【制作人访谈】《GT赛车7》团队分享赛道还原制作和场景设计 ——九四玩
在日本CEDEC2022（今年的日本游戏开发者大会）上，来自索尼旗下Polyphony Digital公司场景设计团队的两位开发成员，一起分享了《GT赛车7》的赛道设计理念，如何取景，完善细节，并以实际案例讲解了赛道场景中的建筑设计。
《GT赛车7》是这个IP问世25年以来的又一部新作品，于2022年3月在PS5上正式发售，并因其画面和玩法受到业界好评。
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大家好，我是Polyphony Digital场景团队的北田。长久以来，我一直在土木工程领域从事测绘的研究和工作，现在在我司的场景团队的Geo Survey Group中，承担赛道的测绘、设计的任务。另外，在测绘过程中生成的数据，我们也会给到CG部门作为数字原料，来制作后续的宣传内容或者游戏相关的其他素材。
举一些例子来说，我们经常会使用激光或者无人机来进行赛道的立体测量工作，同时利用SRTM和ALOS等卫星数据进行拟合，结合赛道路面上的凹凸细节来达到极致还原的效果，这些都是在赛道测绘方面会涉及的内容。
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首先，简单介绍一下《Gran Turismo》系列游戏。相信很多人都很熟悉，这个游戏利用主机端的优秀画质来表现很多赛车及赛道的细节，并再现了很多汽车的真实物理运动，其中涉及的很多赛车向的专业内容，也得到了相当多玩家的肯定。
在这样的一个游戏当中，如果要追求极致的画面细节表现，现实赛道的拟真还原就成为游戏开发过程中非常重要的一环。因为赛道形状、走势的再现、位置信息的准确性都会和赛车们进行直接的联动，追求这样的场景精度，对于为玩家提供与现实中的驾驶体验并无二致的模拟效果来说，极为关键。
我们将为大家分享Polyphony Digital在赛道测绘和制作实现方面的实际经验，并结合具体赛道景观的设计案例为大家带来讲解。
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前半部分，主要为分为三个大的方面。首先介绍在我们公司内部是怎样进行赛道的测绘工作的；此外，第二部分中主要介绍如何利用UAV和激光测绘数据来进行赛道周边的地形、建筑的合理再现；第三部分会涉及一些赛道路面的效果生成。后半部分，将由我的同事介绍实际的赛道改编和设计过程中的案例。
一、赛道的还原制作技术和方法
Polyphony Digital赛道测绘方法概览
首先为大家分享在Polyphony Digital内部的赛道测绘方式。在《Gran Turismo》当中，会存在两种类型的赛道，一种是虚构的，一种则在现实中真实存在。而在开始制作后者之前，我们首先会进行的是去到实地进行赛道测绘。整个测绘团队由大约10人组成，主要来自场景设计组，加上往返，出差时间大约在一周左右。实地测绘时，我们会得到欧洲或者北美的同事的支持，确保我们可以顺利、安全地完成赛道测绘工作。
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到达实地进行会议同步当期任务及安排后，10人小组会分成几个小队，分别负责不同的工作。准备阶段完成之后，我们就会开始进行赛道的测绘工作。先是对赛道，包括护栏、条石、时钟、建筑物、看台、草坪、树木等各种赛道设置物进行静态摄影。另外，动态测绘小组会利用激光测绘机器进行GPS测量，当时对一个数公里的赛道会进行多次的步行测量。
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所以整体来讲，对于真实赛道的测绘工作，会包括利用车载全景测绘摄像机进行摄影，用激光测绘仪器进行赛道测距（主要包含两种测距设备，车载型和手持型），UAV测量（无人机摄影），以及针对不同地域和地形进行的高空全景摄影等。
赛道全场景信息重构
有了赛道整体的一些数据之后，我们就要开始进行赛道全域的形状、布局、以及场景信息等进行重构了。
之前也简单提过，CG和场景设计师们要在游戏中对赛道进行实现时，赛道所处地方的地形，高度，以及地域内的场景物体等相关关系非常重要，而这些的精准实现需要各个方位的坐标值。一方面，赛道的路面形状对于在这里进行高速跑动、比赛的车辆表现有重要影响；另一方面，对于赛道场地内车辆到不了的地方来说，要想实现和现实场景并无二致的景观及相应驾驶体验，各个建筑和物体的位置关系就非常有必要进行准确的再现。
