的时候，他们对距离以及东西大小的感受会非常敏感。反射在VR里面的效果看上去非常的好，能让整个场景看上去更加丰富。比较亮的环境可以在VR里面有比较好的效果，能避免头戴显示器镜片产生的眩光效果。最后，在VR里的交互非常有趣，比如抓东西、拿东西等等。
不好的方面。首先是预算不够，我们的资源很少。其次，我们做了一些反射效果，但并不是所有地方都有。所以我们又用模拟反射效果的方式来代替，但它的实用性不高，而且很容易穿帮，并不解决实际问题。
另外，我们用浮点阴影做了一些动态影子，但它的作用也跟之前的假反射差不多，所以并不能到处使用，我们需要研究更多的解决方法。
最后，《Bullet Train》里的角色看上去太像人类了，VR给人的感受会很真实，所以像这样对着人打的体验并不好，这种设计在VR里的容忍度很低。几个月以后我们就开始正式制作整个游戏，耗时大概12个月，团队规模也很小，只有15个核心成员，部分内容外包。游戏的最低配置是在i5的处理器和nVida Gtx970显卡，画面也要在《Bullet Train》的基础上做出很大的提升，毕竟它是我们的第一个VR游戏。
设计理念：让玩家体验20分钟的超神时间接下来讲一下游戏的核心设计，用来定义这款游戏到底是什么样的东西。首先我们想让玩家感觉自己就是救世主，大家指望你改变这个世界或者怎么样。而且还要是一个大坏蛋。
其次，我们要营造出一种街机游戏的感觉，也就是节奏非常快的，不断变化的、色彩丰富的体验。
另外，在环境设计上用一些比较接地气的场景是非常好的选择，大家熟悉的地点比较容易理解。
然后，我们既然要针对Oculus Touch的特性来做游戏，就必须做一些别的设备上无法体验的内容。
最后，游戏的时间最大就限制在20分钟左右。游戏的节奏必须非常紧凑，且有意义。
玩过以后，大家就可以摘掉头显好好休息了。
机器人设计：不仅要种类多，还要看上去很找打接下来讲一下机器人的设计。首先，就像刚才讲到对着真人射击的感觉非常差，所以我们设计的机器敌人不能太像人，也不能像人穿着盔甲，必须一眼看上去就知道它是纯粹的机器人。
其次，机器人的色彩也要更加丰富，配合有趣的音效、酷炫的动画特效，来保证游戏能给人轻松的体验。
然后，敌人看上去要像一些坏家伙，让你有冲动去射他们，而不是那种不找打的乖宝宝的形象。
另外这些机器人要各式各样的行动规律、尺寸，以及速度。因为VR中，人的头可以随意转动，来很好地判断这些差异，所以当不同种类、大小、速递的敌人从各个方向上向你冲过来，给人的感觉就非常的刺激。
再来看具体游戏中每种机器人的设计。行走机器人（The BipedBot）。游戏中最主要的机器人，尺寸比人类稍微大一点，看上去比人稍微强壮一点，外形的轮廓接近人型。
它可以表现出大部分的情感，还具备服装的特点，同时它有多种姿态，加上不同颜色的衣服，玩家就可以很快识别出它是什么样的机器人。
爬行机器人（CrawlerBot）和无人机（DroneBot）。爬行机器人相对小一些，但也不会设计的太小，因为在一定的距离内，玩家要能够射击到它们。我们通过反复设计和测试，来决定它们具体的大小。
它们看上去也有点恶心，有点可怕，像蜘蛛一样，可以直接跳到你的脸上抓你。
然后，我们用去掉腿的爬行机器人模型为基础来设计无人机。
大型机器人（BigBot）。它需要看上去比较大，但实际上又不能太大，设计的过于大会降低玩家对尺度的感觉。所以它从远近距离看上去都要比较合适，近的时候觉得很高，远的时候可以看到他。
而且大型机器人的行动比较缓慢，玩家还可以控制它，抓住别的机器人扔来扔去。
快速机器人（FastBot）。它的尺寸比人稍微小一些，但是行动速度非常的快，并且会瞬移，外观看上去更像女性。
飞行机器人（FlyingBot）。这个机器人就像一个炮台，能发射大量的火箭弹，它在地面上的行动非常缓慢，但在天空中特别灵活，而且它也是所有机器人里最丑的。
最终BOSS。因为时间的关系，所以我们并没有设计新的原画，于是重复使用了《Bullet Train》里的形象。
把这些大、中、小尺寸，行动速度有快有慢的机器人概念原画，先制作成原始模型，放在一起能看到它们的区别。
先做原始模型的好处有很多：1.可以进行快速反复的修改，觉得哪里不好都能很快调整；2.可以清楚看到整体比例的关系，刚才说到了VR里面尺寸和比例是非常关键的，所以能在VR环境下不断地去察看，不断地去调整；3.可以在VR环境下找到最显眼的部分。比如人眼最容易看到机器人的这个部位，我们就在这个部分增加更多的细节，强调表现力；4.可以找到有交互的点，比如大型机器人的背后有一个把手，玩家可以抓住，然后操控它；5.一旦我们做好了一个原始模型，设计师和动画师就可以基于它来进行相应的后续制作。6.原始模型应当和用到游戏当中的最终模型资源量相近，这样可以在替换掉资源的时候，避免一些意料之外的表现错误。
