《尼尔：机械纪元》背后的空间音频
01《尼尔：机械纪元》
《尼尔：机械纪元》（NieR: Automata）是一款幻想动作ACT游戏。该作为《尼尔：伪装者》和《尼尔：完全形态》的续作，于2017年2月23日在日本首发，登陆PlayStation 4平台，PC端则在3月17日发售，登陆Steam平台。
该作一经发售便广受好评，在玩家群体中获得不错的口碑，更是在同年（2017）获得TGA的最佳作曲/配乐奖。
其故事背景设定在遥远的未来，外星入侵者摧毁了地球，人类被迫逃往月球。为了重新夺回家园，人类建立了由战斗型机器人组成的抵抗组织，并在地球废墟上与外星人派来的机械生命体展开了一场激烈的大战。
《尼尔：机械纪元》整体的美术风格和表现形式的跨度都较大。
从恢弘大气的战斗场面，到宁静祥和的遗迹村落，再到欢乐诡异的主题乐园；从2D固定视角的空战，到森林城堡的类横板跳跃，再到正常的3D镜头动作叙事。
要cover这么复杂的美术风格、交互类型和满足叙事要求，还要做到音乐情绪的连续且自然的表达不是一件容易的事情。
环境音效
在开发过程中，制作团队首先着手构建战后的地球，也就是故事发生的舞台背景。
他们绘制了贫瘠荒凉的废墟、渺无人烟的废弃都市以及草木丛生的旷野。不过，要想鲜明地突出各种环境之间的差异并非一件简单的事情。
因此，在此基础之上，声音制作团队通过声音设计进一步增强了游戏世界的真实性，利用沉浸感极强的环境音效让玩家偶尔停下脚步来感受周围广阔的大自然，从而在紧张的战斗之余得到片刻放松。
多种视角
在动作场景中，声音需要能反映镜头角度的变化，正如下列截图所示，同时还必须限制场景中许多物体的声音数量。
利用空间音频技术增强沉浸感 《尼尔：机械纪元》中使用的空间音频技术包括混响（reverb）、”声笼”（occlusion）和3D音频效果器(3D audio effects)。
它们就像为图像增加阴影一样，为了增加沉浸感和环绕声效果，使游戏声音更加真实。另外，它们也能将游戏中整体氛围营造的更加统一，有助于将声音融合在一起。
首先，介绍一下 3D 音频效果器以及互动混响系统。这些都是专门为这款游戏开发的创新工具。
3D音频效果器
对于 3D 音频，制作组首先想到的是创造出不依赖播放环境的效果。《尼尔》并不是一款 VR 游戏，也不是一款要求佩戴耳机的游戏。所以，需要通过普通的立体声扬声器来展现空间深度。另外，在声音设计工作中，还要注意避免原始声音受损。
为了不破坏平衡，播放正前方的声音时必须要保证完全还原声音本身的听感。同时，还希望能将该效果器应用于大部分声音，降低运算处理成本。假如只把效果器应用于少数声音，玩家恐怕无法在3D游戏世界中体验到被 3D 声环绕的效果。
为了达成共识，团队内部的声音设计师和音频程序员对这些创意进行了多次讨论。
Simple3D 插件
基于共同的理念，制作组在游戏中集成了 Simple3D 音频效果器。下图的 Simple3D 的数字信号处理 (DSP) 流程示意图。
顾名思义，它的处理结构非常简单。根据玩家听到生源的角度，每条路由的音量和滤波器参数都会改变，以此来营造方向感。
在上图所示三条路由中，第一条同时通过 4kHz 和 500Hz LPF；第二条只经过 4kHz LPF；第三条则直接传递原始输入信号，随后通过改变音量比率来增加或减少高频和低频成分（Adjust Vol）。
最下面一条路由适用于声源转到玩家身后，以及其他频率发生变化时。假如除了增减高频和低频成分还有更有效的方式，就会通过这个带通滤波器来实现频率变化。
接下来，让我们看看这个DSP的设计，以及如何调整参数。它们能很好地体现这种效果器的特性。
DSP
从上方的示意图可以看出，有一个扬声器必须被设置在玩家的前方，而另一扬声器则可设在任意方向。两个扬声器会交替播放粉红噪声，其中前置扬声器应用了 EQ。
