騰訊游戲開(kāi)發(fā)精髓II

2019年，騰訊游戲?qū)W堂聯(lián)合多名技術(shù)專(zhuān)家，整理沉淀前沿技術(shù)方案，出版《騰訊游戲開(kāi)發(fā)精粹》，受到了行業(yè)的關(guān)注和認(rèn)可。經(jīng)過(guò)2年籌備，《騰訊游戲開(kāi)發(fā)精粹Ⅱ》正式發(fā)布，收錄 21 個(gè)在上線(xiàn)項(xiàng)目中得到驗(yàn)證的技術(shù)方案，深入介紹騰訊游戲的新研究成果和新技術(shù)進(jìn)展，涉及人工智能、計(jì)算機(jī)圖形、動(dòng)畫(huà)和物理、客戶(hù)端架構(gòu)和技術(shù)、服務(wù)端架構(gòu)和技術(shù)及管線(xiàn)和工具等多個(gè)方向。適合游戲從業(yè)者、游戲相關(guān)專(zhuān)業(yè)師生及對(duì)游戲幕后技術(shù)原理感興趣的普通玩家。

在《騰訊游戲開(kāi)發(fā)精粹Ⅱ》中，你能了解到以下技術(shù)方案：

#第一部分

人工智能

第一章，基于照片的角色捏臉和個(gè)性化技術(shù)

角色的個(gè)性化已經(jīng)成為現(xiàn)今游戲的一個(gè)常見(jiàn)需求。根據(jù)用戶(hù)的照片，生成帶有用戶(hù)特征的游戲人臉將會(huì)提升用戶(hù)的角色代入感和游戲體驗(yàn)。本方案設(shè)計(jì)了一個(gè)智能捏臉系統(tǒng)，可以根據(jù)用戶(hù)上傳或拍攝的人臉照片進(jìn)行自動(dòng)的三維人臉關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)，將標(biāo)準(zhǔn)的人臉根據(jù)游戲風(fēng)格進(jìn)行相應(yīng)的變化，生成保持用戶(hù)人臉特征且具備游戲風(fēng)格的三維人臉模型。

第二章，強(qiáng)化學(xué)習(xí)在游戲AI 中的應(yīng)用

通過(guò)利用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)，我們?cè)诟?jìng)速類(lèi)、格斗對(duì)戰(zhàn)類(lèi)等品類(lèi)的游戲上建立了快速的游戲AI生成管線(xiàn)。它只需要部分的人工參與，即可以批量地生成高質(zhì)量的BOT AI。這些BOT AI在競(jìng)技水平上不僅能夠比肩人類(lèi)頂尖玩家，也能適配各個(gè)段位的人類(lèi)玩家。與此同時(shí)，這些BOT AI在擬人性上也相比傳統(tǒng)方法有更佳表現(xiàn)。

第三章，多種機(jī)器學(xué)習(xí)方法在賽車(chē)AI 中的綜合應(yīng)用

第三章以研發(fā)高強(qiáng)度的競(jìng)速賽車(chē)AI為目標(biāo)，介紹遺傳算法、監(jiān)督學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)在賽車(chē)AI中的研究和應(yīng)用。文章首先介紹利用遺傳算法進(jìn)行程序自動(dòng)化調(diào)參解決人工調(diào)整AI參數(shù)的復(fù)雜問(wèn)題，以得到能力較為不錯(cuò)的賽車(chē)AI參數(shù)；再采用通俗易懂的語(yǔ)言，介紹監(jiān)督學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練賽車(chē)AI模型的基礎(chǔ)知識(shí)以及落地過(guò)程中可能面臨的挑戰(zhàn)，并對(duì)它們的應(yīng)用做簡(jiǎn)要分析，以便于缺少相關(guān)知識(shí)的游戲從業(yè)人員了解這兩項(xiàng)技術(shù)。

