Assassin’s Creed Shadows: Khám Phá Sâu Engine Anvil Mới – Bước Nhảy Vọt Về Công Nghệ

Bước Tiến Vượt Bậc Của Anvil Engine: Nền Tảng Cho Assassin’s Creed Shadows

Sự ra đời của Anvil Engine thế hệ mới không chỉ là một bản nâng cấp đơn thuần mà còn là một cuộc cách mạng về mặt công nghệ đồ họa và vật lý trong thế giới Assassin’s Creed. Nó hứa hẹn mang đến một trải nghiệm nhập vai sâu sắc và chân thực hơn bao giờ hết tại Nhật Bản phong kiến.

Ray Tracing: Tâm Điểm Của Cuộc Cách Mạng Đồ Họa

Ray tracing, đặc biệt là hệ thống chiếu sáng toàn cục (RTGI), là một trong những nâng cấp đáng giá nhất, thay đổi hoàn toàn cách ánh sáng tương tác với môi trường trong game.

Cách Hoạt Động Của Ray-Traced Global Illumination (RTGI)

Hệ thống RTGI hybrid của chúng tôi kết hợp hai bước: dò tia trên từng pixel (tia trong không gian màn hình và tia trong không gian thế giới) và các tầng dò DDGI (Dynamic Diffuse Global Illumination) giống như probe. Đầu tiên, chúng tôi dò tia trên từng pixel trong không gian màn hình, cố gắng giải quyết các giao điểm RT mà không cần sử dụng các tia phần cứng tốn kém. Nếu không tìm thấy điểm chạm trong không gian màn hình, chúng tôi tiếp tục dò tia trong không gian thế giới. Đây là các tia DXR (DirectX Raytracing), chúng đi qua cấu trúc tăng tốc (BVH) cho đến khi chạm hoặc trượt. Tất cả các điểm chạm sau đó được chiếu sáng lại theo kiểu deferred để tạo ra lần bật nảy đầu tiên. Sau đó, kết quả được cộng với các probe ray-traced hoạt động như một bộ đệm bức xạ để mang lại các lần bật nảy tiếp theo, và kết quả cuối cùng được khử nhiễu.

Xử Lý Ánh Sáng Động và Bề Mặt Phản Chiếu

Đối với ánh sáng trực tiếp, chúng tôi sử dụng kỹ thuật tile z-binning để xử lý các nguồn sáng cục bộ, một kỹ thuật được Activision giới thiệu tại Siggraph. Thay vì phân vùng frustum thành các cụm 3D, kỹ thuật này phân tách nó thành các ô 2D và các bin z 1D, giúp tăng tốc 10% chi phí chiếu sáng cho AC Shadows. Tuy nhiên, trong Ray Tracing, chúng tôi chèn các nguồn sáng động vào một cấu trúc chiếu sáng phân cụm đa hướng, hoạt động giống như chiếu sáng phân cụm truyền thống nhưng khối lượng phân cụm được ánh xạ lên một lưới đồng nhất xung quanh camera thay vì lên các voxel của frustum. Với điều này, chúng tôi đã quan sát thấy tốc độ tăng gấp 10 lần so với các phương pháp triển khai đơn giản hơn.

GI (Global Illumination) được áp dụng cho các đối tượng trong suốt chỉ sử dụng các probe RT khi chạy với RTGI. Lần bật nảy đầu tiên đến từ RT trên từng pixel và là cái chúng tôi gọi là tia thứ cấp. Các lần bật nảy tiếp theo đến từ các probe RT hoạt động như một bộ đệm bức xạ. Đối với phản xạ specular (phản xạ gương), hầu hết các nền tảng sẽ sử dụng kết hợp phản xạ không gian màn hình (SSR), bản đồ khối cục bộ gbuffer (được bake nhưng có thể chiếu sáng lại lúc chạy) và một bản đồ khối động tại vị trí người chơi làm phương án dự phòng. Tuy nhiên, trên PC và PS5 Pro, RT specular có sẵn để thay thế ba hệ thống đó và cải thiện độ trung thực tổng thể. RT specular rất giống với RT khuếch tán về mặt thiết kế, mặc dù chúng tôi đã phải khắc phục một số vấn đề về chất lượng BVH mà nếu không thì khó có thể nhận thấy.

Cấu Trúc BVH và Những Gì Được Bao Gồm

Chúng tôi chỉ bao gồm hình học tĩnh không trong suốt trong BVH. Nó bao gồm hình học được kiểm tra alpha, chẳng hạn như thảm thực vật, nhưng cũng bao gồm các đối tượng chuyển động động không bị biến dạng da (không bị biến dạng). Đối với lá cây, chúng tôi sử dụng một mẹo để giả lập kiểm tra alpha bằng các tam giác không trong suốt được chia tỷ lệ. Nghe có vẻ phản trực giác nhưng nó hoạt động rất tốt trong thực tế và cũng là một ước tính rất tốt cho RT specular. Với điều này, chúng tôi tiết kiệm được chi phí khổng lồ của DXR “any hits” trong khi vẫn tạo ra các kết xuất gần với tham chiếu.

