《新神》开发笔记：像素风格和多图层渲染

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《新神》刚开始开发的时候，考虑到成本和能力限制，我决定做成 2D 像素风格游戏。不过，像素风格不代表容易或简陋，实际上可能比非像素还难做。现在的像素风格已经不是 FC 时代那种淳朴的像素风格了，比如 17 年 E3 上惊艳世界的《The Last Night》就用到了光照、反射、景深、体积光等现代 3D 游戏技术。虽然此游戏至今都没做完，但凭借优秀的美术已赚足了关注。  

《The Last Night》给了我启发，我决定在像素风格基础上加入 PBR 光照，同时启用 HDR 渲染。渲染时使用原始分辨率，仅让物体像素化。这样一来，2D 物体就有了“厚度”感，简洁的像素配上光照也显得很精致。 

但要实现这一点并不轻松。《新神》是双摇杆射击游戏，这意味着物体是可以旋转的。另外为了更好的相机控制，画面需要支持缩放。一般游戏实现旋转和缩放都不是问题，但像素游戏就麻烦了，因为像素图案可能变得边缘模糊、难以辨识。这与贴图的采样原理有关。
下左图是直接放大三倍的原始像素图，看起来没问题；将它旋转一定角度后就变成了下中图，这时我们发现它的像素轮廓变得杂乱；您可能发现这是使用最近点采样的结果，于是我换成了 双线性过滤，结果就是下右图，虽然看不到杂乱的轮廓，但物体也变得模糊了，因为原图分辨率不足。

最直接的解决办法是，将原始图像放大几倍再渲染，但这会占用放大倍数的平方倍的显存，对工作流也会产生巨大影响。因此我没有这样做，我的做法是将像素图矢量化。
在商店资源 Pixel Mesh Builder 的基础上，我加入了法线、自发光和平滑度的支持，并且将所有信息存储在一个 Mesh 上。在渲染时，开启 MSAA 即可产生既锐利又平滑的像素边缘，也可以不受限制地旋转和缩放了。 

至此像素风格的技术问题基本解决了，但画面表现力仍然不足。对比《The Last Night》就可以发现，它的画面富有层次。于是，我决定加上更多的 2D 图层。
这方面很多 2D 游戏都做得不错，其中《Ori》系列给我留下了深刻的印象。之前看过一篇文章，《Ori》的开发者分享了他们的多图层实现方案。他们将不同的图层分别独立渲染然后混合起来，而不是放在一起渲染。

将不同图层分别独立渲染的好处是，可以分别设置每个图层的渲染质量、渲染缩放以及整体颜色系数，还可以将图层模糊以模拟镜头虚化。因为虚化的图层并不需要渲染的很清晰，因此分辨率不必太高。通过调节每一层相机的渲染缩放，可以让每个图层运动速度产生差异，模拟出透视效果。整体颜色系数可以用来微调各层的亮度和颜色，甚至可以让前景半透明，以免挡住玩家视线。 

在《新神》里，我通过改造 Unity 的通用渲染管线实现了多图层渲染。这里有几个细节值得一提。
支持透明通道的模糊算法。比方说求两个颜色的平均色，正确结果应该是 (x.rgb*x.a+y.rgb*y.a)/(x.a+y.a)。
分辨率无关的模糊半径。为了在不同分辨率的屏幕上保持镜头虚化程度一致，你需要实现一种分辨率无关的模糊。
半透明图层的渲染和混合。游戏的渲染机制决定，半透明图层的渲染，以及将图层混合起来都需要预乘 Alpha 通道。