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为此，我们团队采用的方法是：赛道内的各种近景用车载激光测距仪进行测绘，这样可以较好地连续、稳定获得赛道内各物体的3D点群信息；除此之外的中、远景则运用UAV测量来进行补充。
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但因为测绘时间有限，就像动图中显示的那样，我们会重点测量赛道路面上以及附近对于车辆行走、玩家视野影响最大的因素。
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利用车载激光仪对赛道进行测绘之后，我们一般还会利用无人机进行中远景的测量，对近景数据做一些补充。使用无人机测绘的好处是，可以在较短时间内对相当广范围内的场景进行摄影，并从中获得视频、照片数据适用到Photogrammetry当中，然后直接获得测绘物体的三维数据，由此生成大面积的建筑纹理。
在对地形较为复杂、高度差变化大的赛道进行中、远景的无人机测绘时，我们会在无人机自动飞行的路线上加入高度变化信息。具体来说，可以在Google Earth上生成任意的飞行路线，然后另外准备地形和高度差数据。之后利用Maya或者houdini程序读取、比较这两部分数据，就可以逐步获得赛道弯道部分对应地形的高度，并将这些高度数据进一步传输到无人机飞行app。
当今市面上有不少可以自动追踪地形高度，然后根据高度进行飞行的无人机app，但是刚刚介绍的方法可以帮助你进一步获得更加精确的高低差数据，可供参考。
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这是我们在之前的一个赛道上用无人机取得的数据，单这里拍到的照片就超过一万张。
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将车载激光测绘以及无人机测量获得数据导入到Photogrammetry中后，就可以获得以上的效果。
如以下动图所示，这就是用车载激光测距仪和UAV测量获得的三维点群数据生成的赛道内、外的主要区域的立体模型，也达成了必要的精度水平：车辆能够行走的区域，精确度±0.5厘米，除此之外的区域精确度±10厘米。场景制作团队也能根据这个数据去制作更完整、精致的赛道了。
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赛道特色纹路生成
接下来是赛道路面上的特色元素/纹路生成。
这一点在像《Gran Turismo》这样的赛车游戏当中，尤其重要。因为在车辆跑动和玩家驾驶的视角来看，自己前方的路面是什么样子、有什么细节对玩家来说是一目了然的，对于拟真的驾驶感以及沉浸度都有较大影响。比如，胎痕，泥土垢，陈年油污，路面文字磨损等等，这些都需要尽可能地高精度还原。
在Polyphony Digital，我们在生成这种路面上大量的特色纹路时，会使用到刚刚提到的UAV测量以及车载全景动画。后者会在前者受到航空法的限制时更多使用。
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在使用车载全景摄影技术时，我们会用到多部Lumix的GH5相机，每一台都设置成拍摄6K的30fps素材。拍摄时会利用车辆引擎进行供电，这样每台相机都可以进行长时间的视频拍摄。使用这些素材时，我们会将6台相机拍摄到的画面进行合成，最后使用单段合成视频。
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那么具体来说，这个视频素材应该怎么应用呢？
首先，我们会进行照片的抽出。取材时，车辆会以每小时15公里的时速行进，拍摄30fps的视频，我们会将视频以5f左右每张的频率进行照片的输出。使用的软件没有特别推荐，但是对于照片的画质，要选择不进行压缩的形式进行输出。此外，在做这一部分操作时，真正应该注意的难点在于，好好选择出一段比较合适的照片输出视频素材。
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紧接着，对输出的照片做一定的预处理。这里主要要消除照片中的“噪音”——比如云层、车头前部（车载摄像机拍摄，势必会有车头入镜）、建筑物窗户的反射等等。虽然这些都能在软件的自动计算中被去除，但是为了更高的精度效果，我们司内会习惯做预先的处理，即预先加上遮罩。
