做視頻實在是太困難了，所以我先回歸到文字創(chuàng)作上來（?

PS：這篇文章可能將會是未來某期視頻的文案

本文是我的第一篇非技術(shù)的雜談類文章，但因為我業(yè)余專修圖形學，所以也會穿插很多您不知道的，別人也沒講過的東西?:)??

第一章：3D 游戲史前時代 - 金源誕生

1996 年，一款名為 Quake 的游戲橫空出世。它的開發(fā)商 id Software 開創(chuàng)了商業(yè)游戲引擎的先河。它是由我們的神 John Carmack (約翰·卡馬克) 領導一個很小的團隊開發(fā)的。

Carmack 的履歷已不用過多介紹，反正您只需要知道他是整個游戲引擎領域的神就對了。

Quake 憑借著實時?3D 渲染以及炫酷的特效迅速火了起來，并且直接推動了現(xiàn)代意義上的圖形卡的發(fā)展，3dfx Voodoo 圖形加速卡從某種意義上來說就是為 Quake 而生的。同時 Quake 所衍生出的的電子競技模式與現(xiàn)代 WASD 鍵位也對后來整個游戲界產(chǎn)生了巨大影響。所以 Quake 是 FPS 歷史上最偉大的游戲之一。

說到畫面渲染，Quake 的光照使用了預計算輻射度，用它來生成光照貼圖。雖然那會只提供了直接光照的光照貼圖，但是它提供的光影效果在當年是任何游戲都無法超越的。

1997 年，Quake 2 誕生。它補充上了間接光照的預計算，使得它成為世界上第一款具有全局光照系統(tǒng)的游戲。

同時，Quake 2 也是現(xiàn)代計算機圖形學入門的經(jīng)典案例，它的渲染流程包含了很多現(xiàn)在都在應用的思想。并且 Quake 2 的渲染底層是模塊化的，易于學習和理解。

談到這里，您可能已經(jīng)領會到了 Quake 2 引擎在當年是有多么得誘人了。

這時，幾位懷揣夢想的胖子?（Gabe Newell 等人）很想做一款能轟動業(yè)界的射擊游戲，他們早就看中了 id 的 Quake 引擎。經(jīng)歷了幾番周折，Gabe Newell (G 胖)?托他的前同事?Mike Abrash 的關系找上了卡馬克，接下來就是索取引擎授權(quán)的事了。

當然，卡馬克也慷慨地給了 V 社 Quake 2 的授權(quán)（Fun Fact: 卡馬克）。V 社修改了 Quake 2 引擎的大部分底層組件，用這款新的引擎做了另一款 FPS 歷史上最偉大的游戲之一 —— Half-Life 半條命，這塊新的引擎也有了一個新的名字 'GoldSource" (黃金起源引擎，俗稱金源)

半條命（或整個金源引擎）沿用了 Quake 2 的光照烘焙系統(tǒng)—— "QRAD"，全稱 Quake Radiosity，翻譯過來就是 “雷神之錘輻射度編譯系統(tǒng)”，繼承了 Quake 2 的全局光照編譯功能，使得 1998 年正式發(fā)售的半條命也有不錯的畫面效果。

您可能在上上張圖發(fā)現(xiàn)了，Quake 2 的模型投射了陰影。而半條命（這里展示的是零售版）沒有，這是為什么呢？

其實在 E3 時期的半條命 Alpha 版演示中，它是有陰影的。

和現(xiàn)在普遍使用陰影圖（Shadow Map）的方法不同，半條命（沿用 Quake 2）是使用的 Stencil Shadows，是不是一頭霧水？其實現(xiàn)在普遍使用的方法最大的區(qū)別在于，Stencil Shadows 是通過計算一個投射體積 (Shadow Volume) 來實現(xiàn)的陰影，而 Shadow Map 則是一種生成深度圖的方式，再來比較深度緩沖區(qū)的深度信息來計算陰影。

看到這里，您應該猜到了，Stencil Shadows 最大的一個缺陷就是陰影很硬，并且一般是無法解決的，模型有多硬他就多硬。您可以把它簡單理解為把模型拍扁后投射在貼圖上。并且它不夠 “聰明”，逐對象的 Stencil Shadow 投射 Volume 并不能處理不同陰影之間的信息，而不像 Shadow Map 是一種全局的方案。

標紅部分在實際渲染中體現(xiàn)的問題就是不同物體之間陰影的重疊，剛才那張半條命的截圖也顯示了。

半條命影子重疊了，我覺得不行 ······ V 社不是賣技術(shù)的 ······

—— 著名計算機圖形學家?moemiko?

不過，去除了這充滿 Bug 的 Stencil Shadows，對半條命來說確實是件好事。

最后，算上那些經(jīng)典的局部光照模型，就是大家熟悉的半條命的樣子了。

今天我們花了簡潔的篇幅講了半條命在圖形開發(fā)，尤其是陰影這一塊的問題，下次我們接著講其它的。

請期待 第二章 - 初見起源

Reference

[1] Tomas A-M., et al. "Real Time Rendering Fourth Edition", CRC Press, 2018.

[2] Xi Wang, "01.游戲引擎導論 | GAMES104-現(xiàn)代游戲引擎：從入門到實踐", Bilibili website, 2022.

[3] moemiko, “半條命2在04年到底處于一個什么樣的水準？（光影篇）”, Bilibili website, 2022.