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一年前，Sebastian Aaltonen 加入 HypeHype，肩负着从头开始重建移动渲染架构的使命。新渲染架构的目标是达到最先进的性能、功耗效率并提高图形程序员的生产力。新渲染器是专为 Vulkan、Metal 和 WebGPU 设计的。该演示讨论了图形 API 抽象、面向性能的架构设计和各种优化。

并行二叉树是一种最新的 GPU 友好数据结构，适用于生成基于二分法的地形镶嵌，即方形域上的自适应三角形。在这次演讲中，我们介绍了简单的映射和算法，将这种自适应三角形带到 Catmull-Clark 细分表面。我们所得到的实现是直接的，并允许我们在现代 GPU 上以几毫秒的时间渲染密集的三角形细分表面。我们展示了用我们的方法在 Unity 游戏引擎中实时渲染的生产场景。

Lumen 是虚幻引擎 5 的完全动态全局照明和反射系统，可以从下一代控制台游戏扩展到高端 PC 。本讲座将深入探讨 Lumen 是如何工作的，从 SDF 的软件光线追踪，到虚拟化的表面缓存、硬件光线追踪、最终 gathering 和反射。我们还将展示 Lumen 是如何解决《The Matrix Awakens》中大规模程序化城市的间接照明问题的，包括仅有自发光的夜间模式。

在本讲座中，我们将根据 "The Matrix Awakens: An Unreal Engine 5 Experience" 的开发，描述在虚幻引擎 5 中用于支持大型开放世界的光线追踪的一些技术。我们将重点介绍我们如何建立一个包含超过 150 万个实例的世界的光线追踪场景表示，并涵盖诸如内联光线追踪和光线遍历优化等主题。

在过去的几年里，游戏中的实时体积云的应用越来越广泛。许多新的应用程序使用基于或类似于我们的方法，即 Nubis 的系统，该系统在 2015 年的 Advances in Real-Time Rendering 课程中被介绍。Nubis 可以在不同的光照条件下产生各种云的类型，用于动态体积天空盒，可以在 PlayStation 4 上为游戏《Horizon Zero Dawn》在两毫秒内完成渲染。随着新的 PlayStation 5 硬件和续集《Horizon Forbidden West》的到来，我们能够将 Nubis 进一步推向游戏体验中。除了改进我们在天空中使用的体积云景观的渲染方法外，我们开始使用体积云来创造环境，如玩家可以飞过的云层。此外，我们开始使用它们作为视觉特效元素，如带有内部照明闪光的快速旋转的超级风暴。为了在这些方向上扩展 Nubis，必须缓解或解决实时体积云渲染中的几个公开问题。近距离渲染云环境，尤其是在云中飞行，很容易变得计算昂贵。我们将介绍一种新的云计算建模和渲染方法，在 1080p 的分辨率下提供高性能和高细节的结果，而无需使用时间上的缩放。VisualFX 通常是速度和光照效果的代名词–这两点在预算内的时间放大的云不容易做到。我们将介绍一种缓解快速移动的云的时域 artifacts 的方法，以及一种近乎零成本的为云添加内部照明效果的方法。最后，我们将解释这三种方法是如何整合并统一到新的 Nubis 云系统中的。作为奖励，我们将对一些未来的工作进行展望。

Enemies 是 Unity 演示团队制作的最新实时短片。本讲座将介绍一些关键的引擎改进，这些改进是在制作过程中得到的，并用于帮助实现这部实时电影。我们将讨论在构建基于自适应探针的系统时所作的选择，该系统为影片中详细的环境和角色的间接漫射照明提供动力。此外，我们将介绍可扩展的基于发丝的系统，该系统负责驱动数字人身上数以万计的单个发丝。最后，我们将分享我们在基于物理的头发着色方面的进展，其中在多重散射和区域光支持方面做了改进。

高保真逼真的渲染效果在电影渲染中是很常见的。同时，虽然我们在游戏和其他三维实时应用的实时渲染中看到了这个领域的许多进展；但大多数实时渲染仍然使用基于光栅化的方法来提供丰富的视觉体验。然而，最近计算硬件的进步使得实时光线追踪在游戏和其他实时图形应用中的应用越来越多，包括混合光栅化渲染管线。

在本讲座中，我们介绍了第一个高质量的基于集群的实时路径追踪渲染器的架构和实现的设计选择，该渲染器支持动态数字人角色，具有基于曲线的头发和皮肤的各向异性次表面散射的路径追踪。我们使用开源的 Blender 及其 GPU 加速的高质量渲染器 Cycles 来建立我们的集群路径追踪系统。我们系统的渲染性能和质量与使用的 RTX GPU 和集群节点的数量成线性关系。它能以每秒 15-30 帧的速度为各种 Blender 场景（包括虚拟物体和数字人动画角色）生成并向远程轻量级客户系统提供带有全局照明效果的路径追踪图像。除了路径分布的设计选择和在许多 GPU 上对动态几何和 BVH 更新的有效支持，我们还将讨论为虚拟现实和其他实时图形应用设计和实施远程云渲染系统的务实考虑。

在本讲座中，我们将介绍一些用于《Horizon Forbidden West》中的渲染水的技术，重点是 breaking waves。 我们将介绍如何将 Houdini 模拟处理成局部的水面变形，如何将局部的变形组合成波浪，以及我们为艺术家建立的控制其形状和动画的工具。 此外，我们还将谈一谈对品质贡献最大的几个功能。

该讲座由两部分组成，用图表、图像和性能数据来进行说明。第一部分深入探讨了 AMD 的 FSR1 缩放算法的细节和内部工作原理。重点是讲授其设计中使用的优化原则，并给观众留下一些关于图像处理的创造性想法。第二部分涉及与现代基于物理的延迟和前向渲染管线的整合。

在这次演讲中，我们将分享我们使用并发二叉树进行大规模地形渲染的新技术的结果。首先，我们将回顾并发二叉树的基础，并展示其在计算大规模地形几何形状的自适应镶嵌方面的好处。接下来，演讲者将分享 2020 年原始论文的结果，然后深入探讨将原始技术整合到 Unity 游戏引擎的最新努力。演讲者将分享在原始实现基础上发现的进一步优化，并展示早期的整合结果。

Nanite，虚幻引擎 5 的新的虚拟几何系统，能够以实时帧率渲染万亿级的三角形场景。本讲座将深入探讨 Nanite 是如何工作的，从网格导入一直到最终渲染的像素。我们将解释基于网格的数据结构是如何建立、流化、解压、剔除、光栅化，以及最后的着色。

在这次演讲中，我们将介绍动视的大规模全局照明系统背后的关键技术。我们提出了一种新的预计算光照压缩技术，可以直接从压缩的光照数据中实现高性能和无缝重建。此外，我们还将讨论基于可见度的预计算体积照明的采样，并描述一种计算受限的球面谐波表示的实用方法。

在本讲座中，我们介绍了《Ghost of Tsushima》(对马岛之鬼)制作中使用的一些图形技术。《对马岛之鬼》以 13 世纪的日本为背景，通过戏剧性的照明、风、云、雾和霾向经典的武士电影致敬，并以蒙古人第一次入侵时的对马岛为背景，展示了一个美丽的开放世界版本。在本讲座中，我们将介绍游戏中使用的漫反射和镜面间接照明技术，包括从天空能见度数据中计算 SH 辐照度探针的方法，包括合理的天空和太阳/月亮的反弹光。接下来，我们将介绍我们的大气照明和渲染技术，包括我们如何用多重散射来照亮我们的雾霾、云层和粒子。我们展示了如何通过使用自定义颜色空间进行大气照明计算，来提高瑞利散射的精度，使之接近光谱渲染的精度。最后，我们讨论了一些色调映射技术，我们用这些技术在游戏中重现了武士电影的体验。

本讲座将介绍一个高效和高质量的 Final Gather，用于使用光线追踪的全动态 GI，目标平台是下一代游戏机，并在虚幻引擎 5 中实现。 硬件光线追踪为实时图形提供了一个新的强大的工具，但是目前的硬件对于间接性的漫反射来说，每像素只能有一条光线，而全局照明对于高质量的室内照明需要数百个有效的样本。 现有的依靠 Irradiance Fields 的方法不能提高质量，而依靠屏幕空间去噪的方法在高分辨率下有高昂的成本。 本讲座将介绍辐射度缓存的实际应用，以及减少噪音和泄漏的有效技术。

基于 Surfels 的全局照明（GIBS）是一个实时计算间接漫射照明的解决方案。该解决方案将硬件光线追踪与场景几何的离散化结合起来，在时间和空间上缓存和分摊照明计算。它不需要预先计算，不需要特殊的网格，也不需要特殊的 UV 集，将艺术家从传统解决方案所要求的繁琐和耗时的过程中解放出来。GIBS 在运行时实现了新的可能性，允许在动态环境和用户创建的内容中实现高保真的照明，同时适应任意规模的内容。该算法是整个 EA 的开发人员和团队可用的工具套件的一部分，是 Frostbite 引擎的一部分。

本讲座将详细介绍 GIBS 算法，以及如何使用 surfels 来实现实时光线追踪的全局照明。我们将描述场景是如何在运行中被离散成 surfels 的，以及为什么我们认为这种离散化很适合于缓存照明操作。该讲座将描述用于实现高效访问 surfel 数据的加速结构，以及该结构如何使我们能够覆盖任意大小的环境，同时保持可预测的性能和内存占用。我们将详细介绍该算法如何处理动态物体、蒙皮动画的人物以及透明物体。我们已经开发了几种技术来有效地整合表面的辐照度。我们将描述我们对光线引导、光线分选、空间过滤器的使用，以及我们如何处理有大量灯光的场景。

本讲座介绍了《使命召唤：现代战争》（2020）中使用的一种新型渲染管线。它实现了高度可定制的基于软件的可变速率着色–一种以与图像频率相匹配的分辨率来渲染部分渲染目标的方法。相对于基于硬件的解决方案仅限于支持 VRS 特性的设备，基于软件的实现使其有可能在广泛的消费硬件上实现更高的质量和性能。

