26、游戏开发中的光照与音效优化

游戏开发中的光照与音效优化

一、光照设计基础

在游戏开发中，光照是营造氛围和引导玩家的重要元素。不同类型的游戏对光照的运用也有所不同，例如恐怖游戏常利用光源驱赶敌人，但受电池电量限制。像《Boktai》这款老游戏，就使用了Game Boy的光传感器外设来为武器充电，在黑暗环境中游戏难度更高。

（一）Unity光照概述

Unity中有内置渲染器、URP和HDRP等不同的光照系统，这里主要讨论URP光照。要实现出色的光照效果，需先了解基础操作。以下是在Unity中进行光照设置的基本步骤：
1. 混合光照 ：混合光照结合了间接烘焙光照和动态光照。
- 间接烘焙光照 ：实时光线照射到静态游戏对象上，反射的光线会被烘焙到光照贴图上。
- 静态游戏对象 ：在检查器中勾选“Static”复选框来定义静态游戏对象。例如，确定在整个游戏中都不会移动的混凝土围栏，就可将其设为静态。
- 光照贴图 ：这是一组不允许与要烘焙光照的对象重叠的UV。导入模型时，可让Unity为你生成光照贴图UV，方法是选择3D模型的FBX文件，然后选择“Generate Lightmap UVs”。勾选复选框后，会出现光照贴图UV设置，这些设置能完成基本配置，但可能需要检查每个属性，确保每个对象按预期接收光照。
- 可烘焙的光源 ：方向光、聚光灯、点光源和区域光都可在生成或烘焙光照时添加到光照贴图中。
- 动态光照 ：也称为实时光照，涉及实时阴影和许多相关设置。实时光照应用于未被选为静态的项目，如骨骼网格，因其会移动，所以始终是实时的。
- 阴影设置 ：在URP资产的阴影设置中，可设置阴影质量下降的距离。级联（Cascades）表示光线质量下降的次数，默认以米为单位。可设置测试场景，查看每个级联距离的阴影效果，以辅助决策。
- 实时光源类型 ：方向光、点光源和聚光灯可用于实时光照信息，区域光无法创建实时阴影。
- 混合光照模式 ：一些游戏可能只使用烘焙光照或实时光照，而大多数URP游戏会同时使用两者。选择光源时，检查器中有实时、混合或烘焙的选项。混合光照的优点是，光照在静态部分被烘焙，但遇到非静态游戏对象时表现为动态，这对类似太阳的方向光很有用。
2. 光照窗口设置 ：即使将所有需要的网格设为静态，放置好光源并设置好光照模式后，仍需在光照窗口中设置光照参数。通过特定路径打开光照窗口，窗口中会有多个可调设置，这些设置因项目而异。例如，若希望阴影更逼真，就需要更多样本和更高分辨率的光照贴图。同时，要考虑游戏运行的系统，添加更多光源和光照贴图后，需彻底测试性能。

（二）光照工具

1. 光照探针 ：创建光照探针很简单，在“Light GameObject”组中选择“Light Probe Group”即可。光照探针会在3D空间的点上采样光照信息，即使光照是烘焙信息，这些信息也能实时使用。例如，对于墙上不需要投射阴影或实时显示的灯光，可在其周围使用光照探针，以实时捕捉非静态几何信息。不过，需要手动放置光照探针，资产商店中有自动放置的资产，但娱乐行业的自动化操作通常需要艺术家的参与。光照探针是多个颜色位置的平均值，并非某一区域光照的完美表示，只是一种近似值。添加探针直到形成良好的网格，探针越多，计算量越大，具体数量取决于项目的系统性能。放置好探针后，可通过运行游戏或拖动非静态游戏对象来查看光照的细微变化。
2. 反射探针 ：世界上的金属和/或光泽材料会反射环境颜色。Unity最初会创建仅包含天空盒的反射贴图，让这些材料有反射内容。还可在场景中添加反射探针，指定一个包含该区域反射数据的体积，且体积可以重叠。但反射探针的反射位置是从其中心开始的，并非完美表示。若需要近距离且准确的反射，可能需要多个反射探针，且每个探针的体积应根据需要设置得尽可能小，体积越小，反射图像越清晰。创建实时反射成本很高，需谨慎使用。创建反射探针的选项在“GameObject”菜单的“Lighting”下，创建并放置探针后，使用检查器编辑体积。反射探针有烘焙、实时或自定义三种类型，烘焙类型只烘焙一次，运行时不会改变；实时类型在游戏运行时每帧更新；自定义类型允许放置自定义立方体纹理。重要设置“Importance”用于在反射体积重叠时，决定显示哪个反射探针，数值越高，重要性越高。