Các Giải Pháp Chiếu Sáng Toàn Cục (GI) Đa Dạng

Ubisoft đã đưa ra lựa chọn chiến lược khi cung cấp cả giải pháp GI được bake sẵn truyền thống và RTGI tiên tiến, mang đến sự linh hoạt cho người chơi trên nhiều cấu hình phần cứng.

Tại Sao Có Hai Giải Pháp GI?

Chúng tôi sử dụng GI bake cho thế giới mở trên các chế độ console không bao gồm RTGI. Đối với các PC không hỗ trợ RT phần cứng, chúng tôi đã phát triển một giải pháp RT phần mềm dựa trên compute-shader tùy chỉnh cho phép có một nơi ẩn náu hoàn toàn động mà không ảnh hưởng đến chất lượng. Bản chất giới hạn/đóng hộp của nơi ẩn náu có nghĩa là chúng tôi có thể chi trả chi phí GPU cao hơn của hệ thống này tại đây. Chúng tôi đã phát triển điều này sau sự trì hoãn ban đầu của AC Shadows, khi chúng tôi lùi lại một bước và phân tích nơi chúng tôi có thể cung cấp trải nghiệm bóng bẩy hơn cho người chơi. Công nghệ tương tự cũng được sử dụng trên Steam Deck.

Lý do đơn giản là chúng tôi tin rằng việc ép buộc RT đối với người chơi ngày nay, đặc biệt là trên PC và cả trong các chế độ hiệu năng trên console, buộc chúng tôi phải hy sinh về chất lượng mà chúng tôi đơn giản là không muốn chấp nhận. Chúng tôi tự hào về hệ thống GI bake mà chúng tôi đã liên tục cải tiến từ AC Unity – với thời gian trong ngày trong AC Syndicate, GI thưa thớt trong AC Origins, GI đa trạng thái trong AC Valhalla và các mùa trong AC Shadows.

Đó là một hệ thống có chi phí chạy thấp nhưng tạo ra kết quả tuyệt vời, đổi lại là sự phức tạp trong quá trình xây dựng. Điều này cho phép chúng tôi sử dụng ngân sách GPU hạn chế của mình trong các kịch bản 60fps trên console cho các tính năng khác, như cây cối và thảm thực vật được mô phỏng theo thủ tục. Chúng tôi biết các chế độ hiệu năng rất quan trọng đối với người chơi và nó sẽ là một chế độ phổ biến.

Mặt khác, RTGI và phản xạ RT có những lợi thế không thể phủ nhận, và việc chúng tôi phát triển điều này cho Shadows và các tựa game trong tương lai là điều tự nhiên. Chúng tôi tin rằng trò chơi đưa ra một tình thế tiến thoái lưỡng nan thực sự về việc lựa chọn giữa chế độ chất lượng hoặc hiệu năng. Sẽ dễ dàng hơn cho chúng tôi nếu phát triển một giải pháp GI duy nhất, nhưng chúng tôi muốn tối đa hóa phạm vi tiếp cận của trò chơi, thậm chí bao gồm cả Steam Deck và phần cứng PC di động.

Tái Hiện Thế Giới Sống Động: Từ Sợi Tóc Đến Môi Trường Tương Tác

Ngoài hệ thống chiếu sáng, Anvil Engine mới còn mang đến những cải tiến đáng kể trong việc tái hiện chi tiết nhân vật và môi trường, tạo nên một thế giới Nhật Bản phong kiến chân thực và sống động.

Công Nghệ Tóc Tiên Tiến: Chi Tiết và Vật Lý

Về mặt hình học, các sợi tóc là các dải tam giác hướng về phía camera. Nếu do phối cảnh, chiều rộng của sợi tóc cần nhỏ hơn một pixel, nó sẽ giảm độ mờ của sợi tóc trong khi vẫn giữ nguyên chiều rộng. Một kiểu tóc nhân vật có số lượng sợi thay đổi, giảm dần theo khoảng cách và vị trí của camera. Ánh sáng được tính toán trong ít mẫu hơn dọc theo sợi so với số lượng đỉnh và cũng giảm dần theo khoảng cách camera. Để có khả năng mở rộng, chỉ một tỷ lệ phần trăm nhất định của các sợi được chiếu sáng theo cách này, trong khi phần còn lại nội suy từ các kết quả trước đó.