讲座将介绍设计过程，由此产生的实现，以及对管线的每个阶段的深入检查。这将包括预传递渲染、可变速率估计器、computer shader kernels 采用的新颖和独特的像素打包方案，以及我们的 Forward+ 渲染器中的最终帧渲染。我们还将讨论在其他渲染器类型和作业类型中的潜在实现，以及前瞻性的扩展，以更好地满足许多不同的使用情况，包括质量和性能。

目标读者是有经验的渲染工程师。

在保持 60FPS 的情况下实现多样化的环境是 idTech 7 的一个关键设计目标。本讲座将介绍有助于使《Doom:Eternal》(毁灭战士：永恒) 的世界更丰富、更有活力的渲染系统，如几何体缓存、我们更新后的血肉系统、decaling、材质合成和水的渲染。演讲者还将探讨在所有平台上实现目标帧率的优化措施和工作流程的改进。

随着最近硬件的进步，在 GPU 上追踪光线现在比以往任何时候都更容易，游戏引擎已经利用了这一点，将光线追踪的效果，如反射、软阴影、环境遮蔽或全局照明，整合到他们的实时管线中，尽可能地取代他们在屏幕空间的、更近似的对应效果。大多数的这些效果，都是依靠二维蒙特卡洛积分。

接下来，我们可以设想进入更高的维度，增加更多的间接反弹，或更多的分布式效果（DOF，运动模糊），更接近于完整的路径追踪。这将需要自适应的采样方案，保证最佳地利用通常有限的实时/交互预算。这个领域在离线渲染中已经得到了很好的覆盖，本演讲将介绍一些概念和教训（同时帮助避免特定的陷阱），我们也可以从实时中受益。

2017 年 Siggraph 分享过相关内容： Precomputed lighting in Call of Duty: Infinite Warfare
本讲座涵盖了《使命召唤：现代战争》中使用的预计算照明管线的扩展和改进。我们简要地讨论了对烘焙和运行时间的一些改进，以提高结果的质量和一致性。我们描述了我们如何利用非负函数投影的属性来更有效地编码球面谐波，照明静态模型自我们 2017 年的演讲以来是如何发展的，以及一种从线性 SH 中 "幻化 "出更高频率的重建技术。我们还描述了实施细节，使我们能够在灯光闪烁或灯光被抛出以及门打开和关闭时，有效地更新我们的预计算的照明表示。

本讲座介绍了顽皮狗公司的 TA 为《The Last of Us 2》(最后的我们 2)创造的少数着色功能。本讲座中的一些方法和技术是新颖的，一些是常见概念的迭代，所有这些都应用于《The Last of Us 2》的特定制作需要。

所介绍的功能包括眼睛渲染的增强、表面湿润度功能、基于立方体地图的室内假玻璃系统、我们的可变形雪技术，以及整个游戏开发过程中的其他例子。我们还介绍了我们的 Uber-Shader 的高级外观，以及一个新的渲染元素的引入:高度图。 这些都是以一种可以轻松理解并应用于任何游戏引擎的方式呈现的，而且大多数都带有代码片段。

更广泛地说，这些例子被包裹在一个 "如何成为一个好的技术艺术家" 的主题中。我们讨论了与程序员建立健康的关系，什么时候 hack 什么时候用正确的方法，如何与现实世界的现象相匹配，以及为代码和数学质量设定高标准。

最近在实时渲染方面的两个进展是用于漫反射和镜面照明的多散射 BRDFs，以及区域照明。这些有望为我们的游戏带来更多的真实感，并解决我们一直面临的艺术问题。然而，在游戏制作中实施研究从来都不是简单的或容易的。本讲座将介绍最初的实施和面临的挑战，特别是将区域光和多散射 BRDF 结合起来研究。将会提出一些解决方案，以及一些剩余的未决问题。

最近，硬件和实时光线追踪功能–API 的进步为新的图形功能创造了条件，使最终帧的质量得到了极大的改善。本讲座将重点讨论在将实时光线追踪功能（与现有的图形 API）集成到生产游戏引擎时需要考虑什么。会议还将深入探讨实时光线追踪功能的实施细节，并提供开发过程中的经验教训。然后，作者将概述几种在现代渲染管道中利用实时光线追踪的算法，如反射和随机区域光影。讲座最后将深入介绍在消费级硬件上达到快速性能所需的重要优化。

在这次演讲中，我们将介绍我们在实时头发渲染方面的研究成果。我们将介绍我们所使用的渲染技术的组合，以使其更接近电影的质量。我们还将介绍我们所使用的头发着色模型的细节，以及我们如何在测试中修改它以更好地匹配参考渲染结果。

MeshShading 是我们至少十年来最大的图形管线创新。我们已经替换了几何管线，将图形调度的效率与计算合作执行的灵活性相结合，为应用程序提供强大的、改进的几何处理。有了这种处理模式，开发者可以对线程组进行编程，线程在其中合作工作，同步和共享数据。这种合作能力和灵活性与 fixed-role 着色器阶段的单个线程编程形成对比。Mesh Shading 还提供了类似 tessellation 的放大功能、工作生成和调度功能。在本讲座中，我们将回顾改进管线模型的动机，以及应用程序如何实现更大的几何处理效率，解锁新的应用场景。

最新的《战神》有一个强大的、互动的风和植被系统，以支持玩家控制一个强大角色的感觉。在本讲座中，索尼圣莫尼卡工作室将分享他们是如何开发其功能的：动态和空间变化的 3D 风的模拟，互动的无骨骼树和叶子的摇摆，地面植被角色与二次运动的交互，以及用于 LOD 和阴影代理的卡片集群（广告牌云）。

为了支持这项技术，本讲座将涵盖各种开发技术，如快速、准确、使用 mip 链的纹理 flood-filling（用于 uv 接缝和 matting 问题），支持空间流速变化的程序化和稀疏的 3D 流，以及缩放时不会移动的分形噪声。

Sean Feeley(高级 TA) 将深入探讨创建这些系统的过程，以及它们如何在引擎盖下运行。他将检查并分享团队的风控内容创作工作流程，该流程的设计是为了最大限度地减少跨部门的影响。最后，他将回顾失败的功能和方法，并描述未来迭代的潜在步骤。

2017 年 Siggraph 分享过 Crest Crest: Novel Ocean Rendering Techniques in an Open Source Framework

Crest 海洋系统是 Unity3D 的一个海洋解决方案，于 2017 年作为一个开源研发项目开始。该系统的核心是一个多分辨率的数据结构，用于生成海洋的各种数据，如波浪位移、泡沫模拟、模拟动态波浪、平流等。多分辨率表示法利用了与视线有关的 LOD，在表面细节和有效视线范围之间保持了最佳平衡。
在这个演讲中，我们将描述我们的解决方案，并将我们的方法与目前的技术状况进行比较。然后，我们将介绍多分辨率渲染所提供的一些非显而易见和令人惊讶的机会。其中包括对 Gerstner Wave 的有效采样和细分，对具有色散和产生位移的动态波的有效模拟，在广泛的波长范围内工作的光散射启发式方法，以及对流动技术的扩展，在多尺度的特征下工作良好。最后，我们讨论了网格划分和着色的各个方面，这些方面也受到我们核心数据结构的影响。

该演讲将涵盖 Rockstar 的《Red Dead Redemption 2》游戏中的天空渲染技术，包括云/雾渲染、体积效应以及由此产生的代表天空间接照明的环境照明模型。这套技术共同代表了团队如何在《Red Dead Redemption 2》的开放世界中创造出自然氛围的感觉。这些技术的构思和设计既服从于光的物理特性和传输规律，但重要的是，也提供了强大的可指导性手段，使艺术家们能够精心打造我们的自然环境，创造出强烈的氛围感，始终支持和加强游戏的故事、任务和氛围。

具体来说，作者计划描述一个针对散射和透射的体素化和 raymarching 解决方案，用于主视口、反射和天空辐照度 probe 网格。演讲的重点将放在协同工作以创造自然照明感的技术层次上。讲座将涵盖用于使这些技术协同工作的方法，包括系统之间如何共享数据以达成统一的光散射解决方案。最后，演讲者将提供一个方程和算法的概述，描述艺术家如何设置和使用他们的系统，解释他们在开发这个系统时的发现和遇到的问题，以及涵盖一些所需的优化，使所述系统在当前一代游戏机中可用的受限硬件上顺利运行。

具有动态时间周期的开放世界给图形开发带来了巨大的挑战。我们的渲染功能中的弱点和边缘案例的藏身之处较少，因为必须小心翼翼地确保功能在所有情况下都能工作。本讲座讨论了在《Far Cry 5》中开发水系统、基于物理的时间周期所面临的一些挑战，最后还介绍了一些改善艺术家生活的小技术。

本次会议将介绍对《使命召唤：二战》着色器进行的一些改进，用于照明不透明表面。作者扩展了 Diffuse BRDF 来模拟具有多重散射的 Lambertian microfacets。他们推导出一种简单的方法，通过直接将光泽度与分布的平均法线长度相关联，绕过中间的表示方法，如方差，来 mipmap 法线图和光泽图。然后为每个有法线图的表面自动生成 cavity maps（空腔图），演讲中还将展示作者如何处理这些纹理所代表的空腔中的遮挡和间接照明。演讲者将展示环境 split 积分的预计算如何能够很容易地被重用在节能的漫反射中。最后，他们将展示有理函数如何成为一个有用的工具来近似许多无法分析或有效表示的函数。

物理相机的镜头有一个景深现象，这在电影拍摄中非常重要，可以将焦点集中在画面中的目标。实时景深的挑战是如何在保持快速的同时输出最高的虚化质量。本讲座将从现有的最先进的景深算法开始，逐步实现景深算法，并一个接一个地修复 artifacts，最终汇聚到虚幻引擎 4.20 中发布的最终实现。为了实现其对立的目标，包括在多种硬件上的可扩展性、高质量和高性能，这个自成一体的算法对下面几点进行融合：