以下是光照设置的流程：

graph LR
    A[开始] --> B[设置静态游戏对象]
    B --> C[生成光照贴图UV]
    C --> D[选择可烘焙光源]
    D --> E[设置动态光照阴影]
    E --> F[选择光照模式]
    F --> G[光照窗口设置]
    G --> H[添加光照探针]
    H --> I[添加反射探针]
    I --> J[完成]

二、音效优化

音效优化能让游戏中的声音更逼真，主要包括调整声音的音量、改变最小和最大衰减距离，以及替换听起来不好的声音。这是一个反复调整的过程，只有将声音放入游戏中，才能知道它与其他声音的契合度。

（一）通过动画事件触发音效

以给角色行走添加脚步声为例，介绍如何通过动画事件触发音效：
1. 选择角色 ：选择角色“ MyvariWithCameraRig”，然后找到其子对象“SM_Myvari”，这里能看到动画组件。
2. 创建脚本 ：创建一个名为“AnimationSounds”的新脚本，将其放在动画组件下方。
3. 添加音频源组件 ：添加“AudioSource”组件。
4. 编辑脚本 ：在“AnimationSounds”脚本中，移除“Start”和“Update”函数，添加一个名为“PlaySound()”的新函数，并在该函数上方声明一个公共变量“public AudioSource AnimSound”。在“PlaySound()”函数中添加“AnimSound.Play()”。
5. 设置音频源 ：在检查器中，将“AudioSource”组件添加到“AnimationSounds.cs”组件的序列化字段中，并添加脚步声音效。
6. 标记动画事件 ：由于不能直接在动画窗口中添加事件，需要在Unity中打开FBX文件。具体步骤如下：
- 进入“Assets > Animations”，选择“Myvari_Walk_Basic FBX”。
- 滚动检查器，直到找到“Events”下拉菜单并打开。
- 打开检查器底部的预览窗口（若隐藏，可从底部拖动显示）。
- 使用预览上方的时间线，循环到动画的不同部分，找到脚接触地面的位置添加动画事件。在“Function”处输入“PlaySound”（不包括括号）。

（二）随机音效

为避免脚步声过于重复，可添加随机音效。具体操作如下：
1. 准备音效资源 ：有五个不同的脚步声音效可供选择，位于“/Assets/Sounds”，分别是“MainFS_01.wav – MainFS_05.wav”。
2. 修改脚本 ：在“AnimationSounds.cs”脚本中，使用一个“AudioClips”列表。在“PlaySound”函数中，使用“Random.Range”从列表中选择一个随机剪辑，并将其加载到“AudioSource”组件中。
3. 设置音效池 ：打开“AnimationSounds.cs”脚本所在的检查器，选中所有“MainFS.wav”音效，直接将它们拖到音效池的序列化字段中。

以下是触发音效和添加随机音效的步骤总结：
|操作步骤|触发音效|添加随机音效|
| ---- | ---- | ---- |
|1|选择角色|准备音效资源|
|2|创建脚本|修改脚本|
|3|添加音频源组件|设置音效池|
|4|编辑脚本||
|5|设置音频源||
|6|标记动画事件||

通过以上光照和音效的优化设置，能显著提升游戏的视觉和听觉体验，让玩家沉浸在更逼真的游戏世界中。

三、光照与音效优化的综合应用

（一）光照与音效的协同设计

在游戏开发中，光照和音效并非孤立存在，而是相互配合，共同营造出沉浸式的游戏体验。例如，在一个恐怖游戏场景中，昏暗的光照可以增强紧张氛围，而适时的音效，如阴森的风声、诡异的脚步声等，能够进一步强化这种氛围。

