CryEngine 3引擎Forest Demo画质初窥
CryEngine是目前著名、技术先进、画质出色的3D图形引擎。使用CryEngine引擎制作的游戏很多都是图形效果惊人的精品大作，从早期的CryEngine到现在，CryEngine已经发布了三代。新的CryEngine 3于2011年下半年发布了可自由下载的SDK开发包，这个开发包可以让所有感兴趣的用户自由开发属于自己的真实世界。当然，对绝大部分玩家来说，如何提前在使用CryEngine 3的游戏开发上市之前感受CryEngine 3的独特魅力，才是吸引人的。今天，本文就利用CryEngine 3引擎中的Forest Demo来让大家提前感受一下CryEngine 3引擎的独特魅力。
作为目前重要的游戏引擎CryEngine 3于2011年8月底正式公开发布，随后又经过了多次升级（目前新的版本是CryEngine3.4.0.3696）。CryEngine 3是Crytek公司制作《Crysis 2》所使用的引擎，新的《Crysis 3》也将使用这个引擎制作。虽然《Crysis 2》发布后评价不佳，特别是其第一版只支持DirectX 9.0c，第二版添加的DirectX11也显得问题颇多，但这丝毫不影响CryEngine 3在图形引擎上的先进性。从CryEngine 3自带的一些演示画面以及近Crytek公布的《Crysis3》的游戏画质来看，CryEngine 3可以称之为目前画质好、细节丰富、技术先进的游戏引擎。
图形引擎作为游戏制作的基础，本身的技术层次和发展决定了其制作出的游戏的画质水平。为了紧跟技术步伐，不落后于时代，大部分图形引擎从诞生开始就处在不停地升级和发展过程中。比如著名的Unreal Enegine 3引擎，初次露面是在NVIDIA的GeForce 6800 Ultra的发布会上，只支持DirectX 9.0c。但随着技术进步和后续发展，今天的Unreal Engine 3引擎经过多次升级，已经可以完美支持DirectX 11特效（不过由于架构比较老，Unreal Engine 3对DirectX 11部分特效的支持显得“ 捉襟见肘”，即将退出舞台，它的接班人就是尚在襁褓中的Unreal Engine 4）。CryEngine 3引擎属于CryEngine 2的升级版本，本身编制时间比较晚，基础架构非常新，对DirectX 11中各项技术的支持也更为优秀。在Unreal Engine 4没有出现之前，称CryEngine 3是目前优秀的3D图形引擎一点都不为过。
在CryEngine 3公开发布时，除了引擎本身外，Crytek还给出了一个Demo用于展示CryEngine的部分基础特性。这个名为Forest的Demo，利用CryEngine 3的强大特性，展示了CrEngine 3中曲面细分、环境光照、水模拟等多个效果尤为优秀的特异之处。本文今天的介绍，就以Forest Demo为基础。
当然，目前除了CryEngine 3中内含的Forest Demo外，Crytek还曾公布过《Crysis 3》的首个技术Demo。虽然两者都是使用CryEngine 3制作的Demo，但Forest Demo比较基础，再加上可以直接使用Cr yEngine 3打开并运行它，因此它能够观察到的细节比较多，比较适合对比和详细介绍。相比之下，《Crysis 3》的技术Demo虽然在画质处理和技术应用上更为先进，但迄今为止都没有可直接运行的版本出现，只有高清晰视频和截图。
免费而简单——运行你的CryEngine 3
说了这么多，如何下载并运行CryEngine 3呢？和很多人预想的不同，CryEngine 3面向非商业用途是免费的。换句话来说，只要你的目的不是使用CryEngine 3获得利润的话，那么可以自由下载、使用CryEngine 3创建你的3D世界，不需要任何花费。对国内玩家而言，只要你有一台可以运行CryEngine 3的电脑，在CryEngine 3的相关网站上注册后，就能够正常使用CryEngine 3的所有功能。
CryEngine 3的方便之处在于将其下载好后，直接解压缩得到的文件夹就可以直接开始工作，不需要任何复杂的安装和注册过程（微软DirectXSDK以及C++ runtime等系统级组件除外）。打开CryEngine 3的文件夹，可以看到里面大约包含了十几个文件夹以及一些独立文件。