• 散射即聚集方法的快速性能，同时有效地解决了物理上合理的几何遮挡，对背景有多种模糊半径，对前景有孔洞填充。
  
• 高光部分的散射 sprites 的质量，并处理好合理组合它们的所有复杂性。
  
• 亚像素精度的轻微失焦细节，以及在虚幻引擎 4 中与一个老式 TAA 算法运行的挑战。
  

在设计渲染引擎架构时，人们经常必须选择是实现正向渲染器还是延迟渲染器，因为每一种选择都会对材质和光照管线提出一些重要的设计决定。每一种方法（Forward、Forward+或 Deferred）都有一些优势和不足，在以前的会议上，来自游戏引擎的演讲中广泛涉及。每种渲染架构所提供的功能差异很大，而且往往以内容为中心。

在为 Unity 引擎设计高清渲染管道（HDRP）时，作者希望根据不同的应用环境（主机游戏、VR 应用等）的需要，充分利用每种渲染方法的优势。因此，HDRP 架构的一个重要设计制约因素是在延迟渲染和正向渲染路径之间建立一个统一的功能集。

本报告将解释团队如何以功能对等的设计约束为主要支柱，为 HDRP 设计照明、材料和渲染架构。它将涵盖灵活的 G-buffer 布局架构的细节，解释所采取的设计选择背后的逻辑，以及在现代 Console 硬件上高效执行的必要优化。此外，作者将介绍在基于物理的渲染领域的先进发展，材料的进步，重点是用于渲染管线的新型 BRDF 模型。讲座还将提供一个框架，用于正确地将法线与复杂的材料混合，以便在运行时进行求解。最后，将介绍基于物理的体积照明方法的架构和技术细节，以及为实现快速性能而进行的必要优化。

Jimenez 等人提出的屏幕空间次表面散射以及为其开发的大量参数化选项，如高斯 lobe、双高斯 lobe、SVD 等，在渲染有机材料和人物方面取得了令人印象深刻的结果。然而，这些方法主要关注的是多散射贡献，而不是单散射贡献（除了通过对原始漫射纹理的额外权重进行简单的近似）。之前介绍的这些技术依靠可分离的高斯滤波器在现代 GPU 上实现快速性能。

在本讲座中，作者在最近引入的 Burley 归一化扩散方法的基础上，将这种为离线渲染管道开发的技术与一种新颖的屏幕空间次表面散射方法结合起来，实现了实时性。该方法同时考虑了多散射和单散射的外观模型。它的参数化模型很简单，是根据现实世界的测量值得出的。作者将把这种方法的质量与更常用的屏幕空间次表面散射技术进行比较，并解释为实时有效地求解其不可分离的 kernal 所需的必要优化。这种方法在生产中使用，并在 console 硬件上具有很高的性能，如 Playstation 4 和 Xbox One 的 1080p 分辨率。

光线追踪终于来到了实时图形管线，与光栅化、着色和计算紧密结合。 追踪光线的能力为最终能够在实时图形中准确模拟全局光散射提供了希望。 就像近年来基于物理的材料彻底改变了实时图形一样，基于物理的全局照明也有机会对图像质量以及开发者和艺术家的生产力产生类似的影响。

然而，要达到这个目标并不容易：目前，在每个像素点上只能追踪少量的光线，这需要图形程序员的高度谨慎和创造性。 从十年前广泛采用光线追踪的离线渲染中，我们可以学到一些经验。 作者将讨论离线管道的技术经验，并强调在该领域已经开发的各种关键创新，值得采用实时光线追踪的开发者了解。

随着实时着色技术的最新进展，我们现在可以用复杂的区域光源对基于物理的材料进行照明。然而，一个关键的挑战仍然存在：准确的区域光影。DXR 的出现为我们打开了通过光线追踪解决这个问题的大门，但是正确的求解方法并不明显，而且还有几个潜在的陷阱。例如，最流行的策略包括追踪光线到随机分布在光源上的点，并对可见度进行平均，但我们将表明这是不正确的，会产生视觉伪影。相反，我们提出了一个软阴影的定义，使我们能够计算出正确的结果，同时提出了一个有效的实现，与现有的解析的区域照明解决方案一起使用。

注意：本讲座是对论文《Combining Analytic Direct Illumination and Stochastic Shadows》（在 I3D 上发表）的扩展，其中包括额外的实践细节。

在 2015 年的 AdvancedRealtimeRendering 课程中（The Real-time Volumetric Cloudscapes of Horizon: Zero Dawn），我们提出了一个实时体积云景观的原型解决方案，它在不同的光照条件下产生了各种云的类型，并在 PlayStation 4 上以不到 2 毫秒的时间进行渲染。然而，许多实际的挑战仍然阻碍着它成为一个成功的生产工具，用于我们的游戏《地平线》中。零点黎明：在区域范围内制作云层景观、动画和过渡、整合到我们的大气系统、进一步优化以支付这些新功能，以及为我们的游戏引擎 Decima 创建一个语言和长期计划。Nubis 是我们对这些挑战的解决方案。本讲座将解释 Nubis 系统的工作方式和原因，并强调一些超越我们在 2015 年提出的原型的进展，包括对照明模型的改变。此外，我们将更深入地探讨几个在开发界引起兴趣的主题，Perlin-Worley 噪声生成和我们的天气模拟。最后，我们将对 Nubis 的下一步发展方向进行快速展望。

我们介绍了 Crest，一个在 Unity3D 中实现的开源海洋渲染器，它展示了网格生成、形状表示和表面着色方面的一些新技术。

为了生成几何体，我们用连续的 LOD 来扩展 clipmapping，并且用一个带状的边缘几何体来延伸到地平线。表面是由不重叠的 tiles 组成的，支持 frustum 剔除。为了保持屏幕空间的网格密度，我们展示了如何在摄像机改变高度时水平缩放网格，而不出现明显的爆裂。我们还实现了一个简单的启发式方法，将细节中心放置在观察者面前，这对所有的观察位置和方向都是稳健的。

我们在 GPU 上将海洋形状渲染成位移纹理，对其进行排列与几何体 LOD 的密度和位置相匹配。如果每个形状纹理的波长太短，我们会限制添加 Gerstner 波段的数量，以避免 aliasing 和不必要的工作。我们还使用乒乓 RenderTarget 来模拟波浪方程，以增加一个动态的运动层。

对于着色，我们展示了法线图 UV 可以随着几何 LOD rings 的缩放来实现靠近观众的细节，以及防止在中远距离上细节不足的玻璃般平坦的外观，并消除了可见的重复。对于泡沫，我们在形状纹理旁边添加额外的 RenderTarrgets，并使用 feedback 渲染 pass 来模拟耗散。最后，我们将展示应用深度剥离的结果，以实现通过多个表面的 non-trivial 的光传输路径。

间接照明是创造可信的游戏世界外观的一个重要因素。许多常用于渲染间接光照的解决方案存在许多问题。它们要么在内存和运行时性能方面都很昂贵，使得它们不适合在 60Hz 的游戏中使用，要么提供的质量不够。

我们对《使命召唤：无限战争》中使用的系统进行了完整的描述，从最初的动机和假设，到描述我们的烘焙 Pipeline 和运行时组件。我们将展示照明信号的各个组成部分是如何被解耦的–这既可以加快预计算的时间，也可以在运行时获得更高质量的结果，同时避免了大部分的内存成本。

我们将描述负责为动态实体提供间接照明的光网系统，谈论我们在自动生成间接照明探针方面的经验，并分享一些有趣的解决方案，以处理在使用预计算照明时出现的常见问题–即用于确定样本有效性的启发式方法，用于处理球面谐波信号的去除 ringing 的各种方法，等等。

本讲座涵盖了《使命召唤：无限战争》开发过程中创造的时空超采样技术。
首先，我们介绍一种新的时间超采样技术，将动态分辨率升级为动态抗锯齿。与其让分辨率在负载下发生变化，不如降低抗锯齿质量，无论引擎负载如何，都能产生全分辨率输出帧。

第二，我们讨论了一个在时域和空间域工作的差分 blend operator。它能够重建额外的子像素信息或上升采样到更高的分辨率。

第三，我们提出了一种新的重采样技术，该技术可以通过单一的样本达到 bicubic 方式的质量。

最后，我们讨论了旨在补偿性能峰值的额外引擎功能–包括一个着色器和模型的 LOD 系统，该系统允许在 Forward+渲染器中进行线性性能扩展。

《命运》的世界充满了 "空间魔法"，所以我们对我们的特效期望很高。我们的粒子需要传达各种各样的视觉体验，支持亚秒级迭代，并实现高性能。本演讲将讨论我们如何在《命运 2》中解决这些问题。我们将看到，《命运》中的粒子系统是由节点图表示的，其中每个节点都包含参数–如粒子大小和颜色–由表达式表示。我们将讨论让这些表达式支持亚秒级迭代和高性能的技术，包括我们的表达式到 HLSL 转换器和我们的字节码解释器，它可以在 CPU 和 GPU 上执行。我们将提供一个代码架构的概述，包括我们为支持 GPU 粒子所做的相对简单的改变。我们还将展示我们的一个功能，即运动基元(primitives)，作为这种架构的演示。这些是形状基元–如球体、点和平面–用于影响粒子的运动。

Decima 引擎最初是为《杀戮地带》系列开发的，现在正在为《Horizon: Zero Dawn》以及《死亡搁浅》（小岛制作公司）提供动力。在这个讲座中，我们将介绍我们为这些作品开发的一些渲染技术。主题包括通过弯曲单个点光的光矢量来近似球形区域光的改进方法，使用高度雾的实际现实大气散射，我们为 1080p 的 2 帧时间抗锯齿解决方案，以及最后我们在 PS4 Pro 上使用的优化的 2160p 棋盘式渲染和 "七巧板 "解决策略。

