《黑神话：悟空》图形评测：9 分，极其优秀的全局光照和几何系统
《黑神话：悟空》图形评测：9 分，极其优秀的全局光照和几何系统
《黑神话：悟空》是一款使用UE5引擎开发的动作游戏，以其出色的图形表现获得了9分的高评价。游戏采用了UE5的两大突破性技术：Lumen全局光照系统和Nanite几何系统，但在PS5版本上存在一些技术问题。本文将深入解析这些技术在游戏中的应用及其效果。
Lumen光照系统
《黑神话：悟空》是一款真正的光追游戏，虽然提供了英伟达的"全景光线追踪"方案，但即使在全局光照设置为"中"时，游戏也会暗中启动Lumen光追。
Lumen是近年来游戏全局光照技术的集大成者，结合了光线追踪和光栅化方案，并在此基础上进行了创新。
屏幕空间与世界空间的结合
Lumen采用了屏幕空间追踪的反射，并根据屏幕空间向场景内部撒光追探针。为了更好地解决远距离全局光照噪点多的问题，Lumen对世界空间专门撒探针进行单独采样，再与已有的光照信息进行插值，以获得高质量的距离光。
Lumen光追的独特之处
传统实时光追的大致流程是：光线追踪Mesh BVH加速结构-交点几何信息-交点材质信息-(可选多次反弹，回到第一步)-着色。
而Lumen光追的大致流程是：
1.8m以内近距离：光线步进高精度Mesh DF-交点几何信息-采样Surface Cache-交点材质信息-着色-写入Radiance Cache-时域累积/模拟无限反弹
1.8-200m较远距离：体素追踪低精度Global DF-交点几何信息-采样Radiance Cache并注入体素-时域累积/模拟无限反弹
200m以上远距离：光线距离无穷大-采样天空盒
SDF（Signed Distance Field，符号距离场）是一种几何体代理，可以根据原有几何体预先烘焙，光线追踪时只是个索引距离的过程，无需实时像BVH加速结构那样构建，大大节约了性能，但精度较低，且存在一个缺点，将在后面讨论。
Surface Cache和Radiance Cache是Lumen场景的核心。因为SDF只是一个表达距离的函数，光线与它求交并不能获取Material信息，自然就索引不到例如Albedo, Normal, Emissive, Direct Lighting等，于是Lumen会实时为每个物件构造表面缓存（Surface Cache）来使得SDF追踪的过程中有材质信息可用。
Surface Cache可看作一种微型G-Buffer，表现出来的就是下图所示的一堆Card，最后将整合到一个巨大的Texture Atlas里。
Surface Cache可以为Lumen光追提供采样方向的信息。
Lumen光追和传统光追还有一个巨大的不同就是，它并没有Secondary Ray，也就是没有二次反弹。它的间接光照来自于从Surface Cache发射光线，光线与低精度Global DF求交，并在交点处复用上一帧体素光照（涉及2nd-order SH编码）并再写入Radiance Cache，如此往复下去，便做到了无限次反弹的漫反射间接光照。
在重要性采样的方面，Lumen利用G-Buffer里的BRDF数值来调整采样权重，这使得光照贡献更多的地方能分配到较多采样资源，而BRDF等于0的地方则直接不发射光线以节约性能。
我们不难发现，Lumen使用了很多低精度的解决方案，这抓住了漫反射间接光照本身非常低频的特点，就算是使用低精度缓存以及SDF也无伤大雅。
在Lumen的加持下，无论是近距还是远距光照，《黑神话：悟空》的表现都非常优秀。以游戏一开始的场景为例：
近距：
远距：
可惜的是，《黑神话：悟空》的Lumen并没有硬件加速，这使得现代光追GPU并没有得到较完全的性能发挥，这是扣分项。
全景光线追踪
"全景光线追踪"是英伟达自己制造的商业宣传名词，大概意思就是"纯光追"，技术上来看就是使用了路径追踪渲染管线，这个问题也不需要过多讨论，因为对我而言讨论起来就是无底洞，我不想在这篇讨论游戏技术的文章里复习渲染方程，蒙特卡洛积分估计等枯燥的学术理论。
符合全景光追的游戏其实早就有了，比如Quake II RTX，Minecraft RTX，它们的光照效果的确令人惊叹，由于路径追踪一直以来都只在离线渲染领域里铺开，之前游戏领域对它的关注少之又少（因为实在是难以实时地跑起来）。直到英伟达提出了它的圈钱战略构想：
不过话说回来，虽然全景光追达到了技术上都是真·影视级的渲染，但由于Lumen实在是太过优秀，导致英伟达全景光追的优势在《黑神话：悟空》里实在不太明显。因此建议显卡性能不高的玩家不要开启全景光追。
Nanite几何管线
Nanite是一个划时代的GPU-Driven的几何处理技术，它与Mesh Shader类似，但是是完全不一样的工程实现。
传统的几何管线需要单独设置几套不同精度的模型来实现LoD切换，而Nanite由于GPU高度掌控几何体的线程组（可以控制线程数量），可以实时通过开关线程来实现全自动LoD（一个线程对应一个基本几何基元，例如顶点）。
同时，GPU-Driven也使得运行几何管线时CPU的负担得到降低。
其次是软光栅，由于现存所有GPU架构中的Raster Engine光栅化小三角形（接近像素大小甚至更小的三角形）的效率都极为低下，并且造成数量恐怖的过度绘制，游戏实现了大三角形/非Nanite几何使用Raster Engine光栅化，小三角形用Compute Shader做软光栅以及小三角形剔除。
说到剔除，Nanite的剔除效率很高。有实例剔除（针对单个Mesh/物件）、层级剔除（剔除Cluster组）和单个Cluster剔除等多管齐下，性能表现优异。
关于粒子、后处理系统，它们的效果同样是很好的，不必多说。
超采样
《黑神话：悟空》提供了TSR，FSR，DLSS，XeSS四种超采样技术。
其中TSR是UE5自己的一个上采样技术，主要是动态分辨率。
其它三个分别为AMD，英伟达和英特尔的GPU架构所服务，所以对于各家显卡而言都建议优先选择自家显卡的上采样技术。
除了AMD FSR在《黑神话：悟空》里的表现是真的太垃圾了，动起来artifact一大堆，尤其是PS5是强制开启FSR上采样，所以FSR的垃圾表现是个扣分项。
"超采样清晰度"这个选项很容易让人误解为锐化选项，建议将其改为"实际渲染比率"会更明了一些。
非Ada架构显卡用户也可以开FSR/TSR进行补帧，建议在原始帧率稳定40 FPS以上时开启，否则手感会变得很差。
漏洞
最后留一个图形问题，什么上采样瑕疵其实都可以不管了，这个应该是最恶劣的，留点心的玩家应该都会发现某些场景（尤其是场景过渡处）会发生巨大的光照变化：
移动一小步后：
这可能是场景可见度系统错误地剔除了几何体，导致了光照错误。由于作者并不熟悉UE5开发，因此不做进一步评价。
结语
虽然仍存在一些图形问题，但是《黑神话：悟空》的总体表现确实是十分优秀的，达到了次世代应有的水平。作为第一款国产3A游戏，它的表现确实对得起玩家的期待。
最后，文章中的图片大多来自第一章，这是因为作者只打到了第一章，打个白毛福瑞就花了几十分钟的时间。