雷雷星座2024年10月11日发布:重磅直播&专业解析：黑神话·悟空背后的计算机技术

《黑神话·悟空》游戏爆火。8月24日晚，CCF Talk将邀请CCF杰出会员、理事，南京理工大学肖亮教授；CCF虚拟现实与可视化技术专业委员会副主任，上海交通大学杨旭波教授；CCF计算艺术分会主任，中央音乐学院音乐人工智能与音乐信息科技系主任李小兵教授；CCF计算艺术分会执委、北京电影学院游戏设计系主任刘跃军副教授；上海交通大学计算机科学与技术专业在读博士生王晖同学一起汇聚直播间，聊聊《黑神话·悟空》取胜之道、背后技术与人才培养。8月24日晚19:00，让我们相聚CCF Talk，不见不散！

本文作者：

肖亮 CCF杰出会员、理事，南京理工大学计算机科学与工程学院教授

目前，一款单机版游戏《黑神话·悟空》已经成为中国游戏的里程碑，被誉为3A现象级中国游戏，在steam上已售出超过300万份，加上wegame、epic和ps平台，目前总销量超过450万份，总销售额超过15亿RMB。游戏的初创团队全部来自腾讯互娱自研工作室，后来以原《斗战神》的核心主创组成立“游戏科学”公司。从2018年立项至2024年8月20日全球上线，历时7年。制作人是华中科技大学生物医学工程专业毕业的冯骥、艺术总监是中国美术学院美术专业毕业的杨奇，技术总监中山大学软件工程毕业的招文勇、动作捕捉工程师是山东艺术学院动漫专业毕业的蔡连豪等。

作为一款以中国古典文学名著《西游记》为背景的游戏，它有机融合了东方美学元素，通过现代化的解读和叙事方式，将经典故事赋予了新的生命力。它的成功在于高品质高水准的视觉效果、剧情设计、操作体验，为玩家提供了一个充满东方美学和东方文化的沁润式体验空间。其特点可以概括为：1) 中国古典文化与计算机艺术的完美结合；2）非遗文化与古典艺术的增亮加持；3)原生动作捕获与虚拟现实的有机融合；4）3D 扫描与图形渲染的精美表达；5）4K画质、60帧率以及光线追踪的极致表现等等。

下面从计算机技术的角度解密其背后可能运用的技术。

（一）虚幻引擎是基座

首先，《黑神话·悟空》的研发底座，是借助于虚幻引擎5(Unreal Engine 5，简称UE5)研发的。UE5是由Epic Games开发的一款先进游戏开发平台，其实时渲染和优化特性确保了游戏的技术水平处于高起点。UE5的一个突破性创新是NNanite技术，它允许艺术家在不牺牲细节的情况下，导入具有数亿个多边形的超高质量模型。Nanite可以实时优化模型，只渲染对场景可见的细节部分，从而大幅提升渲染效率。游戏的视觉呈现往往需要全动态和逼真的光影效果，这方面UE5具有很好的特性，它的Lumen照明和反射系统能够实时地根据场景变化调整光照和反射，这意味着无需预先烘焙光照贴图，就能实现逼真的光影效果；而UE5改进了阴影渲染技术，通过虚拟阴影映射(VSM)提供了更加柔和逼真的阴影效果。角色游戏的另一个需求是物理模拟、破坏效果和高质量的角色动画。UE5的Chaos物理引擎提供了更加真实的物理模拟和破坏效果，使得物体间的相互作用更加自然和可信，而强大的动画工具，如控制网格变形的Control Rig和更高效的动画重定向工具，使得角色动画更加流畅和自然。这样层次细节模型(LOD)、光影视觉呈现和物理交互让游戏创作具有高起点技术底座。

图1. 当前UE5引擎下写实风格画面表现力最强作品之一

（二）精细造型与光影渲染

当然，如果仅仅依靠UE5是无法达到《黑神话·悟空》的制作水准。东方美学的源头在于实际的佛家寺庙、在于中国的石窟、在于中国的古建筑等。游戏场景和游戏角色需要体现东方的魔幻传奇。这时场景和几何造型是一大难题。完全人工美工设计和几何造型是不可能的。基于高精度的激光扫描和计算机视觉技术，我们可以得到3D点云数据，经过系列的3D点云的数据处理就可以很方便地获得复杂的建筑物、寺庙和系列佛像的3D造型。当然，一些物质文化遗产“reconstruction”的众多技术也运用其中，比如色彩和色泽的还原。

图2. 文化遗产数字还原工艺

有了几何模型，全景光线追踪技术将提供更逼真的视觉呈现效果。这项教科书级别的技术，经过多年的发展和改进，能够实现更加逼真的光照效果，包括多次反射的间接照明，为游戏场景带来更真实的环境光照和阴影效果。