本讲座将介绍一种在屏幕空间产生实时动态反射的技术。该技术虽然只能处理尖锐的平面反射，但在目前的消费级硬件上具有较低的运行时间成本。反射是通过一个简单的算法从渲染的场景颜色缓冲区中获得的，该算法在艺术家定义的场景反射区域近似形状上运行。有了额外的深度缓冲区和反射区域的近似，这种方法可以快速生成具有高视觉质量的动态屏幕空间反射。

本讲座介绍了《使命召唤：无限战争》中使用的两种新型渲染算法。第一种是 Z-binning，与经典的 tiled 和 clustered 技术相比，它极大地提高了体积实体对几何体的剔除质量和性能。第二项是保守代理剔除，利用定制的保守栅格化方法进一步提高剔除的质量，大大改善了有复杂遮挡的场景。

讲座将介绍设计过程，所产生的管线，以及在基于 AMD GCN 的 GPU 上对两种算法的深入实现。目标听众是有经验的渲染工程师，他们之前对 tiled 或 clustered 渲染技术有一定的了解，并对 GCN 内在有基本的认识。

我们提出了一个替代传统 lightmaps 的间接漫反射照明的解决方案。主要目标是减少光照烘培时间，并允许光照适用于移动的物体和效果，其质量与环境相同。我们的解决方案是使用精心放置的 irradiance volumes，这些 irradiance volumes 是用一种独特的基于图像的取样方法烘培出来的，该方法利用了多个输入图像。我们还讨论了这一想法的演变，以及我们在这一过程中遇到的许多注意事项和死胡同。

Uncharted 4 有广泛的关卡环境、地点和材质组合。由于当前一代游戏机的架构，Forward+解决方案变得难以实现。本演讲将谈论为了支持各种材料而使用的方法，同时仍有一个几乎完全延迟的管线。本演讲还将讨论《Unchared 4》的立方图镜面遮蔽技术，该技术是基于相交锥体的立体角。还将讨论《Uncharted 4》延迟照明系统的优点和缺点，以及未来的计划。

实时区域照明一直是游戏中的一个长期探索，探索了许多途径（和死胡同！），但最近的研究提供了一条解决这个问题的新途径。尽管如此，作为开发者，我们都从（有时是痛苦的）经验中知道，研究的突破通常不是道路的终点，而是起点。考虑到这一点，本讲座的大部分内容将逐步介绍 "使用线性变换余弦的实时多边形光影 "的参考实现，并对其进行调整，以便在生产中使用。本讲座将涵盖数值问题、质量改进和性能优化，在目前的控制台硬件上提供显著的增益。

在顽皮狗的《Uncharted 4》系列游戏中，水一直是一个关键元素。在游戏中，水是由一个独立的引擎处理的，它可以处理各种类型的水体：从小池塘到暴风雨的海洋。在本讲座中，我们描述了水引擎的最新发展，以及在《Unchared 4》中产生汹涌的河流急流的一些解决方案。

我们将描述我们如何推进模拟海洋的技术，并创建一个新的综合系统来处理河流。对于河流，我们使用离线流体模拟来告知我们河流的整体外观，以及产生水面和流量的数据。新系统将水的运动解构为几何和视觉元素。几何方面是由独立的程序组件合成的，每个程序组件的计算和动画成本都很低，而且很容易被 TA 控制。

近年来，时间抗锯齿（TAA）的变种已经成为快速后处理抗锯齿的首选技术，近似于超采样的 AA 在多帧中摊销。虽然 TAA 通常比以前的后处理 AA 算法大大提高了质量，但在复杂的亚像素几何或亚像素镜面高光的情况下，该方法也可能遭受固有的 artifacts，即鬼影和闪烁。在这次演讲中，我们将分享我们在虚幻引擎 4 中实施 Aggregate G-Buffer 抗锯齿（AGAA）的经验。AGAA 接近于从 4 倍或 8 倍的超采样 G-Buffer 中延迟照明，同时保持每个像素的低着色率（每个像素最多两次照明求解）。这种解耦是通过对 G-Buffer 样本进行 Clustering 并将其几何和阴影属性预先过滤到像素空间的 aggregates 中来实现的。我们将首先回顾法线图和表面曲率预过滤的一般好处，并详细介绍我们如何在 UE4 的延迟渲染器中实现它们。然后我们将介绍 AGAA 技术及其在游戏引擎中的先决条件。我们将描述我们为实现 AGAA 而对引擎所做的改变（clustering、及时的 aggregation 和解算），与半透明和 HDR 光照的交互，以及最后如何将时间重投影与 AGAA 一起使用以进一步提高图像质量。

对支持广受好评的《毁灭战士》的最新渲染器技术进行幕后考察。讲座将涵盖如何设计技术以平衡良好的视觉质量和性能比。将涵盖许多主题，其中包括照明解决方案的细节、解耦频率消耗的技术和 GCN 的具体方法。

随着 GPU 变得更加强大，视频游戏图形的许多方面正在接近预渲染的 CG 质量。然而，仍有一些领域会立即暴露出其实时性。图像的清晰度就是其中之一。抗锯齿技术用于在游戏中创造更干净的图像已经有十多年了，并且在解决某些类型的锯齿方面已经变得相当有效，如阶梯状边缘。不幸的是，最近在游戏开发者中采用的基于物理的渲染技术使一种未解决的 aliasing 问题变得更加糟糕，即着色器 aliasing。最近开发了几种方法来解决这个问题，其中，时空抗锯齿在技术演示中显示了近乎完美的效果，甚至在一些游戏中得到了应用，尽管成功的程度不同。Uncharted 4 是第一批完全采用时空抗锯齿的游戏之一，在这次演讲中，我们将介绍它的基本算法、实现细节、在一个有大量不同种类环境的全面 AAA 游戏中使用时遇到的问题及其解决方案，以及它对其他图形功能的一些额外好处。

本讲座将介绍 Filmic SMAA，这是一种用于我们一些游戏产品的 morphological/temporal 抗锯齿解决方案。它的设计是为了满足严格的性能要求（0.9-1.05ms @1080p），同时提供清晰、稳定和强大的表现。为了实现这些目标，我们提出了新的 morphological 和 temporal 抗锯齿的想法，并对一些已有的想法进行了扩展，以获得更高质量的结果和适应更快的运行时间。Filmic SMAA 的核心原则与 SMAA 首次推出时的定义相同：不惜一切代价保持图像的清晰度。

由于硬件的限制，创建复杂的、基于体积的材质，如头发和布料，对于实时渲染来说一直是困难的。在本讲座中，我们将介绍我们在建立着色管线的早期阶段所采用的不同方法的例子。我们学习了一些在动画电影中用于角色着色的关键元素，并试图在游戏中实现类似的逼真外观。

• 预先计算不透明和半透明材料的自阴影信息
  
• 具有不同颜色范围的散射材质
  
• 高分辨率的表面细节
  

我们还将介绍我们在《Unchared 4》的制作过程中吸取的教训，我们如何选择重构和缩减已经实现的某些阴影元素，以提高 GPU 的效率，同时保持相当的渲染质量。

本讲座介绍了由顽皮狗的技术艺术家们创造的一些渲染和着色器功能。 其中有些功能是新的，有些是普通概念的演变，但都是实现《Uncharted 4》的外观和 scope 的关键。讨论的渲染功能包括 HDR Color LUTs、Mip Fog、BRDF Micro Shadowing、Moss Shading、Wetness Shading 和 Glass Shading。 我们还介绍了程序化顶点着色器处理的各种应用。基于全局支点的风系统、角色互动、粒子驱动的互动、头发动画、头发重力、Cloth 动画、Morph Target Wind、StepMorph、Skinned Morph Targets、Pivot Billboard、关键帧着色器动画和环境着色器动画。

为实时应用渲染令人信服的参与媒体，例如游戏，一直是一个困难的问题。粒子通常被用来作为局部效果的快速近似，如汽车后面的灰尘或爆炸。此外，大规模的参与媒体，如深度雾，通常是通过简单的后处理技术实现的。要让所有这些元素根据场景中的灯光有效地相互作用是很困难的。

作者提出了一种使用基于物理的参数来统一这些不同的体积表示的方法：一个 cascaded volume 表示消光(extinction)，将粒子投射到消光体积（extinction volume）中的体素化方法，一个简单的体积阴影图，可用于根据场景中的每个体积元素，从任何灯光中投射阴影，最后是一个渲染最终 participating media 的解决方案。

所介绍的这套技术和优化形成了基于物理的体积渲染框架，将在未来用于所有由寒霜支持的游戏。

在这次演讲中，我们将介绍一种用于渲染屏幕空间反射的新算法。我们的技术可以稳健地处理空间变化的材料属性，如粗糙度和法线。它忠实地再现了 microfacet BRDFs 拉长的镜面反射，并与其他基于物理的渲染技术无缝融合。为了实现这一目标，我们使用了蒙特卡洛积分和几种降低方差的方法。

通过过滤重要性取样，我们实现了物理上正确的、但又有噪声的结果。通过在局部邻域重用射线，我们获得了类似于每个像素追踪多条射线的结果，而成本却很低。同样的射线重用方案也使我们能够以较低的分辨率进行射线追踪，但却能获得全分辨率的细节。我们在图像的困难区域使用更多的射线，从而只在需要降噪的地方支付更高的成本。时间上的投影提供了进一步减少差异的方法，并近似于多个光线的反弹。为了在质量和性能之间取得良好的平衡，我们自适应地在像素之间分配光线，并在重要的地方使用精确的分层光线追踪。

该技术将被用于《Mirror's Edge》(镜之边缘)和其他多个寒霜游戏中。

游戏中的实时体积云通常以降低质量来换取快速性能。最成功的方法仅限于低空的蓬松和半透明的层状云。对于《Horizon:Zero Dawn》(地平线: 零的黎明)，Guerrilla 需要一个解决方案，能够使天空充满不断变化的真实效果，与高度详细的参考图像密切匹配，这些图像代表了高海拔的卷云和所有主要的低层云类型，包括厚厚的波状积云。这些云需要根据一天中的时间和其他特定云的照明效果正确地发光。此外，我们的目标是 GPU 性能达到 2ms。我们的解决方案是一个体积云着色器，它在不牺牲质量和绘制时间的情况下，合理地处理建模、动画和照明等方面。我们将特别强调我们对云的形状和形成的可指导性的解决方案，以及我们的照明模型和优化。

