电子游戏已成为娱乐的主要内容，为玩家提供了潜入充满冒险、神秘和刺激的世界的机会。但是你有没有停下来考虑过视频游戏图形是如何工作的，以及是什么创造了令人惊叹的视觉效果，使这些数字领域如此可信？这些视觉效果背后的魔力是一个复杂的过程，它将基本的数字信息转化为游戏玩家喜欢的丰富互动环境。
创建视频游戏图形的旅程始于顶点着色。在这里，可以确定物体的三维位置，然后显示在二维屏幕上。这是一个关键的步骤，因为它决定了游戏世界的哪些部分对玩家可见，因此需要渲染。
顶点着色后，该过程继续进行栅格化。在此阶段，将 3D 模型转换为与屏幕像素布局相匹配的 2D 三角形。然后，这些像素被填充颜色和纹理，从而创建玩家在游戏中看到的图像。
片段着色使视觉效果变得更好。该过程的这一部分调整像素的颜色，以模仿光线在现实世界中的工作方式。它通过展示光线如何与表面相互作用来增加深度和真实感，这为我们提供了阴影和高光，使游戏环境看起来更加逼真。
视频游戏图形是如何构建的
然而，这些详细的计算需要很大的功能，这就是图形处理单元 （GPU） 的用武之地。GPU 是专门用于处理艰巨的渲染工作的硬件，可确保玩家获得流畅且视觉上令人印象深刻的游戏体验。
即使使用强大的 GPU，也可能会出现对象重叠等问题，这使得很难看清前面有什么。Z 缓冲区技术通过跟踪物体的深度并确保仅显示每个像素处最近的物体来解决这个问题。为了使图像看起来更好，有一种称为抗锯齿的技术。这种方法摆脱了游戏中对角线或曲线可能出现的锯齿状边缘，从而使视觉效果看起来更干净、更逼真。
视频游戏的场景通常会随着游戏而变化，这意味着渲染管线必须快速重新计算所有内容。这很重要，这样游戏世界就会立即对玩家所做的任何事情做出反应。光线和阴影在表面上的工作方式对于使事物看起来真实非常重要。游戏中的照明和阴影使环境看起来像是现实世界中可能存在的原因。
光线追踪和 DLSS（深度学习超级采样）等渲染新技术正在突破图形外观的界限。光线追踪使光线的行为看起来非常逼真，而 DLSS 使用人工智能来改善图形效果，而不会降低游戏运行速度。
视频游戏图形背后的技术和技巧
1. 顶点着色
- 用途：将 3D 对象数据转换为 2D 透视图。
- 过程：计算场景中每个顶点（3D 形状的角点）的位置。
- 重要性：确定 3D 世界的哪个部分在屏幕上可见。
2. 光栅化
- 用途：将 3D 模型转换为 2D 图像。
- 过程：将 3D 模型分解为三角形，然后将其映射到屏幕的像素网格上。
- 结果：每个三角形都填充了颜色和纹理，以形成可见图像。
3. 片段着色（或像素着色）
- 目的：通过模拟光线交互来增强真实感。
- 处理：根据照明、纹理和材质属性调整每个像素的颜色。
- 结果：产生动态照明效果，如阴影和高光。
4. 图形处理单元 （GPU）
- 角色：用于处理复杂图形计算的专用处理器。
- 功能：加速渲染过程并处理密集的计算任务。
- 优点：实现更流畅的游戏玩法和更高质量的图形。
5. Z-缓冲技术
- 用途：管理对象的深度方面。
- 过程：存储每个像素的深度，以确定哪个对象在给定点可见。
- 优点：防止物体重叠等视觉错误。
6. 抗锯齿
- 目的：减少边缘的视觉伪影。
- 处理：平滑图形中的锯齿状边缘，在对角线或曲线中尤其明显。
- 类型：MSAA（多采样抗锯齿）、FXAA（快速近似抗锯齿）等。
7. 动态场景和实时渲染
- 挑战：随着游戏玩法的展开，立即调整图形。
- 过程：不断重新计算图形以响应玩家的动作和场景变化。
- 重要性：确保身临其境的互动游戏体验。
8. 照明和阴影
- 目的：模仿光线与物体的相互作用。
- 技术：包括环境照明、漫反射照明和镜面照明。
- 效果：增强游戏环境的真实感和情绪。
9. 高级渲染技术
- 光线追踪：模拟光线的物理行为，以获得超逼真的视觉效果。
- DLSS（深度学习超级采样）：使用 AI 升级图像，提高性能和视觉保真度。
10. 其他技术和工艺：
- 纹理映射：将详细图像应用于 3D 表面。
- 物理引擎：模拟真实世界的物理，实现自然对象交互。
- 细节级别 （LOD） 技术：根据模型与查看者的距离改变模型的复杂性。
- 粒子系统：用于小规模的视觉效果，如火焰、烟雾和爆炸。
- 后期处理效果：在主渲染后应用的视觉增强，例如泛光（发光效果）、运动模糊和景深（模糊背景）。
