游戏一度因被贴上“不务正业”、“虚度光阴”的标签而备受争议，然而随着该产业的蓬勃发展，一些游戏被纳入体育竞技项目，如今游戏领域吸引越来越多人的目光。当下火爆全网的《黑神话：悟空》，凭借炫酷逼真的3D效果和独特的东方美学实力出圈，连央视、新华网等官媒都纷纷点赞。
     今天，我们将深入探讨这款游戏开发中一个至关重要的技术——实时渲染技术。根据该游戏开发公司官网信息显示《黑神话：悟空》使用的是虚幻引擎(Unreal Engine 5)。值得一提的是，飞思实验室RflySim工具链与《黑神话：悟空》使用相同的三维场景开发工具Unreal Engine(虚幻引擎)，同样能实现高度逼真的仿真效果。
     实时渲染技术详解
     渲染(Rendering)指将三维数据通过计算和绘制输出为屏幕上二维位图的一个过程。实时渲染(Real-time Rendering)是指计算机边计算画面边将其输出显示，其本质就是把三维数据实时地计算出来并实现输出，这种方式的典型代表软件有unity引擎和Unreal Engine(虚幻引擎)。
     实时渲染的优点：实时控制调整场景内的物体属性。
     实时渲染的缺点：要受系统的负荷能力的限制，必要时要牺牲画面效果(模型的精细程度、光影的精细程度、贴图的精细程度)来满足实时系统的要求。
     RflySim工具链中的RflySim3D软件是基于Unreal Engine 4开发的一个可交互、实时可视化的三维显示程序，它集成了无人系统仿真所需的大部分场景元素，并提供了相应的交互接口，且这些交互接口除了内置的控制台命令和快捷键外，还包括外部程序调用的方式。同时，工具链中的RflySimUE5则是基于Unreal Engine 5开发的三维显示程序，其功能与RflySim3D相同，但RflySimUE5可实现更高的分辨率渲染、更好的物流模拟以及更快的迭代速度，当然这对于您的电脑性能有更高的要求。
     一个通用计算机图形系统主要包括6个部分，分别是输入设备、中央处理单元、图形处理单元、存储器、帧缓存和输出设备。
     实时渲染技术的一个典型绘图过程如下：首先，原始数据在CPU中进行处理，转化为具有特定结构的几何信息，例如顶点坐标、法线、纹理坐标等，这些几何信息随后被传递到GPU中进行进一步的处理。在GPU中，渲染管线会经历多个步骤，通常包括顶点着色、几何处理和片段着色等阶段，最终生成光栅化后的像素数据。这些像素数据会被存储在帧缓冲区中，最后经过后处理步骤，渲染并显示到屏幕上，形成最终的图像。
     其中，渲染管线是一个将三维场景数据转化为二维图像的流程。首先，应用阶段在CPU上处理场景中的几何信息，接着几何阶段在GPU上进行顶点着色、图元装配和裁剪，将几何数据转换为屏幕坐标系中的图元。然后在光栅化阶段，将这些图元转换为像素或片段，并通过片段着色计算出每个像素的最终颜色。而这一步也是实时渲染的关键步骤，GPU的性能直接影响渲染的速度和效果，因此，渲染效果与GPU的性能成比关系。
     针对实时渲染技术性能问题的解决策略
     实时渲染技术性能问题大体上可以分为两类：一类是渲染效率问题，另一类是计算问题。渲染效率问题指图形系统在绘图部分所花费的时间，而计算问题则是指绘图之外的其他处理所花费的时间，包括图形数据的计算、正常的程序逻辑处理等等。
     针对上述存在的性能问题，在类似于《黑神话：悟空》的3A(高成本、高体量、高质量)大作游戏中，一般采用如下几种策略来解决：
     1. 优化图像管线。降低过度绘制，使用视锥体剔除(Frustum Culling)和遮挡剔除(Occlusion Culling)技术，避免渲染被遮挡或超出视野的图像。批处理渲染，通过合并多个绘制调用，减少GPU的状态切换和绘制开销。
     2. 高效的内存管理。纹理压缩，使用纹理压缩技术(如DXT、ETC)来减少显存占用和带宽需求。资源流式加载，动态加载和卸载资源，避免一次性加载整个场景的数据，减少内存压力。
     3. 抗锯齿和后处理优化。选择性应用抗锯齿，根据需求和性能考量选择适合的抗锯齿技术，如FXAA(快速近似抗锯齿)或MSAA(多重采样抗锯齿)。后处理效果优化，控制后处理效果的复杂度和使用频率，避免对性能造成过大影响。
     4. 多线程和异步计算。任务并行化，利用多核CPU进行任务并行处理，包括物理模拟、AI计算、场景管理等，减轻主线程负担。GPU计算，将部分计算任务(如粒子系统、物理模拟)交给GPU处理，利用其并行计算能力。
     5. 优化算法和数据结构。高效算法，使用优化的算法和数据结构，降低计算复杂性和提高处理效率，例如使用空间划分结构(如四叉树、八叉树)来优化碰撞检测。预计算，对于某些复杂计算，使用预计算结果或缓存机制减少实时计算开销。
     6. 针对不同的电脑配置，此类游戏还会在比较复杂的、渲染任务重的显示场景，加入部分特效的将实时渲染的缺陷画面过渡掉，从而给观众带来更加完整、逼真、流程的显示效果。
     通过上述策略，此类3A大作游戏能够在确保高质量视觉效果和艺术表现的同时，优化性能，提升玩家的沉浸感和整体体验。
     最后，借用《黑神话：悟空》主创冯骥的一句话结束本期技术分享：“最后让你痛苦的不是远方的高山，而是鞋底的沙子，沙子是无穷无尽的，但是你想走到那座山，就得忍受这样的过程。”
     无论你是资深的开发者还是初入行业的新手，RflySim工具链都将是您踏上“取经路”最可靠的“伙伴”。让你鞋里的沙子更少些，一起共赴你心中那座“高山”!
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