预处理完成后，我们就要开始用Photogrammetry进行摄像机位置推演，完成后，我们会进行地图的几何校正。
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然后在此基础上，用生成的路面网格对赛道路面上的纹理进行转写，这样就能够比较真实地模拟出赛道的历史沧桑感。经过一些细节调整之后，我们可以获得如下图的效果。
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二、赛道周边建筑物的设计
大家好，我是Polyphony Digital的尾崎，我将介绍在《GT赛车 7》游戏内进行赛道设计的一个具体案例——博物馆设计。
在我们公司内部，现实存在的赛道设计有两个理念，其一是与现实赛道同等的真实度还原，其二是真实度与建筑标志物的和谐共存。在这样的设计理念之下，我接手了改造2017年《Gran Turismo Sports》中的一个赛道的工作：对其中的一些建筑物进行改建，但不改变赛道本身的大致形态。
总体的改造过程可以大致分为：调研（现状分析、特征分析）、全景计划、建筑设计这样几个步骤。
初期调研
首先是调研阶段。在这个改造期，我们要达到的主要目标是给予赛道内的建筑及景观以抑扬顿挫之感，并且要重新考虑各建筑的布局。为此，我们调研了现实中实际存在的赛道内，各建筑和景观是怎样布局的，车行动线主要是怎样排布的，以及对城市建造过程中的计划案做了考究，去思考在一个大型建筑的周边，应该有怎样的空间划分。
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全景设计
最终，在诸多调研之后，我们将这个赛道的修改方案提出来了，方案结合了更合理的车行和人行动线，并将一些远端的建筑物取消，改设置成了草木；此外，在赛道诸多部分都能被玩家看到的地方，设置了本次改造的关键建筑物——博物馆。
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博物馆建筑设计
接下来就进入了博物馆占地场所，以及其本身建筑内部的设计工作。为此，我们做了很多细节的调研和设计。比如，这个博物馆的停车位应该有多少，我们参考了日本佐川美术馆的实际设置，8000平方米的展厅约有每日500人的参观者，建筑方在这里设置了65个停车位；而本次在赛道内新设立的博物馆占地约4000-5000平方米，平均每日来馆300人左右，相应地，我们将停车位数量设置在了月40-50台。而至于停车场应该放置在哪个方位，则充分考虑了车行的动线，停车场的出口和入口要足够方便。
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另外，在设计博物馆的形状时，我们团队充分考虑了从赛道上能够看到的主视角，在这个视角上看到的应当是博物馆的最正面。所以我们结合各区域的功能性，将最主要的博物馆部位放在了这个视角能够看到的方向。
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最后，我们考虑了博物馆的一些功能布局设计，并在不同的楼层规划了咖啡厅、露台、展厅等区域，提升这个建筑存在的合理性。
这就是我们在进行地图中的建筑设计和改造时会遵照的大致步骤，最后呈现给玩家的效果也是不错的，供大家参考。
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来源：网易雷火UX用户体验中心
《GT赛车7》是这个IP问世25年以来的又一部新作品，于2022年3月在PS5上正式发售，并因其画面和玩法受到业界好评。
- 北田祐平：Polyphony Digital场景设计部门 Geo Survey Group 场景设计师
- 尾崎太郎：Polyphony Digital场景设计部门技术美术工程师
大家好，我是Polyphony Digital场景团队的北田。长久以来，我一直在土木工程领域从事测绘的研究和工作，现在在我司的场景团队的Geo Survey Group中，承担赛道的测绘、设计的任务。另外，在测绘过程中生成的数据，我们也会给到CG部门作为数字原料，来制作后续的宣传内容或者游戏相关的其他素材。
举一些例子来说，我们经常会使用激光或者无人机来进行赛道的立体测量工作，同时利用SRTM和ALOS等卫星数据进行拟合，结合赛道路面上的凹凸细节来达到极致还原的效果，这些都是在赛道测绘方面会涉及的内容。
