为让女性角色更生动，GPU竟在游戏中做这些事儿

在开篇，我们不妨先聊点题外话，比如在我们体验的各大游戏当中，有没有或多或少对一些女性角色产生一种憧憬呢？甚至被标榜为宅男必备。她们不一定是我们所操控的主角，但相信在每个人的心中都会留下不可磨灭的印象。​

首先给大家带来的，全是游戏中经典的美女。郑重说明：每个人都有自己的喜好，如有补充，欢迎晒图。

《古墓丽影》

​劳拉的成长

《最终幻想》系列

​蒂法（ティファ）​

​露露（ルールー）

​尤娜（ユウナ）

​

​雷霆（ライトニング）

《生化危机》

​艾达·王

《地平线：重返黎明》​

​埃洛伊

她们轻快的舞步以及一眸一笑往往都牵动着许多男性玩家们的心。

那么你知道她们都是怎么呈现在我们显示器上的吗？

你以为是这样？

​真人卡拉动作捕捉

还是这样？

NO！NO！都不是。在GPU的眼中，没有真人，也没有视频，想要做到人机交互，那就只有计算机能够读懂的语言：方程。

​4D坐标的剪裁矩阵

史蒂芬。霍金在其《时间简史》中有一句名言：“有人告诉我，我在书中的每一个方程都会使这本书的销量减半”，（主要我也不懂）所以我们直接跳过方程对于普通人的杀伤力。但不得不说的是，如果没有这些方程，不管是劳拉也好，还是尤娜都不可能出现在我们的眼前。​

​话说回来，我们在游戏中所有看到的游戏角色全部都是完全虚拟的人物，而游戏之所以有着致命的诱惑，无异于其强大的虚拟现实世界以及逼真的人机交互关系。在游戏的世界中，开发商没有办法为我们找来两个漂亮的真人扮演。能够依靠的只有方程组成的抽象世界。​

坐标描述方程

​我们都知道，游戏角色的建立归根结底是图形的建立。对于一个对于会活动的人物角色而言，外形上的改变便是多边形的改变，而造成这种改变的便是不同多边形相关交接的顶点。而方程的作用便是通过改变顶点坐标的位置，让惟妙惟肖的人物造型出现在我们的显示器前。​

​顶点的生成不在图形流水线过程之中

说回GPU，早在最初的时候，GPU的作用非常有限，几乎只能作为简单的画笔，这也就意味着，完全需要依靠CPU，CPU说在哪里画，GPU就在哪里画。​

而后来的第一代GPU革命，另CPU彻底丧失了对Tranform和lighting的霸占，但依旧不具备完整的集合调节能力。顶点位置依旧CPU说了算。​

​再后来，随着精度的不断提升，顶点数目开始变多，CPU“无法负载”，GPU通过Vertex Shader拿走了CPU的调节几何能力。也正因此，GPU内部开始出现像素处理和Trangle Setup之外的新鲜事物——VS单元。VS单元可实现通过快速实时的顶点调节来模拟真实面部表情的能力。不过在我们之前提到的Direct 10将Shader单元统一之前，GPU还时不时需要CPU过来扶一把。（CPU就只剩下最原始的生成顶点这一功能）

接下来正题来了——角色的形成

​我们都知道，一个游戏角色的形成需要经历三个过程：描点——连接——蒙皮。在这里，最先忙起来的是CPU，他需要根据程序生成所有顶点，然后不甘心的将顶点交给GPU，GPU开始生成人物角色。​

​描点

描点：几何单元以我们视觉上看得见的（屏幕）的位置为起点，设置一个可视空间，所有的点都会存在与该空间范围内。​

连线

​接下来，Setup单元会按照规则将顶点进行连接，物体的外形也就会被确定下来。回到游戏角色，也就有了实实在在的骨骼。而这当中的灵魂性操作，便是细节。这一切都要归功于顶点操作，由于我们在视觉上看到的人物每一帧画面的表情都是不一样的，如果重新建模显然不显示，而通过扯动多边形往往能够达到事半功倍的效果。而这，也正是几何单元需要做的事情。它不仅能够大幅降低CPU生成顶点的数量和次数，同时还能完美实现程序员想要的结果。​

蒙皮和打光

接下来要做的就是蒙皮和打光，Vertex Texture和Vertex Lighting会按照程序要求提前访问材质库，并为整个模型附上最基本的带光照信息的底层纹理。也就成了我么非常熟悉的“石膏造型”。​

​但如果你经历过以前的大型游戏，你会发现，很多游戏角色在脸型以及身形上都处于“棱角分明”的状态。这主要原因在于原先的建模能力不足，很多角色只有寥寥几个几何图形组成，能拥有上百个几何图形已经算非常细腻的模具了。这与玩家内心想要的女性角色差距太大。于是人们开始迫切的想要增加顶点的数量。​

​模型细节演进

通过上面所述，其实我们已经可以看到，模型精度的增长对于视觉效果的好处是非常大的，但数量的增加远非1+1那么简单，而是成倍的数量，很显然，CPU承受不了。有时候不得不说，GPU是“好色的”，为了让女性角色更加生动，它毅然决然的担起了这项任务。​

曲面细分过程

在DirectX 11 GPU当中新的Geometry Shader+Tesselation允许GPU自己生成新的顶点并完成设置工作，也就意味着，基本的模型顶点依旧由CPU完成，但当顶点流入GPU后，便发生的变化，GPU当中的几何单元会Geometry Shader中的Hull Shader对曲面要求进行解析查看，寻找控制微表情的控制点，让Tesselator单元根据要求生成新的顶点，根据一种叫做镶嵌系数的东西，将他们送到新的位置上并进行必要调整，如果有，几何单元将会进入一个全新的状态，最由Domain Shader把Hull shader调整好的镶嵌点变成新的顶点输送给setup。而这，也就是我们所谓的Direct 11当中非常重要的突破——曲面细分。​

​有的人或许会说，曲面细分无非是增加顶点数量，随着CPU性能的不断提升，让100万的多边形模型拥有1000万多变形的细腻外观还是可以实现的。但如果场面需要1000个人物呢？为了克服这一难题，在CPU没招的前提下，GPU作为一名“好色之徒’，又想出了顶点引证和DrawInstanced函数。​

​其实它们也非常好理解，就是程序可以先创建一个通用模型的基本信息，哪怕你是网络水军，每天要求发不同的内容，也能通过通用范本快速处理，实现高效的效率，顶点引证所做的事情，其实跟这个是一样的。​

​可以说，几何单元发展是迅速的，GPU作为PC当中的图形处理器，没有几何体，像素、光照、阴影什么的都没有任何意义，但为了游戏中细腻可人的女性角色，GPU在几何精度以及其他方面做了非常的贡献。可以说几何单元是我们在游戏中看到视觉画面的基础，而后续的所有图形效果处理，其实都跑到第一级的2维去处理了，他们中间又发生了什么呢？​​​​