Về mặt vật lý, chúng tôi mô phỏng tối đa 32 điểm trên mỗi sợi cho một đến năm phần trăm tổng số sợi – cái chúng tôi gọi là sợi dẫn hướng – và nội suy phần còn lại bằng cách sử dụng trọng số tâm khối từ ba sợi dẫn hướng gần nhất.

Để tô bóng tóc, chúng tôi sử dụng mô hình Marschner, đã có mặt trong engine từ Ghost Recon Wildlands, và mô hình tán xạ kép. Việc triển khai chủ yếu dựa trên bài báo gốc năm 2008 của Zinke, Yuksel và cộng sự), với một số ước tính được lấy từ bài báo năm 2010 của Sadeghi và Tamstorf Disney).

Để tạo bóng, chúng tôi có một atlas tùy chỉnh cho chất lượng cao hơn và bóng trên mỗi sợi, triển khai bản đồ độ mờ sâu được lọc. Ngoài ra, để có khả năng mở rộng, chúng tôi có phương pháp hấp thụ khoảng cách và phương pháp bản đồ độ sâu đơn giản. Để khử răng cưa, chúng tôi có khử răng cưa “phone-wire” cho các sợi, và MSAA và lọc song tuyến cho các impostor sợi tóc. Vì các sợi được kết xuất bằng alpha blending, chúng tôi có một thuật toán độ trong suốt độc lập thứ tự tùy chỉnh sử dụng bốn lớp độ sâu và một phương pháp trộn trọng số mẫu bên trong mỗi lớp, lấy cảm hứng từ bài báo Weighted Blended OIT năm 2013 của Morgan McGuire và Louis Bavoil.

Công nghệ tóc tiên tiến trong Assassin's Creed Shadows mang lại độ chân thực cao

Môi Trường Tương Tác và Hệ Thống Phá Hủy Mới

Hệ thống Atmos mô phỏng thời tiết và gió dựa trên các yếu tố môi trường như độ ẩm và nhiệt độ. Sự năng động này ảnh hưởng đến thế giới một cách thủ tục: cây cối đung đưa, tóc chuyển động và các hạt như lá hoặc tuyết phản ứng với gió. Tính tương tác được nhấn mạnh hơn nữa với hệ thống phá hủy dựa trên vật lý, cho phép người chơi phá vỡ tre, cắt xuyên qua các bức tường mỏng hoặc cắt vải.

Loại Bỏ Hiện Tượng “Pop-in” với Micropolygon Geometry

Về mặt hình ảnh, hệ thống hình học micropolygon – tương tự như Nanite của Unreal Engine – loại bỏ hiện tượng nhảy cấp độ chi tiết (LOD popping) cho các đối tượng cứng như tòa nhà và đá. Mặc dù chưa được áp dụng cho thảm thực vật hoặc nhân vật, các kế hoạch mở rộng trong tương lai được dự định để nâng cao độ trung thực hơn nữa.

Tối Ưu Hóa Hiệu Năng và Chất Lượng Hình Ảnh

Việc tích hợp hàng loạt công nghệ mới đòi hỏi sự tối ưu hóa cẩn thận để đảm bảo trải nghiệm mượt mà trên nhiều nền tảng khác nhau, từ console thế hệ hiện tại đến PC và thậm chí cả Steam Deck.

Khử Răng Cưa và Tái Tạo Hình Ảnh: TAA, PSSR và FSR

Chúng tôi sử dụng triển khai TAA (Temporal Anti-Aliasing) riêng mà chúng tôi đã liên tục tinh chỉnh – mặc dù chúng tôi sẽ bổ sung hỗ trợ cho PSSR (PlayStation Spectral Super Resolution) trên PS5 Pro trong một bản cập nhật trong tương lai.

Nói một cách đơn giản, chi phí của FSR (FidelityFX Super Resolution) so với triển khai TAA độc quyền của chúng tôi là yếu tố quyết định. Chúng tôi có độ phân giải trước khi nâng cấp cao hơn so với FSR.

Về PSSR, chúng tôi đã phân tích PSSR và TAA tại thời điểm phát hành AC Shadows và nhận thấy kết quả tốt hơn với giải pháp TAA của chúng tôi. Tuy nhiên, PSSR là một bộ nâng cấp mới và sau sự hợp tác sâu rộng với Sony trong vài tháng qua, nhiều vấn đề đã được giải quyết, chủ yếu xoay quanh thảm thực vật và mặt nước chuyển động – những vấn đề mà các tựa game khác đã gặp phải. Giờ đây, chúng tôi tự tin rằng chất lượng hình ảnh với PSSR sẽ luôn tốt hơn so với TAA.