为什么要提到文件夹呢？正如绝大部分商业授权的图形引擎那样，如果某个游戏使用了某引擎，只要打开游戏安装地址观察它的文件夹结构，就能基本判定这款游戏所使用的图形引擎。比如使用Unreal Engine系列图形引擎制作的游戏（如《战争机器》、《质量效应》、《镜之边缘》等），必定有“Binaries”文件夹，里面存放的是图形引擎的重要文件。CryEngine 3也是如此，使用CryEngine3引擎制作的游戏，打开游戏文件夹后，肯定会出现类似“Bin64”、“Bin32”、“Code”等文件夹，这里面存放的多是图形引擎所需要的文件或者一些重要的源代码文件。开发商在使用某图形引擎时，只能基于该引擎来开发游戏，对引擎本身的一些规则以及文件模式，往往很难改动。所以，玩家如果想判断游戏是否使用了著名的开发引擎，打开文件夹看看就能作出基本判断。
言归正传，安装好CryEngine 3后就可以直接运行Forest Demo了。目前有两种方法可以看到Forest Demo的内容：
1.直接运行Forest Demo
安装好CryEngine 3后，打开安装文件夹，可以看到“Bin64”和“Bin32”两个文件夹，其中前者是64位的，后者是32位的，玩家可任选其一。进入任何一个文件夹后，选择“Launcher.exe”，就可以直接运行Demo，会看到熟悉的类似《Crysis》的游戏选择界面。直接进行单人游戏即可。不过Demo中没有提供除了分辨率外的任何游戏选项，图形画质是不可以调节的。
Forest Demo地图，实际上展示的是大海中的小岛，不过整个岛也只有一部分内容属于技术展示内容，就是图中有大量各种不同色彩的地区。其余地区可以观看，但没有什么技术特征。在游戏中，其余地区是处于不可见的区域，玩家并不会感受到。
2.通过CryEngine 3引擎编译器运行Forest Demo
同样还是根据系统属性，任选“Bin64”或者“Bin32”文件夹，然后选择“Editor. exe”，提交注册信息并稍事等待后，就可以进入CryEngine 3图形引擎界面了。在打开CryEngine 3的“Editor.exe”后，用鼠标指向左上角的“File”菜单栏，在下拉菜单中选择“Open”，或者直接在键盘上使用“Ctrl+O”，一般你会直接看到一个名为“Singleplayer”的文件夹，打开它，然后选择“Forest”文件夹，再次打开后，选中“Forest. cry”，点击“打开”。文件后缀名为“.cry”的是CryEngine引擎所独有的关卡文件，等待一会后，就可以进入CryEngine 3为你创造的精彩3D世界了。
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使用了曲面细分技术的石屋表面以及线框图，可见凸起效果很明显，对画面凹凸感改善很大。
关闭了曲面细分技术后，使用传统的贴图营造的贴图表面，凹凸感不强，只能依靠本身纹理的明暗来显示凸起、阴影和边缘。
打开Forest Demo后，键盘的“WSAD”或者“上下左右”可以用于控制摄像机，移动到你需要观察的画面。整个场景被设计在大海的孤岛上，周围全部都是海面。岛屿绝大部分被森林覆盖，有一条小河流以及一些瀑布等。海边还有一些房子、电线等。可以说Demo场景并不复杂，但也绝不简单。如果玩家需要改变画质的话（仅限于使用CryEngine 3引擎打开Forest Demo的方法），可以选择“Config Spec”选项，选择“Very High”、“High ”、“Medium”以及“Low”进行对比。实际上，在该Demo中，即使是低的“Low”画质，都已经相当优秀，丝毫不亚于在售的任何游戏大作。
接下来，本文就为大家展示在不同画质下CryEngine 3带来的绝美画质。除了CryEngine 3外，Crytek近期也展示了《Crysis 3》的首个技术Demo，其中也使用了相当多的在CryEngine 3中存在的技术，本文暂时不做介绍。
CryEngine 3 Forest Demo技术展示
从这里开始，本文就进入对Forest Demo内容介绍的部分。不过需要预先说明的是，Forest Demo本身只是CryEngine3用于展示引擎的一个例子，它就像课本中的“例题”那样，为开发人员和玩家展示CryEngine 3中重要的特性。作为一个Demo，它没有也无法包含全部CryEngine 3所能实现的特效。
从CryEngine 3以及后来的《Crysis 3》的Demo来看，部分新的技术比如面积光照、实时场景反射（RLR）等技术，在Forest Demo中基本没有体现，而Forest Demo中部分技术在《Crysis 2》中也已有应用在前。即使如此，作为包含了CryEngine 3中绝大部分鲜明的技术特色，Forest Demo依旧值得一看。抛开其本身不错的设计和鲜明的图形特点，在《Crysis 3》这种“正统”的游戏大作没有上市之前，Forest Demo绝对是提前体验CryEngine 3、近距离接触游戏开发引擎的好手段。