第四章，數(shù)字人級(jí)別的語(yǔ)音驅(qū)動(dòng)面部動(dòng)畫(huà)生成

本章論述了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法的語(yǔ)音驅(qū)動(dòng)數(shù)字人處理框架和相關(guān)算法。與 傳統(tǒng)的基于規(guī)則或數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的Lip Sync（Lip Synchronization，唇形同步）解決方案不同，該方案分析了高保真數(shù)字人面部綁定系統(tǒng)的制作管線(xiàn)和數(shù)據(jù)特點(diǎn)，并從機(jī)器學(xué)習(xí)的角度對(duì)該綁定進(jìn)行抽象，定義了一個(gè)語(yǔ)音-控制器的端到端學(xué)習(xí)框架?；谶@個(gè)框架，提出了一種基于深度學(xué)習(xí)的語(yǔ)音驅(qū)動(dòng)面部動(dòng)畫(huà)模型。

#第二部分

計(jì)算機(jī)圖形

第五章，實(shí)時(shí)面光源渲染

隨著基于物理的渲染在實(shí)時(shí)渲染領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，面光源變得越來(lái)越重要。面光源與經(jīng)典的方向光、點(diǎn)光源等光源的區(qū)別在于其解為一個(gè)積分式，求解方向中Linearly Transform Cosine（LTC）由于精確性、較好的性能、支持多種類(lèi)型的光源成為游戲等實(shí)時(shí)渲染應(yīng)用程序的首選方案。然而要將LTC 在移動(dòng)平臺(tái)的生產(chǎn)項(xiàng)目中使用仍然存在不少挑戰(zhàn)。本章將對(duì)一系列在實(shí)踐中遇到的問(wèn)題展開(kāi)討論。

第六章，可定制的快速自動(dòng)化全局光照和可見(jiàn)性烘焙器

本章提供了一個(gè)可定制的快速烘焙方案，底層提供基于Voxel（體素）的快速構(gòu)建和光線(xiàn)追蹤，上層根據(jù)需求提供若干烘焙實(shí)現(xiàn)。該方案具有硬件要求低、可快速迭代、全自動(dòng)等優(yōu)勢(shì)，如《王者榮耀》的對(duì)戰(zhàn)地圖可以在幾秒之內(nèi)預(yù)覽烘焙效果，大大提升了項(xiàng)目美術(shù)迭代的效率。

第七章，物質(zhì)點(diǎn)法在動(dòng)畫(huà)特效中的應(yīng)用

最近一段時(shí)間，高質(zhì)量的動(dòng)畫(huà)與電影中（尤其是好萊塢）開(kāi)始使用一種稱(chēng)為物質(zhì)點(diǎn)法（Material Point Method）的新的物理模擬技術(shù)。我們基于物質(zhì)點(diǎn)法開(kāi)發(fā)了可以用于制作對(duì)視覺(jué)細(xì)節(jié)要求較高的CG過(guò)場(chǎng)動(dòng)畫(huà)的Physion，可以充分發(fā)揮最新的GPU架構(gòu)提供的強(qiáng)大計(jì)算力；與傳統(tǒng)的CPU模擬器相比，計(jì)算效率提高了數(shù)百倍，在PC端絕大多數(shù)場(chǎng)景下可以達(dá)到實(shí)時(shí)或者準(zhǔn)實(shí)時(shí)的速度。

第八章，高自由度捏臉的表情動(dòng)畫(huà)復(fù)用方案

本章所闡述的技術(shù)方案幫助游戲美術(shù)師高效制作捏臉控制器，賦予玩家更高的自定義形象的能力。面部表情捕捉方案可以生產(chǎn)高質(zhì)量的表情動(dòng)畫(huà)美術(shù)資產(chǎn)。表情補(bǔ)償技術(shù)將細(xì)膩的表情融入玩家捏出的特征臉。最后，通過(guò)針對(duì)移動(dòng)端的表情系統(tǒng)性能優(yōu)化和LOD 方案，使得更多的手機(jī)游戲玩家可以體驗(yàn)到這一切。

#第三部分

動(dòng)畫(huà)和物理

第九章，多足機(jī)甲運(yùn)動(dòng)控制解決方案

本章總結(jié)了一套以程序化動(dòng)畫(huà)為核心，結(jié)合動(dòng)畫(huà)序列、曲線(xiàn)控制及物理模擬等手段來(lái)增強(qiáng)表現(xiàn)力的解決方案。該方案不僅從根本上解決了滑步問(wèn)題，還能為不同形態(tài)的機(jī)甲快速生產(chǎn)和迭代運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫(huà)，使小團(tuán)隊(duì)在人力資源有限的情況下，依然能高效地打造高品質(zhì)的機(jī)甲運(yùn)動(dòng)效果。