Giới Hạn Khung Hình Cutscene: Lý Do Đằng Sau

Có một số lý do. Vì các đoạn cắt cảnh mang tính chiêm nghiệm hơn, chúng tôi tin rằng độ phân giải tăng lên sẽ có lợi hơn tốc độ khung hình tăng lên. Điều này cho phép chúng tôi kích hoạt các tính năng GPU tốn kém bất kể chế độ hiệu năng được chọn, với các sợi tóc và hiệu ứng độ sâu trường ảnh bổ sung rất nhiều chất lượng cho các đoạn phim và hội thoại. Chúng tôi cũng đang đẩy mạnh chất lượng độ phân giải bóng và hàng tá thông số khác. Tốc độ 30fps ổn định cũng cung cấp chuyển động vải chân thực hơn và đảm bảo các hệ thống dựa trên vật lý phản ứng xác định và dự đoán hơn để có trải nghiệm bóng bẩy hơn. Cuối cùng, việc tạo khung hình có thể mang lại các hiện vật không mong muốn cho các đoạn cắt cảnh mà sẽ ít được chú ý hơn trong gameplay, vì vậy chúng tôi không sử dụng tính năng tạo khung hình ở đây.

Tối Ưu Riêng Cho PS5 Pro

Phản xạ RT (Ray-traced reflections) đã được phát triển sau sự trì hoãn ban đầu của AC Shadows. Do sự thay đổi trong cửa sổ phát hành, chúng tôi muốn đảm bảo rằng chúng tôi vẫn cạnh tranh trên các PC cao cấp và PS5 Pro. Chúng tôi có một đội ngũ cực kỳ năng động đã học hỏi được rất nhiều khi phát triển giải pháp RTGI và cảm thấy tự tin trong việc đạt được mục tiêu phát hành phản xạ RT với mục tiêu hiệu năng 30fps trên Pro. Khi ra mắt, ưu tiên của chúng tôi là chế độ chất lượng đặc biệt để đảm bảo nó không gây ra các hiện vật đồ họa hoặc các vấn đề khác. Chúng tôi đã tiếp tục tối ưu hóa phản xạ RT và trò chơi nói chung, và chúng tôi vui mừng thông báo rằng một bản cập nhật trong tương lai sẽ kích hoạt phản xạ RT trên chế độ cân bằng của PS5 Pro.

So sánh đồ họa Assassin's Creed Shadows trên các hệ máy console khác nhau

Giải Quyết Vấn Nạn Giật Hình (Stutter) Do Biên Dịch Shader

Đây là một thách thức mà tất cả các game DX12 phải đối mặt trên PC. Ý tưởng chung là “làm nóng trước” các PSO (Pipeline State Objects) trước khi vào gameplay. Để làm điều đó, chúng tôi đang sử dụng cái gọi là PSODB (cơ sở dữ liệu PSO); nói tóm lại, đó là một danh sách các mô tả PSO. Phần khó là tìm ra những gì cần đưa vào PSODB và những gì cần bỏ qua. Như bạn có thể tưởng tượng, chúng tôi có một số lượng lớn vật liệu và kỹ thuật, do đó có một số lượng lớn shader, và quan trọng hơn là các hoán vị shader – không phải tất cả chúng đều được sử dụng trong trò chơi. Việc đưa mọi hoán vị shader vào PSODB sẽ dẫn đến một bước tiền biên dịch shader rất dài khi khởi động lần đầu mà chúng tôi muốn tránh.

Thay vào đó, chúng tôi đang làm hai việc: đối với những shader được tạo bởi các lập trình viên, chúng tôi có thể tìm ra các hoán vị chính xác hữu ích, vì vậy chúng tôi thêm chúng vào PSODB một cách thủ công. Nhưng không thể làm như vậy đối với những shader được tạo bởi các nghệ sĩ bằng đồ thị shader. Để làm điều đó, chúng tôi sử dụng số liệu thống kê mà chúng tôi thu thập mỗi khi ai đó chơi phiên bản phát triển của trò chơi, sau đó một quy trình đặc biệt chạy qua đêm trên trang trại xây dựng của chúng tôi sẽ thu thập các số liệu thống kê đó, tinh chỉnh chúng và cập nhật PSODB. Do đó, trò chơi tự sửa lỗi trong quá trình QC (Quality Control – Kiểm soát chất lượng).

Khi chạy trò chơi lần đầu tiên và sau mỗi lần cập nhật trình điều khiển, chúng tôi xây dựng các mô tả PSO từ PSODB và chúng tôi thực hiện việc biên dịch này ngay khi phần cứng đồ họa được khởi tạo, trong chuỗi khởi động trò chơi. Hệ thống này đã được giới thiệu trong AC Valhalla và chúng tôi tin rằng chúng tôi là người đầu tiên làm như vậy vào thời điểm đó trong ngành. Cập nhật thêm các tin tức game mới nhất để không bỏ lỡ các thông tin quan trọng.