常态化使用的曲面细分技术
在Forest Demo中，曲面细分的应用已经常态化。从Forest Demo展示的内容来看，在墙面处理、岩石处理、路面处理甚至水面处理上，设计人员都可以使用曲面细分来大幅度改善画面精细程度。从实际效果来看，Forest Demo中曲面细分的应用也比较得当，基本上得到了应有的效果，视觉改善相当明显。
CryEngine 3支持不同的三种类型的曲面细分算法，可以应用在不同的场合。在曲面细分技术的帮助下，设计人员可以使用一个比较粗糙的低精度模型，经过曲面细分算法得到一个高精度、充满立体凹凸感的高精度模型。除了曲面细分的几个传统应用，比如石头路、墙面、石面等，在更新一些的《Crysis 3》中，曲面细分技术还用于生成更为逼真、圆润的植物以及动物身上的凸起等。随着曲面细分技术的应用范围的渐渐扩大，说明在经过长期发展后，这项技术终于开始在游戏中大规模应用，可以带来游戏上更为逼真的视觉效果了。
精湛绝伦的水模拟
CryEngine之前闻名于世的一大特色就是独到的水模拟。在《Crysis》中，热带海岛的风貌特别是海洋的水效果被表现得美轮美奂。在CryEngine 3中，水面终于支持使用曲面细分技术来模拟动态感和随机感。此外，水的光线表现更为优秀，水和陆地边界处理也更为逼真，这让笔者对《Crysis 3》中的水模拟应用充满了期待。
我们介绍的水模拟技术只是CryEngine 3中的一部分，实际上CryEngine 3对水的效果和如何实现更为逼真的画质做出了相当多的努力。另外，截图基本上无法完全展现CryEngine3中优秀而惊人的水面效果，强烈建议对此有兴趣的玩家下载CryEngine 3后运行Demo，动态的水面效果才真正给人震撼的感觉。
CryEngine 3其它技术演示
使用CryEngine 3设计的Forest Demo中并非全部是创新技术，相对上文提到的一些近年才出现的新技术，一些优秀的常规技术在该Demo中也占到了一席之地。不过由于算法的优化和计算精度的提高，这些常规技术终实现的效果也令人拍案叫绝。下面本文就对这些“老技术的新应用”作出一一介绍。
CryEngine 3，感受真的次世代游戏
高（图1）和低画质下对比，抛开灯塔附近的物件差异，水面的明显差距在于动态感。高画质下的水面随机荡漾，波光粼粼，效果非常逼真，而低画质下水面则呈现平稳不动的态势，显得呆板、生气不足。
观察纯粹的水面时，在高效果下水面呈现非常良好的液态感，细碎的光线令其更为逼真，并且波涛起伏的感觉更为真实。CryEngine 3继承了CryEngine2中名为Screen-Space Tessellation的水面处理技术，这种技术并没有使用复杂的物理效果，而是使用了特殊的算法，让水面波动看起来自然并充满随机感，因此效果非常优秀。
一般来说，水面和地面交汇处的处理是为困难的。Forest Demo中水面和地面交汇处的处理也非常好，在和地面交汇时会有白色浪花随机出现，很好地掩盖了传统水模拟时的“水地交界线”的突兀感。此外，Forest Demo中的水面，距离地面交界线越近，透明度越高，这种渐次透明的手段也很好地掩盖了水和地面的接缝。
CryEngine 3的特点是除了水面模拟，还加入了水下模拟。在水下由于水的折射和反射，玩家看到的光线和景物应该与传统水面效果有所不同。Forest Demo中水下的模拟也很不错，对水面上景物的扭曲以及光照的处理都相当逼真。
在Forest Demo中，设计人员加入了几条溪流的瀑布效果。虽然瀑布使用了固定动画模拟，但出色的效果和蒸腾的水雾还是相当逼真。
视差映射贴图是一种“取巧”的技术，它不生成新的顶点，但能够营造出凹凸感，能在尽可能节约性能的前提下实现优秀的视觉效果。Forest Demo也在地面上大量采用了视差映射贴图，玩家可以通过对比看到明显更为凹凸的地面效果（图8）。当然，视差贴图映射也并非新技术，在《Crysis 2》中就有大量应用，到CryEngine 3中，这项技术应用的更为广泛。
Forest Demo中的路面大量使用了视差映射贴图来营造凹凸不平的石子路的感觉（图10），效果远好于传统贴图。但比较遗憾的是，应用此项技术的阴影和路面凸起的石子没有互动，因此阴影效果和使用曲面细分技术模拟的凹凸阴影相比要差一些。曲面细分技术会生成真正的顶点，阴影落在真实顶点上会产生一定的扭曲，效果更为明显。
