摄像头|《愤怒的小鸟AR》背后：如何打造逼真自然的3D AR游戏

几个月前青亭网曾报道，在NFL棒球比赛上，人们使用AR效果的黑豹吉祥物为运动员加油打气。从视频效果来看，体积庞大的AR黑豹极具动感，其皮肤纹理以及和物理场景的互动十分逼真，就好像真的有一只巨型黑豹闯入体育场一样。

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从这样的案例可以看出，令人信服的AR更能为观众带来沉浸、震撼的感受。这是因为，AR游戏中的角色是三维的，其交互和视觉变化也需要具有空间感，甚至与真实场景的互动也要模拟物理特性。
而营造这种逼真感，则需要从多方面模仿现实，比如：根据环境光动态变化的光影、与真实环境产生自然的物理交互、足够细节的纹理，以及保真的动作还原等等。而实际上，为了不断提升AR的逼真感，微软、谷歌、Niantic等公司一直在探索，包括基于实时场景扫描、目标识别的动态遮挡渲染，或是阴影、物理交互等视觉提示。对于AR开发者来讲，从多方面提升AR的可信度也有助于优化用户体验感。
自从《精灵宝可梦Go》让AR游戏走进大众视野后，市面上陆续出现越来越多的AR游戏、AR应用，同时AR视觉和交互的效果也在不断提升。与传统的2D游戏相比，AR最大的特点是将虚拟内容与真实场景结合，而为了确保AR的虚实融合效果，开发者们将需要解决一系列全新的挑战，比如：如何设计以360°围绕玩家存在的沉浸式游戏体验？如何将空间内的障碍物因素考虑在内？AR如何对真实场景的光线和颜色产生反应？
对此，从早期就进入AR/VR行业的游戏工作室Resolution Games在开发过程中也总结了许多经验。近期其AR技术总监Magnus Runesson分享了AR移动游戏的一些开发建议，他表示：从AR游戏形式刚出现，我就已经参与相关开发，而且为大部分AR设备开发过AR游戏。经过这些年积累，Runesson认为提升AR的沉浸感需要从几个关键方面入手：

1）阴影；
2）跟随自然光线动态渲染；
3）调整真实空间的色调；
4）增强现实场景；
5）利用粒子大小的AR来营造空间感；
6）现实世界中充满“障碍”。

关于阴影
不管是静态还是动态的AR对象，都可以通过环境遮挡效果来提升逼真感，除了直接的遮挡效果，AR的虚拟阴影也可以与物理环境相互作用。
Runesson表示：每个艺术家都应该明白，在开发虚拟世界/空间时，正确渲染阴影是提升可信度的关键。那么在开发AR游戏时，空间中的环境光又会对AR物体的阴影造成哪些影响呢？
首先，开发者需要考虑AR虚拟阴影与环境之间的遮挡关系，也就是说AR物体在接触物理表面时，需要同时产生从AR底部开始延伸的虚拟阴影，这个阴影将跟随AR物体，并与物理表面自然融合。
通常，开发者们会在场景中烘焙完整的环境光线，因此在环境中移动的物理目标可以自动实现光影渲染。而为了渲染静态物体的阴影，《愤怒的小鸟AR：猪岛》的开发者们会在AR周围构建几何框架（也被称为空间遮挡外边），以调整AR的环境遮挡效果。而对于动态AR，开发者则选择在AR所在的平面上绘制垂直的坐标系，来定位环境遮挡时产生的虚拟阴影，利用坐标系来定位阴影的好处是，可以逐步控制阴影的自然变化，AR底部的阴影最深，而向外延伸的部分则越来越浅。
关于自然光线提示
在开发游戏过程中，光线/亮度与阴影同样重要，对于AR游戏来讲更是如此。为了提升在真实空间中的自然感，AR内容需要根据实际的环境光线来动态调整自身亮度。也就是说，你在不同亮度的房间中玩《愤怒的小鸟AR：猪岛》，将感受到不同的视觉体验，亮度、阴影都有变化。