[GDC 2018]《尼爾:自動人形》的即時音效運算技術

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[GDC 2018]《尼爾:自動人形》的即時音效運算技術

2017 年發售的《尼爾:自動人形》可以說是一部充滿話題性的作品,獨特的世界觀、曲折的多重故事結局、可愛又性感的 2B,以及深獲好評的遊戲音樂,本作的每個元素都引起玩家的熱烈討論。在 2018 年的 GDC 上有一場演說,所探討的內容不像前面幾個項目那樣受到矚目,卻對玩家的遊戲體驗有著不小影響。這是由白金工作室的音效團隊,分享他們在《尼爾:自動人形》上使用到的即時音效運算(real-time audio processing)相關技術。


《尼爾:自動人形》也在本屆 Game Developers Choice Awards 上奪得 Audience Award

本場的講者木幡周治是白金工作室的音效工程師,在進入白金工作室之前,曾在日本的電子樂器設備生產商 Roland 擔任吉他效果器以及 loop machine 的軟體開發工作。


木幡周治


擔任翻譯的 Andrew 是公司內部的英文老師,橫尾太郎總監也有上過他的英文課

 

善意提醒:文章會提及部分遊戲內容及劇情,有顧慮的讀者請自行斟酌是否繼續閱讀。

 

即時音效可以強化遊戲的互動感受

《尼爾:自動人形》的世界觀非常獨特且纖細,有著許多像是廢墟或是大自然等不同的地圖空間,為了呈現這些空間的聲音特性,音效團隊在遊戲中使用了許多即時音效運算(real-time audio processing)相關技術。團隊認為遊戲的即時性可以和即時音效運算技術產生相乘效果,大幅提升遊戲的互動性,並且希望透過這次分享,可以供其他開發者做為未來音效設計上的參考。

此次演說介紹的內容著重在 Spatial Audio(空間音效)以及 Electronic Effect(電子音效)的部分。除了這兩個項目外,《尼爾:自動人形》還有其他針對聲音的小效果,會在演說最後一並介紹。

 

營造空間感的 Spatial Audio

首先是 Spatial Audio,也就是音效的空間感營造。要營造音效的空間感有三個重點,音效的位置以及方向、 Reverb(反響),以及 Occlusion(遮蔽)。調整這些效果其實就像是在精雕細琢影像的 shading 一樣,當你讓聲音呈現的越自然,就越能營造出整體的沉浸感。

由於《尼爾:自動人形》並不是使用頭戴式裝置遊玩的 VR 遊戲,玩家在進行遊戲時使用的聲音播放設備並不固定。因此,在各種播放設備上都能夠呈現出空間感是本作音效設計的首要目標。製作團隊採取利用後製來讓聲音帶有空間感的作法,在不損壞原曲的前提下,將收錄的聲音轉成 8 channel,從正面考慮聲音各個方向的平衡來微調出合適的感覺。由於任何一個非空間音效都會破壞玩家對於遊戲世界的沉浸感,因此遊戲中所有聲音都會以帶有空間感的方式輸出,同時也必須兼顧即時運算在效能方面的負擔。

為了強化聲音的空間感,製作團隊設計出名為 Simple 3D 的 plugin,現場也實際撥放了一段該效果的展示影片。

影片中有一顆綠色圓球型的聲音發射器,以主角為圓心進行逆時針繞行,並透過開啟/關閉 Simple 3D 效果讓聽眾感受氣氛的不同。可以感受到當 Simple 3D 開啟時,物件繞過主角身後會伴隨一段略強的音頻聲讓過彎的聲音印象被強化。

在音訊處理方面,Simple 3D 的處理很真的很 simple,將音訊依照頻率高低拆成 4 條路徑處理,最後再整合起來。


過彎時那突出的音頻聲主要來自最下面那條 BPF 處理路徑

針對聲音在各個位置的效果,團隊採用一個他們稱之為主觀 EQ 的方式,分別在自己的正面以及想偵測的位置各放置一個面向自己的 Speaker。正面的 Speaker 會接上 EQ。接著兩個 Speaker 輪流放出 pink noise,靠人耳去聆聽比較兩個位置的聲音,調整正面的 EQ 直到兩方的聲音聽起來大概一致,按照這個方式去記錄各個方位的 EQ 數值。

這個做法有一個特色就是正面的聲音和原音幾乎不會有差異,可以利用這點可以讓聲音在其他位置的連續變化上作出獨特的效果。

 

另外一個可以營造空間感的重要特效是 Reverb(反響)。聲音在各種空間裡反射回來混合的聲音,聽起來會因為反射物的性質以及反射距離等條件而有不同的感覺,這就是 Reverb。製作團隊希望遊戲中的 Reverb 可以做到對應地形、材質等條件的變化而即時更新效果。

遊戲使用 Raycast 來做地形偵測,遊戲中每個 frame 都會亂數向各方向射出幾條射線,並暫時記錄這些射線的碰撞點,利用這些資訊來推算出水平面上八個方向的距離、反射率,以及 filter 強度等數據。

現場也撥放了 Reverb 效果的比較影片,影片中遊戲角色分別穿過狹窄的通道以及寬闊的空間,可以明顯聽出來大空間裡的腳步聲聽起來較遠且遼闊,走在通道中則變成迅速而清脆的迴響聲。