首先，简单介绍一下《Gran Turismo》系列游戏。相信很多人都很熟悉，这个游戏利用主机端的优秀画质来表现很多赛车及赛道的细节，并再现了很多汽车的真实物理运动，其中涉及的很多赛车向的专业内容，也得到了相当多玩家的肯定。
在这样的一个游戏当中，如果要追求极致的画面细节表现，现实赛道的拟真还原就成为游戏开发过程中非常重要的一环。因为赛道形状、走势的再现、位置信息的准确性都会和赛车们进行直接的联动，追求这样的场景精度，对于为玩家提供与现实中的驾驶体验并无二致的模拟效果来说，极为关键。
我们将为大家分享Polyphony Digital在赛道测绘和制作实现方面的实际经验，并结合具体赛道景观的设计案例为大家带来讲解。
前半部分，主要为分为三个大的方面。首先介绍在我们公司内部是怎样进行赛道的测绘工作的；此外，第二部分中主要介绍如何利用UAV和激光测绘数据来进行赛道周边的地形、建筑的合理再现；第三部分会涉及一些赛道路面的效果生成。后半部分，将由我的同事介绍实际的赛道改编和设计过程中的案例。
一、赛道的还原制作技术和方法
Polyphony Digital赛道测绘方法概览
首先为大家分享在Polyphony Digital内部的赛道测绘方式。在《Gran Turismo》当中，会存在两种类型的赛道，一种是虚构的，一种则在现实中真实存在。而在开始制作后者之前，我们首先会进行的是去到实地进行赛道测绘。整个测绘团队由大约10人组成，主要来自场景设计组，加上往返，出差时间大约在一周左右。实地测绘时，我们会得到欧洲或者北美的同事的支持，确保我们可以顺利、安全地完成赛道测绘工作。
到达实地进行会议同步当期任务及安排后，10人小组会分成几个小队，分别负责不同的工作。准备阶段完成之后，我们就会开始进行赛道的测绘工作。先是对赛道，包括护栏、条石、时钟、建筑物、看台、草坪、树木等各种赛道设置物进行静态摄影。另外，动态测绘小组会利用激光测绘机器进行GPS测量，当时对一个数公里的赛道会进行多次的步行测量。
所以整体来讲，对于真实赛道的测绘工作，会包括利用车载全景测绘摄像机进行摄影，用激光测绘仪器进行赛道测距（主要包含两种测距设备，车载型和手持型），UAV测量（无人机摄影），以及针对不同地域和地形进行的高空全景摄影等。
赛道全场景信息重构
有了赛道整体的一些数据之后，我们就要开始进行赛道全域的形状、布局、以及场景信息等进行重构了。
之前也简单提过，CG和场景设计师们要在游戏中对赛道进行实现时，赛道所处地方的地形，高度，以及地域内的场景物体等相关关系非常重要，而这些的精准实现需要各个方位的坐标值。一方面，赛道的路面形状对于在这里进行高速跑动、比赛的车辆表现有重要影响；另一方面，对于赛道场地内车辆到不了的地方来说，要想实现和现实场景并无二致的景观及相应驾驶体验，各个建筑和物体的位置关系就非常有必要进行准确的再现。
为此，我们团队采用的方法是：赛道内的各种近景用车载激光测距仪进行测绘，这样可以较好地连续、稳定获得赛道内各物体的3D点群信息；除此之外的中、远景则运用UAV测量来进行补充。
但因为测绘时间有限，就像动图中显示的那样，我们会重点测量赛道路面上以及附近对于车辆行走、玩家视野影响最大的因素。
利用车载激光仪对赛道进行测绘之后，我们一般还会利用无人机进行中远景的测量，对近景数据做一些补充。使用无人机测绘的好处是，可以在较短时间内对相当广范围内的场景进行摄影，并从中获得视频、照片数据适用到Photogrammetry当中，然后直接获得测绘物体的三维数据，由此生成大面积的建筑纹理。
在对地形较为复杂、高度差变化大的赛道进行中、远景的无人机测绘时，我们会在无人机自动飞行的路线上加入高度变化信息。具体来说，可以在Google Earth上生成任意的飞行路线，然后另外准备地形和高度差数据。之后利用Maya或者houdini程序读取、比较这两部分数据，就可以逐步获得赛道弯道部分对应地形的高度，并将这些高度数据进一步传输到无人机飞行app。
当今市面上有不少可以自动追踪地形高度，然后根据高度进行飞行的无人机app，但是刚刚介绍的方法可以帮助你进一步获得更加精确的高低差数据，可供参考。
这是我们在之前的一个赛道上用无人机取得的数据，单这里拍到的照片就超过一万张。
将车载激光测绘以及无人机测量获得数据导入到Photogrammetry中后，就可以获得以上的效果。
如以下动图所示，这就是用车载激光测距仪和UAV测量获得的三维点群数据生成的赛道内、外的主要区域的立体模型，也达成了必要的精度水平：车辆能够行走的区域，精确度±0.5厘米，除此之外的区域精确度±10厘米。场景制作团队也能根据这个数据去制作更完整、精致的赛道了。