可以看到，从最终的原始模型开始制作游戏模型资源时，只需要以前者为基础再做高模就可以了。然后使用第三方面的工具来进行制建模，最终《机械重装》里的模型是在3DSMAX里做完的。
然后我们给每个角色模型设计了大概两到三套服装，只用了两到三个不同材质，这样做能尽量减少模型的数量。
然后利用Substance painter工具给服装绘制贴图，然后共享给所有的机器人模型，因为考虑到游戏性，我们还需要做一些破损、褶皱的质感。
下面是一些引擎中的资源示例，以及最终的模型细节表现。
这是大型机器人顶部的细节，因为玩家可以操控他，所以在顶上额外加了很多的细节。
武器设计：必须考虑到实际设备和玩家体感然后我们来看武器的设计。首先我们不想让武器看上去太真实，就跟射真人不好是一个道理，我们最终决定在玩具枪和真枪之间找一个平衡，用这种风格的枪在VR里面给人的感受是最好的。
同时枪械不能太大，因为在VR游戏中，玩家获得的重量感只有手里的手柄那么大，手感也就这么重，如果看上去很大手柄却很轻，这样给人的感受也不是很好。
另外就是只做单手枪，而不做双手枪，因为双手枪会给人产生两个手柄有物理上连接的感觉，但事实上是没有的，所以现实里的东西尽量少去模拟，设计要完全跟手柄的体感匹配。
建模和制作的流程，也跟刚才的角色模型部分一致。
手的制作方面，我们没有定义它是机器人还是人类，玩家觉得它是什么就是什么，我们不多做限制。
但是我们没有做手臂，原因在于游戏中玩家的动作还是很复杂的，比如可以拉扯，可以把别的机器人扔掉，这也导致了相应的动画也很复杂。所以在我们没有很多时间或者很好的解决方案的情况下，就选择尽量避免去做一些额外的尝试。
场景设计：降低理解门槛，极其注重细节再来看场景设计。设计理念如刚才提到的，要基于现实地点来设计。首先要看上去比较接地气，其次是要有正确的比例关系，最后是能很清楚的找到参照物，而不是像一些完全架空的未来式设计，有非常大的尺度和比例关系。
在基于现实的基础上，我们还要加入一些未来的元素。目的主要在于，首先确定世界观的时间点，告诉玩家这个游戏大概是发生在什么时候；其次是给游戏性增添一些用途；最后是让场景看起来很酷。
当我们具体设计的时候，需要测试不同的环境，来感受什么设计才是可取的。事实上我去旧金山拍了很多的照片，使照片建模的方式，还原出了当地的环境，但质量比较粗糙。
好处是在于，对比灰盒子式的设计，这样能够更清晰地把握住尺寸和比例的关系，然后我们继续用这些资源去拼接整个城市。
这又会面临一个问题，需要多少种不同的建筑才能够让玩家感受到一整个复刻的城市？结论来看，我们需要大量的不同建筑。
在有了大量建筑的基础上，我们还需要考虑，当实际把机器人放到场景里以后，它们看起来又是什么样的。可以看到，最初的街道非常空旷，所以我们需要更多的道具和装饰，比如车、垃圾筒等等。
又因为团队很小，所以我们进行了一些外包。事实上我们只外包照片上有的内容，因为照片能准确提供素材，减少不必要的迷惑。我们对外包的要求有几点：一是让部分场景模块化，可以拼接；二是每个模块不超过三万个点；三是在Substance painter工具里设计好1-2套场景；四是窗户要用特殊的材质；五是设计一些场景道具。
外包有利有弊，好处是由于Epic中国在控制品质和流程，所以返回项目组的外包内容看上去很不错，另外因为分担了工作，所以我们的团队也可以很方便的进行人员调整。而有一些内容是不能外包的，比如说优化。
可以看到这些是我们最终的场景效果：
下面讲一些小的技巧和窍门。刚才说到窗户要用特殊材质，是因为玻璃必须透明，让玩家看到里面的空间，但实际这么做又非常耗费资源。所以我们利用特殊的材质，从不同的角度看这个材质，会显示出不同的画面内容，从而模拟真实的室内透视效果。
每个窗户只有一个面，赋上这个材质后，通过摄像机和面的夹角来计算UV，使贴图在不同角度看到不的面，来模拟室内的效果。
另外在VR环境当中，场景模型的细节会非常引人注目，所谓我们加了一些细节的法线贴图来强化这些细节。特别是我们的游戏可以抓东西，玩家抓起某种东西的时候，物件模型就会离摄像头非常近，可以看到很多材质细节。
另外一定要在VR环境下检查场景的粗糙度贴图，在VR里人对这种物体表面的光泽，比不在VR里要敏感的多得多，所以非常注重物体的小变化以及光泽反射的变化。