Forest Demo对光照和阴影的处理也堪称一绝。三幅图从左到右分别是清晨、正午和黄昏时森林中同一地点的阴影和光照情况对比，精美的光影效果甚至达到了以假乱真的地步。特别值得一提的是，阴影效果、软边阴影、环境光遮蔽的大量使用，让立体感和游戏真实度大幅度提高。光照方面，Forest Demo充分地表现了清晨丛林里的薄雾、正午阳光照射以及夕阳黄昏的感觉，其真实感直逼照片，效果不凡。
环境光遮蔽技术是DirectX 9时代就出现的技术，目前应用比较多的有SSAO、SSDO等不同算法的环境光遮蔽技术。之前的CryEngine使用的是SSAO，在CryEngine 3中则升级到SSDO（ForestDemo也使用了SSDO）。相比SSAO，SSDO对阴影的方向性做出了一定改善，可以更精确地提供阴影的面积和范围，支持动态接触面的阴影生成，并且可以和延迟光照系统一起使用
体积光照也是DirectX 9时代的常客了，在CryEngine 1的成名作《FarCry》中充斥着各式各样的体积光照效果，还有一些补丁可以加强游戏的体积光照效果，堪称体积光照“滥用”的典范。随后的《Crysis》和《Crysis 2》也使用了体积光照。目前绝大部分新游戏中都会或多或少地加入体积光照效果，但由于计算精度和算法、美工喜好等问题，这些体积光照效果要么过浓显得很假要么滥用到处都是。在Forest Demo中，体积光照采用高精度算法完成，实际效果令人称奇。精确的算法带来了极为优秀的体积光效果，逼真度极高，截图甚至可以以假乱真。
动态模糊效果也是目前FPS游戏的常客了，它的目的是通过将周围物体做有方向的模糊，来加强运动中的速度感。Forest Demo会在爆炸和高速运动时加入动态模糊效果，不过相比传统的动态模糊算法，CryEngine 3中的动态模糊已经升级为全分辨率的HDR动态模糊，计算后的模糊效果保留了更多光影信息，模糊效果更为逼真。
时间系统可以展示一个场景从早到晚不同时间下的场景变化，CryEngine的代表游戏《Crysis》系列就做到了游戏中的全局动态时间。在Forest Demo中，玩家可以在游戏中感受到日出日落和星辰漫天的感觉。目前绝大部分主流游戏都没有加入时间系统，主要是游戏本身设计不太需要时间系统，而且技术上实现难度比较高，只是简单地直接加入夜晚和白天。
虽然CryEngine 3引擎的首场演出《Crysis 2》并不算特别成功，但CryEngine 3本身作为一个图形引擎，其技术和画质是相当卓越的。仅仅一个简单的Forest Demo，在特效使用并不全面、部分新的技术尚未启用的情况下，凭借精湛的光影设计和令人称奇的场景布置，以及曲面细分、水模拟等特色技术的使用，就为玩家带来了接近照片级别的画质表现。这充分展示了CryEngine 3的强大技术实力。
目前已经宣布使用CryEngine 3引擎的游戏有不少，除了国外厂商外，国内厂商中腾讯、盛大、畅游、巨人等也都在积极布局采用CryEngine 3的游戏大作。相信过不了多久，一批画质精美、效果出色的游戏就会出现在玩家面前。令人震撼的是Crytek的“嫡传弟子”——使用CryEngine 3的《Crysis 3》也将在2013年发布，是显卡危机、画质革命还是全面更新？次世代的游戏，即将来到你我面前。另据笔者所知，《Crysis 3》的内测也即将开始，敬请关注本刊后续相关报道。
性能测试
由于Forest Demo本身没有图形细节选项，因此性能测试只能在CryEngine 3的编译器内打开Forest Demo，选择“高、高、中、低”画质，在固定场景进行。测试平台配置如下：
处理器：Core i7 3770K
主板：ASUS Z77
内存：DDR3 1600 4GB×4
显卡：GeForce GTX 680
操作系统：Windows 7 x64 SP1
显卡驱动程序：NVIDIA Forceware WHQL 306.23
测试分辨率：1650×800（窗口模式）
从测试成绩来看，在比较小的分辨率、没有激烈战斗场景的情况下，平均帧率只有在低设置下超过了60fps。如果分辨率更高一些、场景更复杂一些，全开特效的画面帧数肯定不容乐观。
接下来测试GeForce GTX 680在曲面细分场景下的性能，测试选择Demo开始运行的场景，这里是墙面曲面细分应用特别多、特别复杂的地方。虽然该场景的曲面细分设计较多，但场景的整体复杂度并不高，因此帧数反而比之前高了很多。从测试来看，曲面细分技术除了带来良好的画质外，并没有给显卡造成过重的性能影响，在低画质（关闭曲面细分）后，帧数只上升到112fps，开启高曲面细分带来了性能损失大约在15%以内，性能表现不错。