第十章，物理查詢(xún)介紹及玩法應(yīng)用

物理引擎的應(yīng)用是游戲開(kāi)發(fā)的重要組成部分。本章主要介紹物理引擎中的物理查詢(xún)功能，同時(shí)附帶相關(guān)玩法的實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)閱讀本章，讀者可以了解物理查詢(xún)的作用和基本分類(lèi)，以及3 種查詢(xún)類(lèi)別的算法和相關(guān)玩法實(shí)踐。

第十一章，基于物理的角色翻越攀爬通用解決方案

我們開(kāi)發(fā)了CP（Collison Probe，碰撞探測(cè)）系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于物理系統(tǒng)的場(chǎng)景查詢(xún)（Scene Query）功能，適用于各種不同的物理系統(tǒng)接口。本章介紹的算法在游戲《無(wú)限法則》中已經(jīng)正式使用。開(kāi)發(fā)中的難點(diǎn)主要來(lái)自對(duì)游戲中復(fù)雜情況的歸納和算法的復(fù)雜度控制。

#第四部分

客戶(hù)端架構(gòu)和技術(shù)

第十二章，跨游戲引擎的H5 渲染解決方案

本章介紹一種方法，通過(guò)實(shí)現(xiàn)一套精簡(jiǎn)版本的HTML5渲染引擎來(lái)屏蔽不同游戲引擎、平臺(tái)的底層差異，同時(shí)保留游戲引擎必要的交互體驗(yàn)，可以采用H5 的開(kāi)發(fā)方式來(lái)快速實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)活動(dòng)開(kāi)發(fā)，最終做到開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)分離，運(yùn)營(yíng)部門(mén)自主開(kāi)發(fā)運(yùn)營(yíng)活動(dòng)而不依賴(lài)游戲發(fā)版節(jié)奏。

第十三章，大世界的場(chǎng)景復(fù)雜度管理方案

在相同的硬件平臺(tái)下，復(fù)雜度管理方案很大程度上決定了大世界場(chǎng)景里填充內(nèi)容的數(shù)量和質(zhì)量。本方案基于控制理論中的負(fù)反饋控制系統(tǒng)，最終可達(dá)成：1、離線(xiàn)檢測(cè)工具，自動(dòng)分析場(chǎng)景各區(qū)域復(fù)雜度。2、運(yùn)行時(shí)根據(jù)平臺(tái)設(shè)定，智能控制場(chǎng)景內(nèi)容的加載卸載、顯示隱藏、LOD控制等。3、根據(jù)平臺(tái)負(fù)載能力和當(dāng)前負(fù)荷，更有效的控制運(yùn)行負(fù)荷，獲取平滑的fps。

第十四章，基于多級(jí)細(xì)節(jié)網(wǎng)格的場(chǎng)景動(dòng)態(tài)加載

大型次世代手游在移動(dòng)端極易遇到大規(guī)模場(chǎng)景加載導(dǎo)致的性能問(wèn)題，Level Streaming（關(guān)卡流式加載）是用于解決大場(chǎng)景加載的一類(lèi)技術(shù)。本章將介紹一種基于多級(jí)細(xì)節(jié)網(wǎng)格的Level Streaming 技術(shù)，它可以提高加載速度，降低加載內(nèi)存，改善加載卡頓等性能問(wèn)題。

#第五部分

服務(wù)端架構(gòu)和技術(shù)

第十五章，面向游戲的高性能服務(wù)網(wǎng)格TbusppMesh

TbusppMesh 是一款騰訊自研的適合游戲微服務(wù)化的ServiceMesh（服務(wù)網(wǎng)格），提供了有狀態(tài)服務(wù)一致性Hash 路由、選主、容災(zāi)等適合游戲業(yè)務(wù)場(chǎng)景的核心能力，助力游戲微服務(wù)化改造上云并提高CI/CD 效率。本章從數(shù)據(jù)通信、組網(wǎng)策略、有狀態(tài)服務(wù)3 個(gè)方面介紹TbusppMesh 的技術(shù)原理和實(shí)現(xiàn)。