光效设计：丰富的光效能带来更多游戏性因为场景很大，想要在VR设备中跑得流畅，我们首先是采用了静态的光源，来提供一个固定的直射光。
其次是使用了反射捕捉的处理，并打开对地图的光照混合混合选项，主要能使某些区的反射光被屏蔽掉（比如车底过亮），看上去更加真实。
此外我们还加入了一个新的平面反射功能，去表现非常精确的平面反射，这些平面的反射消耗的资源非常大，所以必须确保非常需要的地方，才有选择性的使用它。
除了选择性的使用，我们还把这些平面反射在不同的区域独立开来，这样玩家在不同区域中进行瞬移或移动的时候，系统就可以自动开关这个功能，只在玩家的区域打开，在别的区域关闭，减小系统消耗。
对于角色的光照，我们使用了胶囊阴影的功能，这样不论是直射光照，还是非直射光照，都能很好的表现出角色的阴影，让他看起来的确是站在地面上。对于快速移动的角色，我们还可以打开“Single Sample”的选项，来更好的表现他的阴影，避免阴影残留的现象。
值得一提的是我们使用了光照方案的功能，来快速地切换同一场景的不同光照效果。在过去，同样环境要表现白天、晚上两种光照情况，可能需要复制这一整个关卡，然后给予不同的光照设计，但借助光照方案的功能，我们可以让关卡和光照分离开，并选择性的进行组合。只不过现在这个功能只能在同一时间激活一种光照方案，不能进行实时混合，不能从白天直接变成晚上。
但毫无疑问的是，利用同样的一些场景资源，我们也可以生成非常多的光效变化，光暗效果的差别，也会带来更多的游戏性和游戏体验。
美术优化：从头到尾都要做的事情最后我们来看一下美术优化和抗锯齿的问题。我们采用的是前置渲染的方式，它的好处在于整体渲染的会更快一些，借助Msaa（多重采样抗锯齿）的方式，还能渲染出更清晰的图像效果。当然前置渲染也存在一些不好的地方，比如Msaa在渲染大量亚像素几何图形时，它的处理速度非常慢。除此之外，物体中间部分的高光，是Msaa无能为力的。
所以问题来了，你应该从什么时候开始优化你的VR项目呢？从一开始就优化，必须时刻维持住一定的标准，否则团队就会很被动。
比如你必须时刻保证90帧的运行效果，否则团队在测试游戏的时候，就会运行缓慢。
有的时候，非常快速但比较粗暴的优化也是好的，这能让你的成本控制在预算当中，之后可以再做一些细节的调整，来报纸画面的品质。
具体来说，我们可以用到项目优化的功能，下面是《机械重装》在打包输出的时候采用的渲染参数，基于屏幕的、空间的反射关掉，关掉动态模糊等等，所有的参数在这里可以做参考。
点大图看得清楚一些场景的优化方面，最大、最起效的方法，也就是做距离剔除（Distance Culling），然后不能剔除的就做LODs。做LODs的一种方式是通过Quad Overdraw视图来查看，可以明显看到Msaa在抗锯齿时产生的消耗量，红色的部分消耗量更大，对比图的下面一张图是做了LODs处理的，可以看到它能大大减少这种消耗。
另一种方式是减少模型锯齿量，这也是为什么在《机械重装》里很多窗户的边框都做成了贴图，如果换做模型的话，面数变多，就会产生实打实的消耗。
此外，还可以通过HLODS功能来优化场景，它的作用就是会把在地点附近、周围的一些多边形，自动的聚集在一起，来减少材质球的数量，降低消耗。
所以原理上看，合并的同时除了减少材质球的量，还可以直接减少材质绘制次数，比如Merges功能。
下面讲一下关于锯齿的解决方案。默认情况下，虚幻4引擎使用的是TAA（Temporal AA）方案，它是非常好的抗锯齿的方式，但会让图像稍微变的模糊一些，特别是在非常大的画面和非常低的分辨率情况下，模糊的效果会更明显。VR环境下这两项都占到了，所以用这种模式后，模糊效果会被夸大。
渲染时，如果使用Msaa那么对高光是无能为力的，大家可以从图像上看到高光的锯齿。要解决这个问题，我们可以使用它的法线贴图来取得模型转折处的信息，用这些信息叠加到它的粗糙度贴图上面，来降低转折处的粗糙度，粗糙度降低了它的高光就会减少了，看上去高光就比较弱了。
下图就是处理后的样子，效果非常明显。
同时Epic也给开发者提供这些技术的演示，大家可以到我们官网上下载和研究。
最后，除了我上面提到的这些内容，还有大量的问题可以探讨，比如在VR当中，UI是个非常大的话题。音效也是如此，VR给予玩家的是三维空间，所以我们也做了一些动态的音乐来体现三维的效果。还有VR的叙事也是值得探讨的点。
其实这些内容我们都会在刚才提到的网站上公开，给开发者演示如何去制作，分享一些经验。在这里我就不展开说了，感谢大家。