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摘 要

Abstract IV

第一章 绪 论 1

1.1 背景 1

1.2 意义 1

1.3 光照系统介绍 3

第二章 关键技术 6

2.1 Lambert光照模型 6

2.2 Phong氏光照模型 8

2.3法线贴图 8

2.4高度图转法线贴图 10

2.5在2d纹理上使用光照模型和法线贴图计算光照的步骤 12

2.6延迟渲染 13

2.7光体积 14

2.8光照区域裁剪 15

第三章 实现方案 18

3.1 计算光照区域和阴影区域 18

3.2 使用法线贴图进行自阴影计算 19

3.3 Glow效果 20

3.4 水面折射效果 21

第四章 结束语 23

致 谢 24

参考文献 25

2d游戏光照系统

摘 要

本论文主要内容描述所实现的一个应用于2d游戏的光照系统的主要技术和具体实现。在2d游戏中使用自制的光照系统可以增加场景的美观程度，使场景的美术更加灵活多变，而且相比起纯手绘场景，可以有效利用美术素材，在不用重新制作美术素材的情况下，通过光照系统动态改变场景的氛围和效果。实现2d游戏光照系统的主要技术都是在3d游戏中常用的技术，比如延迟渲染，法线贴图，光体积和最简单的Lambert光照模型等等，其与3d光照最大的区别在于2d游戏的渲染数据中并不存在顶点，所有的数据都只是单纯的贴图数据，因此所有的渲染效果都是基于像素着色器的计算，这也是非常适合使用延迟渲染技术的原因。这种系统渲染光照效果的方式，更像是图像的后期处理，通过屏幕中各种的贴图的数据，动态的将光照所需要的效果一层层的叠加到原图像上，最终使产生看起来正常的光照效果。

关键词： 光照模型 延迟渲染 法线贴图 光照体积

A Rendering System in 2d Game with Lighting

Abstract

This paper describes the main rendering technology and concrete realization of a rendering system in 2d game with lighting. In the 2d game using homemade lighting system can increase the beauty of the scene. So the art of the scene will be more flexible. You can use art assets effectively when compared to pure hand-painted scenes. Without re-making art material in the scene, the rendering system dynamically changes the atmosphere and effects of the scene. The main technology to achieve the 2d game rendering system is commonly used in 3d games such as deferred shading, normal map, light volume and the Lambert lighting model, etc.. The biggest difference between 3d lighting is 2d lignting is that there are no vertices in the rendering data. All data is texture data, so all rendering effects are based on the calculation of the fragment shader, which is very suitable for the use of deferred shading. The way of rendering system to render lighting effect is more like the post-processing, making the dynamic effect of the light layer on the original image through the various maps with the rendering data in the screen.

Key words: lighting model, deferred shading, normal map, light volume

第一章 绪 论

1.1 背景

从最早的黑白机画面，到16位色和64位色，再到现在的3d次世代游戏，游戏画面一直是游戏行业发展的一个标志，每一代新的游戏主机机能提升所带来的游戏画面提升给予着玩家一次次冲击，靠着制作次世代画面的技术，欧美从日本手上重新拿回来游戏产业霸主的地位，也可见游戏画面对一个游戏的重要性。

在游戏画面渲染的技术中，光照技术一直是其中最重要的技术之一，它在真实感渲染中扮演着举足轻重的角色。伴随着计算机硬件机能的日益提高，尤其是GPU技术的日新月异，应用于游戏开发时的光照技术也有了长足进展，从最初简单的局部光照，到基于全局光照算法的静态光照技术的应用，再到今天对动态全局光照的实时近似模拟，使得顶尖游戏的实时渲染画面已可乱真。

但是随着游戏行业的发展，对游戏画面真实度的要求越来越高，大型游戏开发成本越来越高，与之相对的，通用游戏引擎技术的发展，游戏开发中间件产业的成熟，中小型游戏开发成本大幅降低，甚至一个人就能开发小型游戏，所以各式各样的游戏层出不穷，这些游戏往往并不需要模拟真实的画面，而是开发自己独特的渲染风格，这些游戏风格各异，他们使用适合自己游戏的技术，达到自己需要的效果，相比起模拟真实画面的游戏而言，这些游戏可能没有多么高深的技术（不过实际上有些特殊风格的渲染技术比真实光照的渲染更为复杂），但是充满创意和独特的魅力，我所参与制作的游戏便是这样一款游戏。

1.2 意义

光照系统实质上是渲染系统的一部分，与其关系最大的其实是美术制作的流程，其存在的目的本质上是为了呈现出最终的游戏画面，当然这个画面可不必是最真实的画面，在2d游戏时代和3d游戏刚面世，游戏中还没出现光照系统时，那么为了表现出火光，灯光之类的光源的光感，表现场景的立体感，所有的光影都是需要画师一笔一笔画出来的。而有了光照系统之后，计算机生成的阴影更加真实有立体感，而且可以动态变化，画师就不再画光影了，他们画出来的纹理都是平的，然后导入到游戏引擎中，经由渲染系统生成具有立体感的画面。这一点也影响了我们项目的美术制作，在没有光照系统之前，游戏美术的细节更多，色阶更多，而加入光照系统之后，因为光照系统能更细致的对场景着色，产生立体感，就降低了图形的细节程度和色阶，使其更平。实际上这里将一部分美术流程从存粹的手动绘画，转移到了场景制作人身上，使场景制作人肩负了灯光师的工作。虽然对于一个2d游戏来说，光照系统着色的效果可能不如纯手绘更漂亮，但是其对于场景美术制作的灵活性是毋庸置疑的，整个场景的氛围都可以灵活改变，可以在运行时动态变换，实际上项目中主角的能力就是使用光照，能够随着人物移动的光照系统是非常重要的。

图1.2.1与图1.2.2分别是没有打开光照系统时的纯粹的漫反射贴图和放置好灯光后的渲染效果，可以看出来光照系统的强大效果。这里也能看到我们项目所采用的美术风格是复古的像素风格，但是我们并没有采用复古的制作流程和放弃先进的技术，而是积极尝试，所达成的最终画面效果，至少我们认为是相当好的。

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