随后，制作组会试听并对比两个扬声器播放的粉红噪声，然后对 EQ 进行主观调整，直到两段声音听起来完全一样。之后调整各个方向的声音，并记下了每个方向的 EQ 参数，以便稍后根据这些参数来优化效果器。
通过这种基于主观听觉审美的声学调整，制作组实现了不同于 HRTF 的变化，让玩家可以更加轻松地感知方向。
《尼尔》中的空间声学设计的第二个工具是：互动混响系统。
光线投射系统
首先，制作组尝试创建了一个可以自动识别周围几何形状的系统，以此来生成恰当的混响效果。同时，他们还希望在将来，这些参数都能根据其他条件不断变化。
制作组想利用游戏独特的互动设计来构建一个自动化系统，并借助它完成那些过于繁琐的手动操作。目标是希望能整合地形材质数据及其他参数，并依据玩家的方向来展现反射强度、时长和音色变化，同时根据地形变化进行实时调整。
制作组选择了使用光线投射系统来确定周围的地形。每一帧，都会向周围随机方向投射若干条射线。在此过程中，系统会记录碰撞点并暂时保留相关数据。根据各个碰撞点和玩家位置，可以计算出每个方向的距离、反射强度和滤波强度。这款游戏的帧率为每秒 60 帧，按每帧投射 8 条光线来算，仅一秒钟就会投射 480 条光线。
这两张截图直观地展示了光线投射法，其中绿色圆点为碰撞点。在上图中，空间较为狭小；在下图中，空间相对开阔。通过对比，可以看出两者之间的差别。右下角的方框中显示了空间大小。
K-verb插件
制作组运用通过光线投射系统获得的地形数据，来设置各项参数并生成混响效果。
经过反复的试验，制作组意识到：突出表达空间反射和回响比一味地跟随听者的真实朝向，可以更加有效地增强游戏整体代入感。因此，在制作组的声音设计中，决心要实现这些细节。
Simple3D 插件和光线投射系统专注于通过有趣的开发手段来传递令人愉悦的声音，而不是完全精准的模拟。无论是效果器插件还是声学设计创意，我们都是这么想的。另外，还有一点很重要，就是利用这些插件可以降低运算处理成本。
顺便说一句，“K-verb”这个名字是以音频程序员Shuji Kohata)的姓氏来命名的。K 是他公司内部使用的昵称，没想到听起来还很顺口。
刚开始，只是声音团队中的首席声音设计师Misaki Shindo这么叫他，后来大家都觉得这名字挺酷，所以就一直用到了现在。
我们在上周也为大家介绍了首席声音设计师Misaki Shindo是如何带领拟音团队制作《尼尔》过场CG中的拟音的。还没看过的小伙伴可以点击链接查看：尼尔：机械纪元开发时的拟音制作
接下来，来看下 K-verb DSP 的奥秘所在。
在左侧，大家可以看到干声输入和湿声混音 AUX。AUX 对听者来说是 5 个声道，随后被重新混音成 8 个声道，分别对应听者周围的八个水平方向。
中间的环路就是混响本身，其延迟时长、音量电平和滤波强度基于系统根据不同方向的碰撞点计算得出的参数。只是这样的话产生的延迟太长，所以要借助全通滤波器和来自各个方向的交叉馈送来生成混响效果。然后，再把生成的混响声音重新转换成听者感知的四个声道，并输出到总线中。
《尼尔》背后的空间音频（下）
下期我们将为大家介绍:
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《尼尔：机械纪元》是如何利用 Wwise 控件为各种游戏玩法提供支持的?
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《尼尔》声音制作组采用的独特声音衰减手法。
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如何控制多个声源发出的声音？
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等等
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