当玩家进入一个光线昏暗的房间时，光照的变化可以引导玩家的注意力，同时配合音效的变化，如突然的寂静或轻微的异响，会让玩家产生不安感。在这种情况下，光照和音效的协同设计可以通过以下步骤实现：
1. 场景规划 ：根据游戏的情节和氛围需求，规划好场景的光照布局。确定哪些区域需要明亮的光照，哪些区域需要昏暗或闪烁的光照。
2. 音效设计 ：为不同的光照场景设计相应的音效。例如，明亮的区域可以有轻松的背景音乐和环境音效，而昏暗的区域则可以有阴森的音效。
3. 同步设置 ：在游戏代码中，将光照的变化与音效的变化进行同步。当光照发生变化时，相应的音效也随之改变。

（二）性能优化与平衡

在进行光照和音效优化时，需要考虑游戏的性能问题。过多的光照效果和复杂的音效可能会导致游戏运行缓慢，影响玩家的体验。因此，需要在效果和性能之间找到平衡。

以下是一些性能优化的建议：
1. 光照优化
- 合理使用静态光照 ：将不会移动的游戏对象设置为静态，使用烘焙光照，减少实时计算量。
- 控制光照探针和反射探针的数量 ：根据场景的需求，合理添加光照探针和反射探针，避免过多的探针增加计算负担。
- 优化光照贴图分辨率 ：根据场景的重要性和距离，调整光照贴图的分辨率，避免过高的分辨率浪费资源。
2. 音效优化
- 压缩音效文件 ：使用合适的音频格式和压缩算法，减小音效文件的大小。
- 控制音效的播放范围 ：设置音效的最小和最大衰减距离，避免在不必要的区域播放音效。
- 使用音效池 ：对于重复使用的音效，使用音效池来管理，减少内存占用。

（三）测试与调整

完成光照和音效的设置后，需要进行充分的测试，以确保效果符合预期，并且不会影响游戏的性能。测试过程中，可以从以下几个方面进行检查：
1. 视觉效果 ：检查光照的分布是否合理，阴影是否自然，反射效果是否清晰。
2. 听觉效果 ：检查音效的音量、音质和同步性，确保音效能够增强游戏的氛围。
3. 性能表现 ：监测游戏的帧率和内存使用情况，确保游戏在不同设备上都能流畅运行。

根据测试结果，对光照和音效进行调整和优化，直到达到满意的效果。

四、总结与展望

（一）总结

通过对光照和音效的优化设置，可以显著提升游戏的视觉和听觉体验。在光照方面，了解Unity的光照系统，合理使用混合光照、光照探针和反射探针等工具，可以实现逼真的光照效果。在音效方面，通过动画事件触发音效和添加随机音效，可以让游戏的声音更加丰富和真实。同时，在优化过程中要注意性能问题，找到效果和性能的平衡点。

（二）展望

随着游戏技术的不断发展，光照和音效的表现将会更加出色。未来，可能会出现更加真实的光照模型和更加智能的音效系统。例如，基于物理的光照模拟可以让光照效果更加逼真，而人工智能技术可以根据玩家的行为和环境实时生成合适的音效。

开发者可以不断探索和尝试新的技术和方法，为玩家带来更加沉浸式的游戏体验。同时，也要关注游戏的性能优化，确保游戏在各种设备上都能稳定运行。

以下是光照与音效优化的整体流程：

graph LR
    A[开始] --> B[光照设计]
    B --> C[音效设计]
    C --> D[协同设计]
    D --> E[性能优化]
    E --> F[测试与调整]
    F --> G[完成]

总之，光照和音效是游戏开发中不可或缺的重要元素，通过合理的优化和设计，可以让游戏更加精彩。希望以上内容对游戏开发者有所帮助，让我们一起创造出更加优秀的游戏作品。