云层等体积效应为渲染过程增加了第三个维度，因为它们需要对每个像素的多个体积样本进行着色。在游戏等实时应用中，性能限制往往意味着样本很少，导致相机运动下的严重锯齿，这是很难解决的。在这项工作中，我们假设体积是欠采样的，并提出了一种方法，通过保持体积内的样本静止来消除明显的锯齿。我们还将这一基本技术扩展到自适应采样分布，其中采样分布为 1/z，以最大限度地提高靠近观众的质量，而不牺牲绘制距离。我们的成果包括一个广阔的云景，它在相机运动下具有时间上的一致性和稳定性，并附有完整的源代码。

我们最近为一个 AAA 级游戏机游戏做了一个雪地闪光效果。由于一些实际的考虑，我们实现了一个基于程序网格的 Sparkle，雪面与一个抖动的 3D 网格的 Sparkle 形状相交。虽然这对简单的场景和深度范围来说效果很好，但要使它强大并适合在生产中使用，需要进行彻底的分析和一些深入的思考。特别是 aliasing 是一个重要的问题，需要特别的处理，以确保内容频率在每个像素上都是合适的，而与深度无关。在这个讲座中，我们将说明 aliasing 的各种来源，并提出每种情况的解决方案。我们最终解决方案的思路具有普遍性的，可能适用于其他程序化着色器效果。我们工作的最终结果是一个带有抗锯齿的, 在整个深度范围内都稳定的 Sparkle。艺术家们可以轻松地将 Sparkle 的大小降低到 1 像素左右，而不必担心嘈杂的闪烁或其他锯齿问题。

本讲座将介绍在《Quantum Break》(量子破碎) 中采用的多尺度全局光照方法。首先，我们提出了一个高效的体素树结构，并演示了它在世界空间全局照明和使用局部可见性分析自动生成镜面探针方面的应用。其次，为了补充大尺度照明，我们提出了我们的屏幕空间照明解决方案，处理小尺度的环境遮挡、反射和间接照明。

作者将介绍为《The Order:1886》开发的 in-house 渲染技术的细节。讲座将涵盖开发游戏视觉风格不可或缺的各种核心技术，包括抗锯齿、电影式后期处理、阴影/遮挡、贴花和角色渲染。此外，作者还将深入介绍渲染团队所使用的方法，确保游戏的技术能够满足该游戏的艺术和性能要求。

Learning from Failure: a Survey of Promising, Unconventional and Mostly Abandoned Renderers for ‘Dreams PS4’, a Geometrically Dense, Painterly UGC Game’

在过去的四年里，MediaMolecule 一直在努力发展其 "创意游戏 "的品牌。Dreams 有一个独特的渲染引擎，几乎完全在 PS4 的计算单元上运行（没有三角形！）；它建立在通过操作转换 CSG 树描述的场景上，这些树被实时求解为高分辨率的有符号距离场，我们以此生成密集的多分辨率点云。在这次演讲中，我们将介绍我们探索新技术的过程，以及由此产生的有趣的失败。希望它们能给听众带来灵感，让他们追求不寻常的实时图像形成技术。我们将描绘一系列不同的算法，以尝试渲染 "梦想"，甚至随着它的外观和艺术方向的演变。讲座还将介绍我们最终确定的渲染器，其动机既是美学上的选择，也是技术上的选择，并讨论我们目前在照明、抗锯齿和优化方面仍在探索的一些选择。

本讲座将介绍利用有符号距离场计算动态场景中的 Occlusion 的方法，该方法针对的是当前一代游戏机。 在传统上由三角形光栅化主导的实时图形世界中，光线追踪带符号的距离场可以有效解决不连贯的锥体可见性查询。 这些查询是动态世界中天空遮蔽、中等范围环境遮蔽和大规模区域阴影的基础。

讲座的前半部分将介绍《刺客信条》的 GPU 驱动的渲染管道–由育碧蒙特利尔的多个团队共同开发–旨在有效渲染游戏的复杂场景，包含许多高度模块化的建筑和角色。

在简单的介绍之后，我们将描述该管道的核心，它支持每类材质实例 batching，而不是更传统的每类 Mesh 的 batching。然后，我们将展示如何将其与 mesh clustering 相结合，以获得更有效的 GPU 剔除，尽管绘图调用粒度更粗。我们还将讨论其他技术，如阴影遮挡剔除和预先计算的三角形背面剔除。

在讲座的后半部分，我们将介绍 RedLynx GPU 驱动的渲染管线：一个建立在最新硬件特性上的 "白板 "设计，如异步计算、indirect dispatch 和 multidraw。

我们从一开始的目标就是在没有 CPU 干预的情况下支持大量的场景，只使用少量的间接绘制调用。在实践中，这使我们能够在目前的 Console 硬件上以 60 FPS 的速度渲染数十万个具有独特网格、纹理和贴花的独立对象。我们将详细介绍我们如何实现这一目标，包括我们新颖的剔除系统，以及虚拟纹理，这是管道的一个组成部分。

最后，为了总结这次分享，我们将探讨我们的管道在未来如何发展，特别是在即将到来的 API（如 DirectX 12）方面。

本讲座将介绍 Sledgehammer 游戏公司的《使命召唤：高级战争》后期处理管线，该管道是为了配合游戏的逼真艺术方向而创建的，包含次表面散射、运动模糊、Bokeh DOF、Bloom 等特性。该管线的亮点是对细节的关注，准确地解决了问题，同时保持了高帧率。将特别强调用于完成这一任务的采样策略，帮助将后期处理的图像质量和时间稳定性提高到新的水平。此外，还将介绍一种新的阴影采样方法，即使采样次数少，也能最大限度地提高时间稳定性。最后，将介绍抗锯齿方面的研发进展。

该讲座将详细介绍虚幻引擎 4 的时空抗锯齿算法是如何工作的。这种技术不需要 MSAA，可以在延迟着色时有更好的性能，减少几何和着色的 Aliasing，并且总体上产生一个时间上稳定的图像。它不使用空间边缘查找，而是纯粹使用一种时间上的超采样。为了以最小的伪影实现这一点，加入了大量的技巧和过滤器。基本算法，以及对 HDR、重影、半透明、运动边缘、闪烁和整合到后期处理管线的解决方案将被涵盖。

在本节课中，我们将详细介绍为实现 Ryse 的视觉质量而采用的各种渲染技术。我们将介绍向基于物理的着色的过渡，并谈论阴影系统的更新，这有助于提高电影的质量，使我们能够满足微软 Xbox One®的严格性能要求。我们还将讨论面部表情，包括皱纹贴图和优化，使引擎能够处理大量的 blend shape 数据。

本讲座将介绍一种用于向上采样和抗锯齿的运行时图像重建的新方法。我们建议利用现代 GPU 硬件进行用于高级 MSAA 模式的覆盖率估计，如 EQAA（AMD GCN 架构）。现有的几个平台提供了一种方法来手动编程 EQAA 光栅化管线的多个方面。GPU 可以被设置为以比原始光栅化深度缓冲区数据更高的分辨率输出覆盖信息。这些数据可以被手动访问，以重建具有抗锯齿的高分辨率图像。

讲座将涵盖光栅化器的覆盖掩码构建以及在质量和性能方面的不同设置。几个使用覆盖信息进行边缘重建的算法将被介绍，并进行性能和图像质量的比较。该技术可以为非子像素三角形提供时间上稳定的、MSAA 质量的上采样抗锯齿，其额外带宽和性能成本可以忽略不计。

此外，MSAA 深度采样可用于加强亚像素重建。算法还可以通过加入时间上的超级采样来进一步扩展。最后，我们将介绍一种处理 AlphaTest 几何的补充技术。

该算法分为几何阶段，只需要 GPU 的 Coverage Rasterization 支持，以及后处理的解析 Pass，使其成为实时渲染的一个经济而简单的解决方案。

本讲座介绍了 "体积雾"，这是育碧蒙特利尔公司为《刺客信条 4：黑旗》开发的一种新技术，适用于下一代游戏机和个人电脑。
该技术以统一、一致、并优化的方式计算与大气散射有关的各种大气效果:

• 具有不同参与介质密度的雾、烟和霾
  
• God rays
  
• Light Shafts
  
• 体积照明和阴影
  

所开发的技术支持不同密度的参与介质和多个光源，与延迟着色和正向着色兼容，并且比现有的 Ray Marching 方法更快。
作者将简要介绍大气散射现象，并介绍完整的算法概述，以及实施细节和一些基本代码片段。
在演讲的最后，他将对最终的 Console 性能进行分析。他将讨论取得的成果、可能的扩展以及在《刺客信条 4》发行后对算法质量的改进。

这是对 Insomniac Games 公司开发的一种新的渲染技术的简要描述，这种技术被称为 "Light Linked List"，简称 LLL。LLL 技术将游戏场景中所有元素的动态灯光存储在一个按像素访问的链接列表中。LLL 不仅加快了实时动态照明的速度，还使透明效果和粒子同时接受照明和阴影成为可能。

本讲座将介绍《盗贼》游戏中使用的多层反射系统，包括 SSR（屏幕空间反射）、IBR（基于图像的反射）、局部 cubemaps 和 global cubemap（最后的退路）。作者介绍了 contact-hardening 光泽反射的新方法，不同反射技术的混合，优化技术，以及艺术管线的影响。

本次会议将介绍 Infinity Ward 如何在《使命召唤：幽灵》中利用硬件细分技术来提高 PC 和下一代游戏机的图像质量和艺术家的效率，同时保持游戏标志性的高帧率。