附帶一提,K-verb 的 K 代表木幡(Kohata)字首的 K

Reverb 的處理流程大致如下圖所示,下方的 Input 將不經過處理直接進 Mixer(Dry Level)。上方的 AUX 路徑把 5ch 的聲音依照水平面上的八個絕對方向(東西南北)轉成 8ch 之後會進入 Reverb 的主要 loop ,依照距離調整 delay、根據反射率以及材質調整強度,以及根據材質來調整 LPF,接著再加上 Reverb 效果常會用到的 APF。因為這樣直接出來的聲音會有點過強,因此要在各個 channel 做 crossfeed 處理的 feedback。最後再把 8ch 轉成 4ch 進最後的整合。

這個做法,主要會由 delay 跟 APF 的數值來影響聲音的品質,特別是最後的 APF 調整可以造成 Reverb 效果有相當程度的改變。如果要再更講究一點,APF 的調整也應該根據距離與材質來做處理,不過音效團隊認為遊戲音效的調整應該優先考量玩家聽起來的舒適感,而非一昧追求聲音的準確性,所以並沒有做到這個地步。

 

讓聲音更融入主題的 Electronic Effect

接著是 Electronic Effect 的介紹,由於遊戲主題的調性,電子音效在遊戲中也扮演了相當重的角色。主要會針對 Tone Filter 以及 lo-fi 兩個效果來做介紹。

在《尼爾:自動人形》中有著被稱為 Hacking 的要素,在發動 Hacking 動作時,會進入像是迷你遊戲般的小場景,此時的音樂也會變成 8 位元晶片風格的曲風,為了避免突兀感,曲風的轉換會經過一段平滑的轉場處理。


遊戲中的 Hacking 機能

但是,遊戲中並非所有配樂都有 8-bit 版本的音樂,沒有 8-bit 版的曲目會就透過 Tone Filter 來調整成 8-bit 風格。接著現場撥放一段示範影片,以 Copied City 這首遊戲中的配樂呈現 Tone Filter 的效果。

關於 Tone Filter 的處理流程,首先會將 stereo 合併成 mono,之後依照 4 個八度音域拆分出 48 個 tones,將這些 tone 當中人耳較難聽到的部分消除,轉成 square wave。接著,要是直接把這些聲音合起來會有過多的噪音,因此還要細微調整各部的音量,最後再整合輸出。

 

再來是關於 lo-fi 的運用,lo-fi 是一種像是用古老錄音設備錄製出來的失真音樂風格,聲音聽起來乾乾糊糊,卻富有懷舊的味道。要調整出不會讓人感到不愉快的 lo-fi 聲音其實是件不容易的事,《尼爾:自動人形》的 lo-fi 效果主要使用在機械生命體的聲音或是角色狀態受到干擾、惡化時的聲音處理。

示範影片以 2B 受到論理病毒感染的事件為例,在趕往吊橋的途中,隨著病毒侵蝕比率的擴大,lo-fi 效果強度也會逐漸增強。當侵蝕百分比超過 32 % 後會聲音會開始添加額外的雜訊;超過 70 % 後噪音跟畫面的干擾將會達到巔峰,使音訊機能跟角色視野變得非常惡劣;侵蝕超過 90 % 後不久,系統終於因承受不住而發生爆炸。

這段遊戲中的經典情節,我想即使是曾經玩過《尼爾:自動人形》的聽眾在現場仍然會被感動。隨著最後的爆炸,影片結束時現場在一片沉寂後響起熱烈的掌聲。透過這段影片可以清楚理解,優秀的音效可以如何替整體劇情演出加分。

遊戲使用的 lo-fi 處理流程,首先會將聲音從 48kHz 降為 24kHz,一來是因為 lo-fi 效果不需要太高的音質,二來是可以減輕效能負擔。接著進入一段讓聲音產生雜訊或是失真模糊感的處理 loop,最後再以 48kHz 輸出。

 

遊戲的其他聲音效果

除了以上的主要效果之外,《尼爾:自動人形》在其他地方也有針對聲音的小設計。像是一周目通關之後可以使用 Voice Change 機能來改變 9S 的聲音,能把原本的配音更改為帶有「紳士」、「動畫」、「機器人」...等等的風格;
在遊戲中到處飆車的艾米爾商店,車上播放的音樂則參考了都卜勒效應,當車輛朝角色急駛而來的時候音樂會變得略為尖銳且刺耳;還有在教主大人成為神的劇情橋段裡,場景裡的火炬會隨著 Become As Gods 這首音樂的節奏閃動。從這些小地方可以看出音效團隊對於細節的呈現真的非常用心。

 

總結

近年來隨著遊戲硬體的進步,也帶來許多音效即時運算的可能性。木幡先生認為,《尼爾:自動人形》的音效設計正是專注在這些新機能的探索以及使用,透過音效團隊設計的工具,玩家可以獲得更棒的遊戲沉浸感。透過音效設計師與遊戲工程師的合作,我們可以將遊戲的聲音效果提升到非常優異的境界。


左起:岡部啓一(作曲家)、中康洋(PG)、進藤美咲(PG)、上田雅美(PG)、木幡周治(PG)、齊藤陽介(製作人),以及右圖的 Andrew。