第十六章，游戲配置系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本章主要介紹一種便捷的游戲配置管理方式，它實(shí)現(xiàn)了可視化管理、版本歷史和回滾和一站式發(fā)布。本章在講述游戲配置系統(tǒng)的同時(shí)，會(huì)對(duì)整個(gè)游戲配置從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到使用進(jìn)行詳細(xì)介紹，并在Github 上發(fā)布了一個(gè)Demo 實(shí)例供讀者對(duì)照參考。讀者可以在Github 上探索configmanagedemo 查看Demo 具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。

第十七章，游戲敏捷運(yùn)營(yíng)體系技術(shù)

我們提出的一套不依賴(lài)版本的敏捷運(yùn)營(yíng)技術(shù)DataMore及其服務(wù)體系，基于游戲的日志以及標(biāo)準(zhǔn)化API接口，借助于實(shí)時(shí)計(jì)算能力打造的與游戲解耦的運(yùn)營(yíng)工具鏈，幫助游戲?qū)崿F(xiàn)敏捷快速運(yùn)營(yíng)。

#第六部分

管線(xiàn)和工具

第十八章，從照片到模型

2019 年，舉世聞名的巴黎圣母院被燒毀。所幸早年已經(jīng)有學(xué)者對(duì)整個(gè)巴黎圣母院進(jìn)行了完整的掃描和建模，這對(duì)后續(xù)的重建工作起到了重要的指導(dǎo)作用。本章搭建的Photogrammetry 生產(chǎn)管線(xiàn)可以用于從普通大小物件到大地形、大型物件模型的重建，將從拍攝照片到輸出可用于實(shí)時(shí)渲染的模型的整個(gè)流程智能化、自動(dòng)化，以便用較少的人力、較快的速度完成大規(guī)模室外場(chǎng)景的3D 重建工作。這將對(duì)游戲制作、數(shù)字化展覽、數(shù)字化記錄保存歷史文化遺產(chǎn)、科學(xué)研究等起到很大的幫助作用。

第十九章，一種可定制的Lua 代碼編輯檢測(cè)工具

Lua 語(yǔ)法簡(jiǎn)單、使用靈活，在游戲開(kāi)發(fā)中十分流行。但其生態(tài)并不完善，各插件在對(duì)Lua 項(xiàng)目的支持上仍存在一些不足。本章遵從微軟LSP（Language Server Protocol，語(yǔ)言服務(wù)協(xié)議），前端使用TypeScript 語(yǔ)言，后端使用Go 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了一款跨平臺(tái)Lua 工具。目前主要提供了VSCode 插件的應(yīng)用LuaHelper。

第二十章，安卓平臺(tái)非托管內(nèi)存分析方案

安卓平臺(tái)一直缺乏簡(jiǎn)單易用的非托管內(nèi)存數(shù)據(jù)采集與分析工具。對(duì)于大型游戲項(xiàng)目來(lái)講，沒(méi)有合適的底層工具，內(nèi)存分析就是噩夢(mèng)般的存在。本章旨在通過(guò)整合安卓平臺(tái)中的相關(guān)技術(shù)，提供一種易用且高效的非托管內(nèi)存數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析解決方案。

第二十一章，過(guò)程化河流生成方法研究與應(yīng)用

目前比較有特色的河流生成方法是游戲《地平線(xiàn)：黎明時(shí)分》中提出的方法，考慮了階梯瀑布、山谷侵蝕、寬度變化等河流自然特征，能夠得到比較生動(dòng)的效果。本章借鑒地平線(xiàn)方法，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充和擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)一套魯棒可控的河流生成系統(tǒng)。

本書(shū)獲多位業(yè)界高層、行業(yè)專(zhuān)家力薦

騰訊公司把自己技術(shù)人才多年研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)積累編篡出書(shū)，無(wú)疑是對(duì)中國(guó)游戲技術(shù)研發(fā)的巨大貢獻(xiàn)。

——姚勇，北京永航科技有限公司CTO

從業(yè)的開(kāi)發(fā)人員或有興趣在相關(guān)技術(shù)方向發(fā)展的同學(xué)能從中獲得行業(yè)中較新的且已經(jīng)落地的技術(shù)的第一手資料。

——王禰，Epic Games China 首席引擎工程師

該書(shū)不僅體現(xiàn)了人工智能與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)深度融合這一技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，還深入介紹了工業(yè)界非常關(guān)注的內(nèi)存管理、客戶(hù)端和服務(wù)端架構(gòu)等工程實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，能讓讀者全面、快速地了解實(shí)時(shí)圖形的新技術(shù)進(jìn)展。