（二）细腻纹理与毛发增强

《黑神话·悟空》提供了详尽的图形设置，允许玩家根据自己硬件的性能调整各种效果，如视距、抗锯齿、纹理、毛发、植被等，以获得最佳的游戏体验。早期的游戏很多都是光头男或者“阿兵哥”，其主要技术难点在于毛发的渲染生成。《黑神话·悟空》在细节上的处理堪称极致，例如在“天命人”、动物和各类角色的毛发非常逼真、自然和丝滑。这可能归结于俗称为 “海飞丝”的技术。官方名字叫“NVIDIA HairWorks毛发增强技术”。借助动态毛发技术，可以为角色植入成千上万根毛发，其中每一根毛发都会随着角色的移动和外力呈现逼真的反应。透过特殊的视觉运输技术和强大的GPU硬件支持，这些具有动态特性的毛发还可以呈现更丰富的色彩渐变，并且具有比以往更自然的光影交互变化。

（三）4K画质超分与帧生成

4K画质、60帧率是《黑神话·悟空》的重要特征。这里，我们不得不提图象或视频超分辨和帧生成技术。游戏制作中，NVIDIA的DLSS3技术为其保驾护航。DLSS(Deep Learning Super-Sampling，深度学习超采样技术)是NVIDIA RTX技术的一部分，主要应用于游戏图形处理。这项技术利用深度学习模型，通过低分辨率的输入来生成高分辨率的输出，从而提高游戏的帧率，同时保持高质量的图像。帧生成技术也是众多显卡支持的技术（NVIDIA卡系又称DLSS3.0、3.5仅在40系显卡下可用，FSR和TSR下的帧生成选项）。例如：虽然游戏只能跑30帧，但是将前后几帧交给AI去计算，就能在每两帧里面计算新的一帧，于是30帧变成60帧。

因此，DLSS3技术能够在尽量不损失画质的前提下显著提升游戏帧数，尤其在光线追踪环境下效果更为显著。这项技术允许游戏以较低的分辨率（例如1080p）进行渲染，然后使用AI和游戏引擎数据提供接近原生4K分辨率的输出画质。截至2023年，已有超过35款游戏采取了DLSS3技术，例如《瘟疫传说：安魂曲》、《原子之心》、《赛博朋克2077》等。《黑神话: 悟空》通过运用先进的DLSS3技术，不仅提高了帧率，还优化了响应速度和系统延迟，为玩家带来更流畅和更生动的游戏体验。

（四）角色的动作姿态和细腻神态的捕捉与表达

《黑神话·悟空》中，无论是战斗场景流畅度，还是角色动作细腻程度都让人眼前一亮。其电影级画面、独具中国特色的美术风格、逼真的打斗场景，已成为玩家津津乐道的话题。

图3 超过100场差异化的精英怪物/BOSS战斗

图4 棍法/变招/装备/天赋/变身/法宝等等组成创新的战斗体系

这涉及“空间计算”技术的大量运用，特别是“运动捕捉”技术。游戏中角色的各种动作，包括走、跑、跳、攻击、防御、攀爬、游泳等基本动作和特殊技能动作，都可以通过动作捕捉技术来精准记录演员的动作，并转化为游戏角色动画。例如虚拟动点OptiTrack光学定位捕捉技术，具有高精度、低延时、实时空间定位与跟踪等优势，能全方位展现角色活力，显著降低动画师手工制作动画的人力和时间成本。此外，不仅是肢体动作，还包括角色的细腻神态与姿势捕捉等细节也需要动作捕捉来实现。通过1:1记录真实人物的这些细节，能够让游戏中的虚拟形象更加逼真和生动，增强玩家的代入感。

图5 光学动捕影棚

（五）多种显卡技术加持

最后，在硬件上，《黑神话·悟空》运用了支持多种显卡技术：除了NVIDIA的DLSS 3技术外，游戏还支持AMD的FSR 3.0、Intel的XeSS技术，确保不同硬件配置的玩家都能享受到优化的游戏体验。

写在最后

总而言之，《黑神话·悟空》的成功离不开高性能计算、3D扫描、动作捕获、图形渲染、图像生成和虚拟现实等技术，是新一代信息技术和人工智能重工业时代的产品。信息计算技术的厚积薄发、研发团队的匠心独运，中国古典文化与计算机艺术的完美结合，国际标准、中国故事和东方美学的三重加持，让《黑神话·悟空》成为现象级产品，也成为中国文化输出的名片。

备注：上述所有图片来自《黑神话·悟空》IP介绍手册

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