手游逆向分析：Unity内还原游戏场景/角色渲染效果

导语：这里说的分析过程，不仅仅是简单的使用截帧工具。因为只给美术提供截帧获得的Draw Call数和模型的面数，参考意义不大，美术依然无法了解游戏制作方法和流程。本文展示的方案包括截取游戏的各种数据，开发工具提取和分析数据，然后再导入到自己用的引擎里，

　　这里说的分析过程，不仅仅是简单的使用截帧工具。因为只给美术提供截帧获得的Draw Call数和模型的面数，参考意义不大，美术依然无法了解游戏制作方法和流程。本文展示的方案包括截取游戏的各种数据，开发工具提取和分析数据，然后再导入到自己用的引擎里，复现其渲染效果。根据以往的一些经验，如果用的是同一款引擎，复现效果可以达到100%。如果使用的引擎不一样，复现效果也可以达到视觉上没有明显差异。

　　以某第三方自研引擎开发的游戏为例，展示分析过程以及在Unity内重建的效果。

　　先对比下手机上最高画质效果和Unity内复盘效果。带UI的截图是真机游戏第一个战斗场景画面。

　　下图是在Unity内复现整个场景的效果。

　　在截帧工具的选择上，考虑到获取真机上准确的数据，排除使用Nsight，GPA和模拟器。最终使用Adreno Profiler和Tegra Graphics Debugger，测试机选用MI3和MI Pad。

　　另外说明一下，高通推出了新的Snapdragon

　　Profiler。老的Adreno Profiler经常崩溃，截取不到完整的Draw Call。原因是随着高品质游戏出现，profiler已经无法准确判断顶点缓冲里的数据格式。老版本profiler还是拿简单的顶点格式去套用到新游戏上，所以经常会出现异常。新的Snapdragon Profiler干脆直接把存顶点数据的功能给去掉了，以保证其稳定性。但是减少了profiler一个重要的截取功能。

　　但是每个设备厂商的profiler截帧取到的现场数据是完整的，只是无法提供正确的分析结果。针对这个问题的解决方案是自己写一套vertex buffer，index buffer和API events分析提取调试工具，根据不同的顶点缓冲格式信息提取模型，最后再写一个FBX导出插件，把obj文件转成Unity可用的assets。最后，Shader的还原，这方面只有靠经验和人肉翻译了。

　　以上是Unity内复盘后Scene视口的效果。可推测出具体的一些制作细节：

　　1。地形以Tile为单位，每个Tile的长度是32米。Tile分三层，每层有albedo和法线贴图，根据一张Mask贴图做混合。示例场景用了5个Tile。其中一个完整的Tile，其他四个Tile是面积很小的碎片。

　　2。场景支持天气系统，分别支持雨天和雪天。可以通过材质参数控制雨雪在地面上的厚度表现。

　　3。每个模型物件分两个顶点缓冲。第一个缓冲记录位置，法线，切线和两套UV，第二套UV为lightmap uv。第二个缓冲是用编辑器烘培上去的，记录的信息有：a）lightmap的编码映射数据，uv寻址信息，b）模型的世界坐标矩阵，传入shader内计算。这样做有利于draw call的合批。

　　4。植被分两种，带动画和无动画的。

　　5。模型材质的Lod分两种，高画质采用基础的金属度物理渲染模型（Physical-based Shading），使用到albedo，metallic，normal和lightmap贴图，比如视野范围内的石像。低画质采用简单的albedo diffuse加Lightmap，比如视野范围远处的房屋古建和浮岛。类似浮岛这种独立于Tile之外的场景没有合批，世界矩阵还是单个传入pipeline。这种方式符合2.5D视角设计。

　　6。光源采用一盏平行光主光源，最多支持四个点光源。示例场景中实际使用了平行光产生diffuse，另外加了一盏点光源。点光源挂在角色的身上，跟随运动。这也是游戏截图和Unity复原图中光影细微差别的原因。因为两帧角色站立的位置不一样。

　　7。示例场景一共使用了6张1024的lightmap。

　　8。支持两种雾效，1）高度雾和距离雾混合2）使用贴图的体积雾。最高画质使用的是第一种。

　　9。天空盒模型挂在摄像机上，跟随其运动。世界坐标在Shader根据视锥属性计算得出。

　　上篇对手游场景的逆向分析，接下来的内容针对第三方游戏在真机上的角色渲染，分析还原其效果。仍然以某自研引擎开发的第三方游戏为例，介绍在Unity内还原游戏的角色效果。

　　首先看真机效果和还原效果对比。

　　上面第一张带UI的是游戏截图，第二张是分析后Unity内还原效果，第三四张是还原的角色近景。

　　GPU数据的截取使用高通和Nvidia的工具。模型的提取转化需要注意的地方有：

　　1，因为高通的profiler截取的顶点数据经常丢失，相关buffer用Tegra Debugger去截。

　　2，Unity导入切线时会自动normalize，而NeoX引擎的模型会用切线的长度记录信息，同时FBX，unity对单个uv不能同时支持四个通道，所以自己写工具处理FBX文件时需要做一个trick：用两套uv对切线进行编解码。

　　3，骨骼动画采用GPU计算，而Unity在CPU计算。为了方便展示，模型需要带有骨骼动画pose，这个在导出FBX时把截到的骨骼矩阵计算到顶点。

　　材质Shader人肉翻译，解析提取后总结如下：

　　1，角色分为三部分，身体，头部和头发绘制（不包括武器道具）。

　　2，角色光照。实时光包括一盏平行光和点光源，预计算Spherical Harmonics Diffuse对角色补光，美术可以通过参数修改lighting的占比，以及再打一盏平行光补光，避免出现明暗剧烈过渡。

　　3，头发的SH Lighting在顶点计算，身体的SH Lighting在像素计算。

　　4，角色的Spherical Harmonics Diffuse在展示界面和场景内设置是不一样的，但是在同一个场景内，SH都是一样的。反射则是静态的，永远保持不变。

　　5，服装金属部分，采用GGX BRDF模型。

　　6，皮肤部分3S的表现主要是对diffuse进行线性warp处理。