Catmull-Clark 细分曲面是对艺术家友好的、高效的下一代模型表示。 最近的研究，包括 Matthias Niessner 和 Charles Loop 的 Feature Adaptive Subdivision Surfaces，已经使得高效地实时渲染这些表面成为可能。 会上将详细介绍《使命召唤》的 Sub-D 管线，包括最佳实践和对自适应细分表面技术的增强。

此外，会议还将概述我们的世界位移贴图管线，它使艺术家能够通过增加地形几何的精细细节来快速升级关卡的外观。

会议将描述新的技术和底层的瓶颈缓解策略，使我们能够克服通常与 Tessellation 相关的性能问题。

在这次演讲中，我们将讨论我们的两个效果的细节，这两个效果极大地促进了《杀戮地带-影落》的次世代外观和感觉。

我们将展示我们的屏幕空间反射系统在任意表面工作的细节，以及模糊的反射如何与我们的照明模型相匹配。我们将特别强调我们为了在 PS4 上实现出色的性能而采取的优化步骤。我们还将展示在我们的反射系统中使用的时空重投影的细节。我们用它来实现二次反射反弹，但更重要的是增加反射分辨率，有效地执行超采样。

我们将讨论的下一个主题是我们的体积化渲染系统。我们将描述使我们能够实现高质量和高性能的技巧，以及与其他体积和透明效果的适当整合。所有这一切，同时保持特殊的艺术控制水平。再一次，我们将描述我们的体积重投系统的细节，它使我们能够在不影响性能的情况下提高渲染质量。

Bungie 即将推出的《命运》的一个核心设计支柱是玩家的定制和资产。将动作角色扮演游戏中的深度定制元素融入到硬核射击游戏的动态中，有很多挑战。来了解我们开发的解决方案，使 Bungie 能够将这一高度雄心勃勃的计划变为现实。了解使我们能够创建大量高质量资产内容的工具、流程、设计和工程选择，如玩家的装备、武器、船只，可用于游戏中的战斗和社交场景。了解这个系统，它能充分利用所创造的艺术，支持大量的重复使用和持续的内容增长，并为《命运》系列的演变而建立，但又能让艺术家们有能力以简单快速的方式产生强烈的视觉冲击。

本讲座探讨了在我们有趣的限制条件下的头发创作：使用相同的自创资产的现世代和次世代支持，在游戏预算内适合在非战斗区域使用，同时在电影中保持高水平的质量，以及在不使用实时模拟的情况下的可信运动。《命运》打算持续 10 年，所以我们的目标是使我们的工作流程面向未来，以支持未来的次世代毛发发展，同时仍然保持我们目前的成熟技术的效率。演讲中讨论了为艺术家创建一个定制的 Maya 工具，该工具简化了头发几何形状的创建，用于创建可信头发的着色技术，以及使用顶点动画作为廉价的头发模拟。

作者解释了他们如何能够在我们的实时电影中实现高质量的脸部动画。他们将展示如下内容：

• 他们是如何在不同的人类、外星人和机器人种族和性别之间共享一个单一的动画，以生成 40 个可定制的头
  
• 讨论作者是如何将数据参数化的，从而使他们能够在未来使用这些 rigs，使 Bungie 的动画师和性能捕捉技术在未来有更大的灵活性
  
• 解释影响 Bungie 的拓扑结构设计和骨骼布局的哲学
  
• 介绍作者为 Bungie 的动画师建立的工具和装备控制
  
• 展示一些早期尝试的方法和遇到的挑战
  
• 最后，作者展示了从计算机动画电影中改编的艺术技术和流程，这些技术和流程有助于实现更高质量的面部 rigging
  

在这次演讲中，作者将介绍即将推出的 AAA 级游戏《命运》的驱动概念和设计原则，描述为实现这个游戏而开发的新引擎，重点介绍帮助塑造游戏视觉效果的几个关键技术。之后，作者将转向游戏未来所面临的研究需求，重点介绍相关技术和实用管线。

在这次会议上，我们将介绍一种新的像素着色器的同步基元（primitive），它能够以一种全新的方式来对抗 GPU 上的图形问题。这种新方法易于使用，只需要固定的内存量，并提供稳定和一致的性能。

将详细介绍并实时演示几个应用，包括可编程混合、单通道深度剥离、与顺序无关的透明和 deep 阴影图。

高效和灵活的照明仍然是现代游戏引擎的一个挑战。ClusteredShading[Olsson 等人，2012]是一种新的光照技术，与之前的方法（如 Tiled Deferred 和 Forward+）相比，具有令人信服的优势。它在复杂场景中的扩展性更好，同时也提供了更多的灵活性和更少的麻烦。它是一个统一的照明解决方案，可以很好地与半透明、MSAA、自定义材质和照明模型配合使用，而不需要额外的 Passes，甚至不一定要有 pre-z Pass。

本次会议将介绍关于这项技术的最新学术研究，以及目前在 Avalanche 工作室生产的该技术的适应版本。将讨论实现之间的关键差异及其影响。

在《巫师 2》中，我们使用了基于 DirectX 9 的延迟渲染器来支持一个充满令人兴奋的人物和可怕的怪物的庞大世界。这些元素是一个成熟的故事驱动的 RPG 游戏的关键。这个管线有很多限制，有些是由目标平台的硬件造成的，有些只是时间限制的结果。

现在我们正在制作我们引擎的第三次迭代，我们从之前的开发过程中学到了很多东西，我们有很多新的想法。此外，我们向公众发布了我们的编辑器，我们从社区得到了很多反馈。综合这些信息，我们开始创建一个新的角色管线，用于在游戏中对人类、动物和怪兽进行渲染和动画。

在我们的演讲中，我们首先概述了《巫师 2》制作过程中使用的角色管线，详细介绍了遇到的问题和我们使用的解决方案。我们谈论了我们所使用的着色器，我们为我们的艺术家设定的预算，专用于人物的照明，特别是在剧情中，最后是使这些人物真正可信的动画和模仿。

我们简要地谈论了 PC 和 Xbox 360 在角色方面的差异，包括从渲染和动画的角度，使这个真正复杂的系统在一个更受限制的平台上运行的挑战。在讲座的主要部分，我们介绍了我们的新系统，它利用 DX11 和 Forward+渲染来达到更好的效果。我们特别谈到了头发的模拟和渲染，皮肤着色与一个完全修订的模仿动画系统。我们分享了关于动画如何从我们的动作捕捉工作室进入游戏的细节，以及我们如何为怪物和动物创建动画。此外，我们还谈到了创建一个一致的照明和环境系统的困难，因为有这么多专门为角色创建的功能。

在讲座的最后，我们为这些功能的进一步发展提供了一些想法。

本讲座将涵盖目前的技术状况，并介绍海洋渲染的新技术。它将从比较一些不同的形状表示法开始。将介绍一些对现有表示法的简单改进，然后将介绍一种新的程序性表示法，它允许有效的高度查询。接下来，将讨论网格划分的技术，并介绍一种新的 Pinned Grid 网格划分技术，该技术可以大大减少 Aliasing。最后，将描述我们在表面着色方面的经验，并介绍我们最终的海洋着色器。

本讲座将涵盖与 Crytek 最新引擎迭代相关的渲染主题，该技术为 Ryse、Warface 和 Crysis 3 等游戏提供动力。在所涵盖的主题中，演讲者将介绍 SMAA 1TX：一个具有强大而简单的时间抗锯齿组件的更新；还将涵盖性能和物理上可信的相机相关后期处理技术，如运动模糊和景深。

在这次演讲中，作者将讨论在即将推出的 AAA 级电子游戏中，对运动模糊和环境遮蔽的经典后期处理技术的进步和扩展。这些进步使视觉质量得到了极大的提高，减少了令人讨厌的 artifacts，同时保持了以前技术的性能。在某些情况下，资产制作成本也会降低。通过简单地调整有意义的参数，所产生的技术可以从当前一代 Console 扩展到 DirectX 11®。具体来说，演讲者将讨论如何仔细选择环境遮蔽的 fall-off 函数和观察运动模糊的现象学特征，从而大大降低这些本来昂贵的效果的计算成本。

本讲座将介绍一种近似漫反射全局光照的一次反弹的方法，并获得反射光线击中的近似点。该方法的速度之快足以让目前的 Console 游戏负担得起；它已被 CCP 用于索尼 PlayStation 3®的 Dust 514 中。该方法的工作原理是将场景分为几层，并为每层建立一个高度场的 imposter。imposters 在运行时被更新，因此支持照明、阴影和材料的动态变化。我们将介绍该方法的性能细节、质量问题以及在《尘埃 514》中的使用情况，同时还将介绍在较大的渲染预算下可能出现的一些改进。

在本次会议上，作者将介绍一种模拟人类皮肤次表面散射的技术，其运行性能类似于简单的 Bloom shader。以前的实时方法是通过使用高斯之和对不可分离的扩散核进行近似模拟，这需要几个（通常是五个）一维卷积。在这项工作中，我们只用两个一维函数来分解精确的二维扩散核。这使得渲染次表面散射只需要两个屏幕空间的卷积，在不降低质量的情况下减少时间和内存。还将介绍一种渲染环境次表面散射的技术。 作者还将展示我们在逼真的眼睛渲染方面的最新进展，包括逼真的反射、视图和光线折射、caustics、环境遮蔽、眼睛 redness、资产建模和泪液表示。

在这次演讲中，作者将讨论一些最新的工具，这些工具旨在通过像素数据的再利用来避免冗余的渲染计算。特别是，将介绍一种基于 iterative frame warping 算法的新的 frame to frame 的像素重投方法。这种方法完全基于图像，实施简单，在传统硬件上非常有效。基于这种算法，作者将介绍双向重投影，这是一种通过从相邻的渲染帧对中快速重建插值帧来提高帧率的方案。重用来自两个时间方向的数据，可以显著提高数据重用的准确性和效率，因为在两个来源中同时被遮挡的像素非常少。最后，作者将提供一些实现细节，展示令人信服的结果，并讨论将这些算法整合到生产渲染器中的实用性。