——金小剛，浙江大學(xué)-騰訊游戲智能圖形創(chuàng)新技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任

本書(shū)由鵝廠游戲的技術(shù)大牛出品，記錄和分享了在面對(duì)技術(shù)時(shí)代變遷時(shí)，在大型在線(xiàn)游戲作品中如何應(yīng)用AI 技術(shù)和場(chǎng)景落地的經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)，以及他們的思辨路徑。推薦給喜歡游戲產(chǎn)業(yè)，喜歡AI 新科技的朋友們。

——張志東，騰訊主要?jiǎng)?chuàng)辦人

我們嘗試將項(xiàng)目中積累沉淀的前沿技術(shù)方案與全行業(yè)共享，希望能激發(fā)出更多的想象力和創(chuàng)意，不斷豐富游戲技術(shù)在不同場(chǎng)景、產(chǎn)業(yè)運(yùn)用的可能，共同探索產(chǎn)業(yè)契合未來(lái)的可能路徑。

——馬曉軼，騰訊集團(tuán)高級(jí)副總裁

作為《騰訊游戲開(kāi)發(fā)精粹》的續(xù)作，本書(shū)維度更豐富、技術(shù)更前沿，希望為讀者朋友們提供更好的閱讀體驗(yàn)。同時(shí)，期待能以本書(shū)為契機(jī)，促進(jìn)游戲行業(yè)更多的分享交流，推動(dòng)游戲行業(yè)良性發(fā)展，助力游戲人成就游戲夢(mèng)想。

——夏琳，騰訊游戲副總裁、騰訊游戲?qū)W堂院長(zhǎng)

《騰訊游戲開(kāi)發(fā)精粹Ⅱ》和時(shí)下的熱詞Metaverse（元宇宙）遙相呼應(yīng)：騰訊游戲在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、動(dòng)畫(huà)上的實(shí)踐，工業(yè)化的生產(chǎn)流水線(xiàn)，各種AI 能力和應(yīng)用，大世界的C/S 架構(gòu)……凡此種種，均有助于讀者搭建自己的虛擬世界。

——崔曉春，騰訊游戲副總裁、騰訊游戲公共研發(fā)運(yùn)營(yíng)體系負(fù)責(zé)人

對(duì)于正在從事游戲開(kāi)發(fā)或?qū)τ螒蜷_(kāi)發(fā)好奇的讀者，本書(shū)既可以拓展知識(shí)面，又可以對(duì)照著動(dòng)手實(shí)踐。

——徐成龍，騰訊互動(dòng)娛樂(lè)天美工作室群技術(shù)中心副總經(jīng)理

《騰訊游戲開(kāi)發(fā)精粹Ⅱ》是一部技術(shù)好文集錦，囊括了當(dāng)前游戲開(kāi)發(fā)所必需的多種關(guān)鍵技術(shù)。

——陸遙，騰訊互動(dòng)娛樂(lè)光子工作室群技術(shù)中心助理總經(jīng)理

本書(shū)由騰訊游戲多位資深技術(shù)專(zhuān)家共同編撰，涵蓋了游戲研發(fā)各重要領(lǐng)域的知識(shí)，代表了騰訊游戲前沿的技術(shù)實(shí)踐。

——朱新其，騰訊互動(dòng)娛樂(lè)魔方工作室群魔鏡工作室總經(jīng)理

《騰訊游戲開(kāi)發(fā)精粹Ⅱ》貴在實(shí)戰(zhàn)和實(shí)踐，除技術(shù)和算法外，我們更能看到這些技術(shù)和算法是如何應(yīng)用到具體的項(xiàng)目中最終面見(jiàn)玩家的，是一個(gè)有實(shí)戰(zhàn)意義的完整分享。

——安柏霖，騰訊互動(dòng)娛樂(lè)北極光工作室群技術(shù)總監(jiān)

希望本書(shū)用心編撰的內(nèi)容能給予讀者更多啟發(fā)，我們一起知行并進(jìn)，持續(xù)探索前沿技術(shù)對(duì)游戲開(kāi)發(fā)的內(nèi)在提升。

——沈黎，騰訊互動(dòng)娛樂(lè)NExT Studios 負(fù)責(zé)人