赛道特色纹路生成
接下来是赛道路面上的特色元素/纹路生成。
这一点在像《Gran Turismo》这样的赛车游戏当中，尤其重要。因为在车辆跑动和玩家驾驶的视角来看，自己前方的路面是什么样子、有什么细节对玩家来说是一目了然的，对于拟真的驾驶感以及沉浸度都有较大影响。比如，胎痕，泥土垢，陈年油污，路面文字磨损等等，这些都需要尽可能地高精度还原。
在Polyphony Digital，我们在生成这种路面上大量的特色纹路时，会使用到刚刚提到的UAV测量以及车载全景动画。后者会在前者受到航空法的限制时更多使用。
在使用车载全景摄影技术时，我们会用到多部Lumix的GH5相机，每一台都设置成拍摄6K的30fps素材。拍摄时会利用车辆引擎进行供电，这样每台相机都可以进行长时间的视频拍摄。使用这些素材时，我们会将6台相机拍摄到的画面进行合成，最后使用单段合成视频。
那么具体来说，这个视频素材应该怎么应用呢？
首先，我们会进行照片的抽出。取材时，车辆会以每小时15公里的时速行进，拍摄30fps的视频，我们会将视频以5f左右每张的频率进行照片的输出。使用的软件没有特别推荐，但是对于照片的画质，要选择不进行压缩的形式进行输出。此外，在做这一部分操作时，真正应该注意的难点在于，好好选择出一段比较合适的照片输出视频素材。
紧接着，对输出的照片做一定的预处理。这里主要要消除照片中的“噪音”——比如云层、车头前部（车载摄像机拍摄，势必会有车头入镜）、建筑物窗户的反射等等。虽然这些都能在软件的自动计算中被去除，但是为了更高的精度效果，我们司内会习惯做预先的处理，即预先加上遮罩。
预处理完成后，我们就要开始用Photogrammetry进行摄像机位置推演，完成后，我们会进行地图的几何校正。
然后在此基础上，用生成的路面网格对赛道路面上的纹理进行转写，这样就能够比较真实地模拟出赛道的历史沧桑感。经过一些细节调整之后，我们可以获得如下图的效果。
二、赛道周边建筑物的设计
大家好，我是Polyphony Digital的尾崎，我将介绍在《GT赛车 7》游戏内进行赛道设计的一个具体案例——博物馆设计。
在我们公司内部，现实存在的赛道设计有两个理念，其一是与现实赛道同等的真实度还原，其二是真实度与建筑标志物的和谐共存。在这样的设计理念之下，我接手了改造2017年《Gran Turismo Sports》中的一个赛道的工作：对其中的一些建筑物进行改建，但不改变赛道本身的大致形态。
总体的改造过程可以大致分为：调研（现状分析、特征分析）、全景计划、建筑设计这样几个步骤。
初期调研
首先是调研阶段。在这个改造期，我们要达到的主要目标是给予赛道内的建筑及景观以抑扬顿挫之感，并且要重新考虑各建筑的布局。为此，我们调研了现实中实际存在的赛道内，各建筑和景观是怎样布局的，车行动线主要是怎样排布的，以及对城市建造过程中的计划案做了考究，去思考在一个大型建筑的周边，应该有怎样的空间划分。
全景设计
最终，在诸多调研之后，我们将这个赛道的修改方案提出来了，方案结合了更合理的车行和人行动线，并将一些远端的建筑物取消，改设置成了草木；此外，在赛道诸多部分都能被玩家看到的地方，设置了本次改造的关键建筑物——博物馆。
博物馆建筑设计
接下来就进入了博物馆占地场所，以及其本身建筑内部的设计工作。为此，我们做了很多细节的调研和设计。比如，这个博物馆的停车位应该有多少，我们参考了日本佐川美术馆的实际设置，8000平方米的展厅约有每日500人的参观者，建筑方在这里设置了65个停车位；而本次在赛道内新设立的博物馆占地约4000-5000平方米，平均每日来馆300人左右，相应地，我们将停车位数量设置在了月40-50台。而至于停车场应该放置在哪个方位，则充分考虑了车行的动线，停车场的出口和入口要足够方便。
另外，在设计博物馆的形状时，我们团队充分考虑了从赛道上能够看到的主视角，在这个视角上看到的应当是博物馆的最正面。所以我们结合各区域的功能性，将最主要的博物馆部位放在了这个视角能够看到的方向。
最后，我们考虑了博物馆的一些功能布局设计，并在不同的楼层规划了咖啡厅、露台、展厅等区域，提升这个建筑存在的合理性。
这就是我们在进行地图中的建筑设计和改造时会遵照的大致步骤，最后呈现给玩家的效果也是不错的，供大家参考。
来源：网易雷火UX用户体验中心
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