本讲座将解释一种源自 8 位游戏时代的位图滚动技术如何与阴影图缓存方案相结合，以显著提高游戏中实时 CSM 的性能。这两个系统可以很好地整合到 CSM 的标准模型中，并利用帧与帧之间的一致性来保留跨帧的大部分渲染阴影贴图信息。该技术非常适用于当前的游戏机，并将在 Insomniac 公司即将推出的游戏《Overstrike》中使用。

开发 Elemental 演示是为了展示新的虚幻引擎 4 的能力并推动其发展。在这个演讲中，我们想介绍一些关于我们实现 UE4 渲染功能的技术细节，以及形成这些功能的目标。

从虚幻引擎 3 的代码开始，已经实现了对渲染内部的重大改变。这个 demo 将每个像素的延迟着色提升到了新的水平。发光器可以是基于图像的光源、区域点灯或发光材质。我们新的基于体素锥体追踪的光传输方法支持动态和静态几何，当涉及到 glossy 材质时，它将大放异彩。照明对不透明和半透明材料、次表面散射和延迟贴花都有影响。照明由新的 GPU 加速粒子模拟和新的后期处理管线来进一步补充。

在过去十年中，硬件的巨大改进使游戏的视觉保真度提高到了前所未有的水平。然而，即使是最好看的游戏，尽管在细节方面超过了 90 年代中期的动画电影，但仍然缺乏视觉上的清晰度。其中一个原因是我们的着色器中缺乏坚实的抗锯齿，因为它被认为太昂贵而通常被避免。

本讲座将重点讨论硬件和研究方面的进展，这些进展使得在基于物理的渲染背景下，着色器抗锯齿和外观保护的实际解决方案成为可能。我们将介绍最近工作背后的基础理论，实施的权衡，内容创建和管线的影响，以及与流行的渲染技术，如延迟着色的整合。我们还将介绍正在进行的对环境照明和着色器 Aliasing 的几何来源的研究。

在这次演讲中，作者将描述用于创建 PlayStation®《旅程》中的动态沙丘的技术。具体来说，将讨论脚印和足迹的物理学原理，以及如何在没有分辨率显示的电视和没有马力渲染的主机上传达出数万亿颗闪亮的沙粒的感觉。

本讲座将介绍一系列的渲染技术，以解决目前游戏中的常见问题。本讲座介绍了一种粒子修剪算法，该算法可以为给定的纹理和目标顶点数量自动找到一个最佳的封闭多边形，从而大幅提高性能。此外，还介绍了一种方法，在传统的实例化不起作用的情况下，将不同网格的混合体实例化到一个单一的绘制调用中。描述了一种基于第二深度缓冲器的解析性抗锯齿方案，以及一种消除薄几何体（如电话线）的锯齿的方法。

本讲座将介绍 Bungie 如何为即将推出的未公布游戏从多边形汤中构建他们的游戏世界。具体来说，作者将描述他们如何解决可见性、特殊 hieranrchy 和渲染管线方面的挑战。首先，将介绍用于生成游戏世界的 Halo Reach 管线，从内容一直到渲染，重点是可见性、空间连接和渲染。然后，Bungie 和 Umbra 软件公司将介绍为自动门户生成而开发的可视性和空间连通性的新型解决方案的合作，以及一些面向生产管线的实用解决方案。最后，作者将介绍一个前瞻性的解决方案，为当前和下一代平台的可见性和渲染计算进行并行化。

在这次演讲中，作者将介绍《汽车总动员 2：电子游戏》中使用的各种渲染技术。 其中，他们将讨论在 Playstation 3 的 SPU 上 offloading 后期处理的工作。 这包括在不影响游戏性能的情况下使用 SPU 渲染立体三维图像，同时保持完整的视觉质量、分辨率，以及为 4 名玩家提供完整的三维体验。他们还将讨论如何处理潜在的立体 3D artifacts，以及 SPU 和 GPU 渲染的比较。此外，他们将介绍色彩精度、后期处理效果和阴影方面的新发展。最后，作者将解释光探针，以及它们用于照明的方式。 这包括对探针捕捉的概述，体积表示法，以及使其更适合艺术家控制的方法。

在本讲座中，作者将概述 CryENGINE 3 中使用的一种不同的延迟照明方法，同时深入描述用于优化 light passes 和避免漏光的许多技术，包括 Light Volumes 渲染、平台特定优化、立体三维渲染及其阴影技术的细节。

作者将描述一个以 PlayStation 3 为中心的实时动态场景体素化的实现，并展示这种体素表示法在游戏 LittleBigPlanet 2 中用于渲染和特殊效果的两种方式。

在这次演讲中，作者将介绍即将到来的《战地 3》和《极品飞车：逃亡》游戏中的几种技术，旨在加速这些游戏背后的渲染。他们技术的目标是在不牺牲视觉质量的情况下提高性能。他们将重点介绍一种新颖的 DirectX 9+scatter-gather 方法来进行 Bokeh 渲染，Z缓冲区 reverse-reload 技巧以加快阴影，chroma 子采样以加快全屏效果，改进的时间稳定的动态环境遮挡和 Xbox 360 上 tiled based deferred shading。

在这次演讲中，Dimitar Lazarov 将介绍《使命召唤：黑色行动》的照明引擎，并讨论目标为 60 帧的基本限制。他将概述基于物理的照明背后的前提，为什么选择在《使命召唤：黑色行动》中采用，并讲述在实施和部署过程中遇到的主要技术和非技术障碍。
Dimitar 将对 BRDF 的镜面部分进行深入分析，概述不同的分布函数、阴影遮蔽函数、菲涅尔效应近似值等，并讨论那些对《使命召唤：黑色行动》具有最佳视觉/性能权衡的函数。 此外，Dimitar 将展示两个重要的算法，它们对于实现物理上可信的镜面效果至关重要–粗糙度驱动的预过滤和归一化反射探针，以及粗糙度 mip-map 增强与正常 mip-map 差异。最后，Dimitar 将讨论基于物理的照明如何影响艺术资产的创作，以及艺术团队在向基于物理的照明过渡时可能遇到的一些潜在困难。

在这个演讲中，作者将介绍一种在像素着色器中实现图像绗缝的方法。 这项技术为标准环境纹理存在问题的情况提供了解决方案：任意相邻材料之间的过渡（如沥青到泥土），由于自定义几何形状而产生的局部纹理特征（如金属结构的墙面上的锈迹），以及边缘效果（如沿任意混凝土形状的边缘的损坏）。生产和实施问题也将被涵盖，包括共享顶点和大幅减少顶点尺寸的技术。

在这次会议上，作者将讨论一种新颖的 forward lighting 方法，该方法在《战神 3》中被用来创造丰富的、动态的照明环境，在一个像素上有几十个光源。作者将描述如何使用 Playstation 3 的 SPU 架构组合灯光，为每个顶点创造一个单一的聚合灯光。此外，还将介绍一种新的灯光插值方法，该方法提高了照明精度并减少了视觉误差，同时还将描述如何在 Playstation 3 的图形处理单元 RSX 上实时应用每个像素的聚合灯光。讲座中还将介绍该算法的完整数学解释。将详细介绍可用性限制、边缘案例和减少伪影的方法。

在这个演讲中，作者将描述一种在游戏中渲染真实皮肤的技术，讨论一种方法，即不是收集邻近的光线来模拟次表面散射。
散射光的效果是预先积分的，这样就可以只使用本地存储的信息和定制的着色模型来实现次表面散射的非局部效果。还讨论了阴影映射的技巧以及色调映射的重要性。

我们将讨论《玩具总动员 3》中使用的灯光和阴影技术的演变。 我们不仅会讨论那些最终出现在游戏中的方法背后的技术，也会讨论沿途所尝试的一些替代方法，以及为什么这些方法不能满足我们的需要（无论是从技术上还是从我们艺术家的角度）。 在其他主题中，我们将讨论我们对环境照明、屏幕空间环境遮蔽和阴影的方法。

本讲座的重点是在视频游戏中产生实时辐射度的架构和一系列技术。我们描述了 Enlighten，一个用于计算实时辐射度的中间件工具包，并展示了该技术是如何在 Frostbite 游戏引擎中使用和被整合的。我们描述了 Enlighten 的架构，包括其直接和间接照明的分离，CPU/GPU 资源的混合使用，以及 Enlighten 的 target projection 和重新照明系统。我们将展示 Enlighten 的工作流程、内容管线和运行时系统如何在 Frostbite 引擎中发挥作用，以实现视频游戏中使用的实时辐射度。

本讲座介绍了使用 Direct3D 11 的新功能在 GPU 上构建 linked list 的快速方法。 linked list 的两个应用是顺序无关的半透明（OIT）和间接阴影。 对于 OIT，在渲染过程中，在每个屏幕像素位置构建一个片段的链接列表。 后期通过对透明度进行排序和解决。 通过使用 Direct3D 11，构造被集成到图形管道中，并可以利用标准的硬件功能，如深度缓冲区和 MSAA。 间接阴影技术将场景三角形存储在一个三维网格结构中，并使用光线追踪来确定间接光是否被场景几何形状所阻挡。

我们介绍了制作通用的、平衡的实时渲染管道的专业知识。本课程笔记中的技术经过精心筛选，为实时图形提供了最可重复使用的概念。对于 CryENGINE 3 中渲染管线的大部分阶段，我们讨论了高效和紧凑的数据表示问题。详细讨论了基于物理的照明模型的分层分解，以及为对图像进行完全艺术控制而提供的工具。本章的光照一致性讨论可以作为高级实时光照管道设计的检查清单。

本课程笔记中描述的技术和精确近似的清单可以作为设计实时可视化引擎的食谱。

在这次会议上，我们提出了一个对 Z 分区（级联阴影图）的扩展，称为样本分布阴影图（SDSMs）。SDSMs 通过分析当前帧所需的阴影样本分布，优化固定数量的 Z 分区的位置和大小。它们建立在当前技术水平的优势之上，包括可预测的性能和恒定的内存使用，同时消除了繁琐的和最终次优的参数调整。我们表明，SDSMs 在现代图形硬件上有效运行，并产生比静态 Z 分区方案高得多的阴影质量。此外，SDSMs 节省了开发时间，因为它们避免了其他 Z 分区方案通常需要的手动放置和维护阴影分区的做法。

在这次会议上，我们提出了自适应体积阴影图（AVSMs），这是一种新颖的实时体积阴影算法，用于从参与媒体（如头发和烟雾）中获得高质量的阴影。AVSMs 的主要贡献是一种新的流媒体压缩算法，可以生成准确但紧凑的光衰减函数的表示。AVSMs 不对遮挡物的类型或空间分布进行假设，提供比其他实时方法更高质量的体积阴影，同时表现出与现有解决方案的竞争力。

本讲座涵盖了《Uncharted 2》中人物所使用的着色模型。本讲座将描述在哪些渲染过程中使用了哪些光源。 将讨论具体的着色器，包括皮肤、头发和布。

可破坏环境在今天的游戏中越来越常见，也是 Frostbite 游戏引擎的一个重点领域。使可破坏环境看起来可信的一个重要方面是 destruction masking–通过将受损材料合成到表面来改变表面特征的技术。
本讲座介绍了 Frostbite 2 中用于实现 destruction masking 的技术。我们讨论了使用体积距离场来标记损坏的位置，涵盖了不同的实施方案，我们还回顾了使用延迟纹理来应用 masked 的破坏材质的解决方案。

本讲座将介绍 Valve 在《Left 4 Dead 2》和《传送门 2》（将于今年晚些时候发货）中使用的实时水流着色器和艺术管线。艺术家们绘制了一个 2D 流动纹理，描述了每一个 texel 的水的方向和速度。该纹理在着色器中被采样，以生成无约束的法线图和 dirt 纹理的流动。我们将对着色器和用于生成流动纹理的艺术管线进行全面描述。

讲座的重点是 Bungie 的最新照明研究方向，如高质量的实时照明与先进的大气渲染和连续的时间，以及高效的可预先过滤的软阴影。演讲者还将探讨使用现代 GPU 生成预先计算的全局照明的快速方法。

在这个讲座中，我们将介绍一种实时计算漫反射全局光照的第一次弹射的新技术。我们提出了光传播体–一个完全动态的解决方案，使用球面谐波 irradiance volumes 进行 light field 的有限元逼近，基于点的 infusive 体积渲染和新的光传播方法。
我们的实现证明，即使在当前一代的控制台硬件上，也可以有效地使用这种解决方案。由于这种技术不需要任何预处理阶段，并完全支持动态照明/场景/相机，因此有可能将其和谐地整合到一个极其复杂的跨平台引擎（CryEngine 3）中，并采用大量的图形技术，而不需要额外的生产时间。

本讲座将介绍一种渲染器设计，它允许大量的灯光，同时在当前的图形硬件上非常有效。这种技术很容易支持 MSAA，而且与其他渲染方式（例如前向渲染或典型的延迟渲染）相比，允许动态灯光的数量明显增多。这种渲染器管线的另一个好处是带宽利用率更低。我们的技术可以在各种消费级图形硬件上实现，包括将该技术扩展到 DirectX8 级别的硬件上工作。

本讲座涵盖了设计背后的理念，并概述了这种渲染器设计与 Z Pre-Pass 渲染器或延迟渲染器相比的优点和缺点。我们将介绍这种渲染器在流行的视频游戏中使用的实际例子，这些游戏由 Crytek、DICE、GSC World 和 Insomniac 等公司开发。我们还将介绍原始技术的未来方向和修改。

本讲座将介绍即将推出的迪斯尼娱乐游戏《Pure》所使用的一些图形技术。其中包括在 Pure 中渲染地面覆盖物的方法，以增加可玩表面的细节，并使轨道具有有机感，包括植物、草和小灌木；应用 irradiance volumes 作为后处理；使用中心点插值采样的 G-Buffer MSAA 边缘检测；以及 GPU 管理内存池。 此外，该讲座还将介绍在 Split / Second 中整合延迟渲染和阴影的方法，以及使用 irradiance volumes 进行照明。

我们将介绍 AMD 目前在抗锯齿（AA）、glossy 渲染和景深方面的渲染研究。最新一代的图形硬件提供了对多样本抗锯齿渲染数据的直接访问。通过利用这些现有的像素子样本值，可以使用可编程的 GPU 着色器单元来计算重建过滤器。面积总和表是一种数据结构，可以利用它来实现空间变化的、恒定时间的过滤。当以标准的 "正向 "方向使用时，它们可以被用来近似 glossy 反射和基于图像的照明。当以 "反向 "方向使用时，它们可以用来实现一种我们称之为滤波扩散的新技术，它自然地模仿了真实镜头的效果，如有限的景深。

在这个演讲中，获奖的 LittleBigPlanet 的制作者将描述一些经验教训和图形引擎背后的制作决定，这些决定使 LittleBigPlanet 的巨大可定制性和 cohesively 的风格化世界成为可能。

我们介绍了一个基于视角的 LOD 渲染系统，该系统的设计考虑到了现代 GPU 架构。我们的方法将数据保存在静态缓冲区中，并使用每个顶点的权重在不同的 LOD 之间进行几何变形(geomorphs)的无缝转换。我们的方法是第一个支持纹理映射的核心外系统，包括一个纹理 LOD 的机制。这种方法完全避免了 LOD 爆裂和边界裂缝，同时可以优雅地适应指定的帧率或 LOD。我们的方法适用于提供基本顶点着色器编程能力的所有类别的 GPU，并且适用于 out-of-core 或实例几何。我们工作的贡献包括一个预处理和渲染系统，通过使用每个顶点的权重对静态缓冲区进行 geomorphing 来进行基于视角的 LOD 渲染，一个顶点缓冲树，在渲染粗略级别的几何体时尽量减少 API 的绘制调用，以及自动、高效、透明的 LOD 控制。

在本报告中，我们简要介绍了用于表示和渲染实时帕台农神庙演示中的高动态范围（HDR）的随时间变化的天空渲染技术（图 1）。这些方法以及其他一些渲染技术，使用最新一代的图形硬件实现了实时帧率。

在本讲座中，我们将介绍创建视觉上复杂、丰富的互动环境的方法，作为开发 ATI "ToyShop" 演示世界的案例研究。我们将讨论实时开发大型沉浸式世界的制约因素，并讨论为这种场景渲染开发照明环境的注意事项。我们将介绍城市环境中雨的具体效果。我们将概述用于从闪电中创造照明的闪电系统，所使用的高动态范围渲染技术，渲染雨水效果的各种方法以及 GPU 上的动态水模拟。将说明实时渲染反射的方法。此外，还将研究一些特定的材质着色器，以增强雨天的城市环境的感觉。

本文介绍了一种渲染半透明、多层材料的有效方法。该方法通过利用几个基于深度和光照的感知线索(cues)，实现了体积材质的外观，同时将多个材料层结合在一个非体积的、多纹理的表面上，如图 1 所示的人类心脏。我们提出了多种实施策略，允许在视觉质量和运行时间性能之间做出不同的权衡。

大气效果，特别是游戏和其他互动应用中的室外场景，由于其数学复杂性所固有的计算费用，一直受到粗略的近似。然而，不断增强的 GPU 能力使得更复杂的模型可以被实现并实时渲染。本章将展示开发者如何提高其游戏和应用的真实性和沉浸感的几种方法。这里介绍的工作在很大程度上利用了图形社区近年来所做的研究，并与 Crytek 内部开发的新想法相结合，以实现有效映射到图形硬件的实现。在这种情况下，与游戏制作引擎的整合问题将是讨论的一部分。

从 2004 年 11 月发布的《半条命 2》开始，Valve 就开始推出基于其 Source 游戏引擎的游戏。其他使用该引擎的 Valve 作品包括《反恐精英》（Counter-Strike）、《失落的海岸》（Lost Coast）、《战败之日》（Day of Defeat）：Source、《失落的海岸》、《失败之日》以及其他游戏。Source 和最近的《半条命 2：第一集》。在《半条命 2》出货时，Source 引擎的渲染系统的关键创新是一个新颖的世界照明系统，称为 Radiosity Normal Mapping。这项技术使用了一种新颖的基础，将柔和的真实照明的辐射度与法线贴图提供的可重复使用的高频细节经济地结合起来。为了使我们的角色能够自然地与我们的辐射度 normal mapped 场景融合，除了为我们的角色提供少量的局部照明外，我们还使用了一个 irradiance volume 来提供方向性的环境光照。随着 Valve 最近向情节性内容开发的转变，我们专注于 Source 引擎的渐进式技术更新。例如，在 2005 年秋天，我们交付了一个额外的免费 游戏关卡，名为 "失落海岸"，以及多人游戏 "失败之日:源。这两款游戏都采用了实时高动态范围（HDR）渲染，后者还展示了引擎中增加的实时色彩校正功能。在本讲座中，我们将详细介绍 Valve 的着色技术的独特之处。

提出了一个新的实时着色模型，该模型使用球冠交点来近似计算一个表面的动态区域光源的入射照明。这种方法使用预先计算的静态网格的可见度信息，在运行时计算来自动态区域光源的照度和近似阴影。因为这种技术依赖于预计算的可见度数据，所以假设网格在渲染时是静态的（也就是说，假设预计算的可见度数据在运行时仍然有效）。环境光圈着色模型是针对实时地形渲染而开发的（见图 1 的例子），但它也可用于其他需要从动态区域光源中获得快速、近似照明的应用。

本文介绍了一种创新的照明算法，该算法允许以近似的全局照明显示场景，包括环境遮挡和天光效果的实时速度。该方法对于高多边形场景是可扩展的，并且需要少量的预计算。所提出的技术可以成功地应用于动态和动画序列，并通过减少传统的物理正确性和标准照明模型的限制，显示出引人注目的美学风格。