扎根游戲領(lǐng)域，只做深度內(nèi)容。關(guān)注我，暢聊有關(guān)游戲的一切。

引言：即將問(wèn)世的游戲引擎

2020年5月13日，絕對(duì)是一個(gè)值得銘記的日子。

擁有世界上最大游戲平臺(tái)之一的游戲廠商Epic Games在上周三公開(kāi)了旗下虛幻引擎（Unreal Engine）的最新一代——虛幻5（Unreal Engine 5，以下簡(jiǎn)稱UE5）。在官方提供的演示視頻中，UE5搭載了索尼的新游戲主機(jī)PS5，宣布了UE5的兩項(xiàng)重大革新技術(shù)——Nanite與Lumen。

Epic Games演示了兩項(xiàng)新技術(shù)

鯊魚哥本人是從事建筑可視化行業(yè)的建模師，這兩項(xiàng)技術(shù)可以說(shuō)是會(huì)完全影響到我未來(lái)的工作內(nèi)容與方式。今天我就站在可視化行業(yè)從業(yè)者的角度，來(lái)與大家聊聊這兩項(xiàng)新技術(shù)即將給建筑表現(xiàn)效果圖、建筑表現(xiàn)動(dòng)畫、游戲等可視化行業(yè)帶來(lái)的巨大改變，希望各位讀者可以從中吸取到一些對(duì)個(gè)人未來(lái)規(guī)劃有用的信息。

個(gè)人淺見(jiàn)或許會(huì)有不足夠正確的地方，若您有更專業(yè)的觀點(diǎn)，歡迎在評(píng)論區(qū)多多指教。

Nanite對(duì)前期建模的影響

UE5帶來(lái)的第一項(xiàng)新技術(shù)叫做Nanite，這個(gè)單詞的本義是納米機(jī)器人，Epic Games官方在宣傳視頻中將其定義為了“真正的虛擬化幾何體”。 在官方的演示中，Nanite能以極快的速度實(shí)時(shí)渲染上百億的三角面。

這是一個(gè)什么樣的概念呢？我將用它對(duì)建筑表現(xiàn)行業(yè)的具體影響來(lái)進(jìn)行釋義。首先我們來(lái)了解一下建筑表現(xiàn)的工作流程。

1.建筑表現(xiàn)工作流程

傳統(tǒng)建筑表現(xiàn)效果圖的基本工作流程主要分為三個(gè)階段：建模、渲染與后期。第一個(gè)環(huán)節(jié)建模是指，建模師按照景觀、建筑或室內(nèi)的設(shè)計(jì)圖紙，將建筑或場(chǎng)景用諸如3dmax、犀牛、Maya等建模軟件給建造出來(lái)。

一張小床都有15萬(wàn)個(gè)面

無(wú)論用哪個(gè)建模軟件，這些3D模型都是由一個(gè)一個(gè)三角面來(lái)構(gòu)成的。三角面越多，模型就越精細(xì)，看上去就越真實(shí)，同時(shí)它所占用的系統(tǒng)資源也就越大。在我們一個(gè)常規(guī)的建筑表現(xiàn)場(chǎng)景中，對(duì)物體個(gè)數(shù)與每個(gè)物體的面數(shù)都是有嚴(yán)格要求的——如果過(guò)多，不僅會(huì)造成電腦的卡頓，影響工作效率，更會(huì)在后期渲染時(shí)耗費(fèi)大量的時(shí)間。

記得在2012年左右，我參與了四川雅安市道路改造工程的效果圖制作項(xiàng)目。整個(gè)被改造的街區(qū)，由于體量太大，我們公司將其分成了12個(gè)更小的區(qū)域進(jìn)行建模。即使如此，由于當(dāng)時(shí)公司電腦的配置不算太高，使用起來(lái)依舊非常的卡。

省面后的床變成了2萬(wàn)多個(gè)面

而當(dāng)整個(gè)項(xiàng)目要被做成動(dòng)畫的時(shí)候，建模的工序還會(huì)多出一道來(lái)——省面。

在建筑表現(xiàn)行業(yè)，動(dòng)畫項(xiàng)目都是按秒來(lái)收費(fèi)的；而每一秒至少都有24幀，換句話說(shuō)一秒的動(dòng)畫就需要我們渲染24張圖片。而渲染一個(gè)品質(zhì)較好的圖片至少需要數(shù)小時(shí)；如果畫面中的模型面數(shù)過(guò)高，這個(gè)時(shí)間還會(huì)成指數(shù)級(jí)別地增加。所以為了節(jié)省時(shí)間，建模師就需要把精細(xì)的模型給一個(gè)個(gè)改為粗糙的模型——精細(xì)的模型用來(lái)做效果圖，而粗糙的模型用來(lái)做動(dòng)畫。

那么粗糙的模型渲染出來(lái)的效果會(huì)不會(huì)很差呢？當(dāng)然是的。因?yàn)槟Ｐ腿鄙偌?xì)節(jié)，許多本該凹凸不平的地方就變?yōu)榱艘粋€(gè)平面，光打在上面形成的光影效果就會(huì)非常不自然，效果看上去就會(huì)十分不真實(shí)。不過(guò)建模師可以用一個(gè)投機(jī)取巧的辦法來(lái)進(jìn)行彌補(bǔ)，那就是“烘焙法線貼圖”。

2.烘焙法線貼圖

這項(xiàng)技術(shù)可以說(shuō)是針對(duì)高端動(dòng)畫或游戲項(xiàng)目的必備技能，它可以讓粗糙的模型乍一看與精細(xì)的模型別無(wú)二致。它的原理是讓粗模也能夠反射出精模的光影效果，而具體的烘焙過(guò)程就是建模師首先準(zhǔn)備一個(gè)精細(xì)的模型，接著制作好記錄它在當(dāng)前光感下凹凸信息的貼圖，然后再將這些凹凸貼圖貼在粗糙的模型之上。

用人話來(lái)講就是把一個(gè)土豪搭配好的奢侈服裝穿在了我的身上，讓我看起來(lái)也可以像個(gè)土豪。

這項(xiàng)技術(shù)不僅在制作建筑動(dòng)畫項(xiàng)目的時(shí)候會(huì)用到，就算是在普通的效果圖制作中，我們也經(jīng)常會(huì)為了節(jié)約系統(tǒng)資源而給毛毯、地板等凹凸感強(qiáng)烈的物體貼上事先準(zhǔn)備好的凹凸貼圖，而模型則僅僅使用一個(gè)擁有12個(gè)三角面的立方體就足夠了。

烘焙法線貼圖十分耗時(shí)

但要把這件“土豪的衣服”制作出來(lái)的過(guò)程就十分繁瑣，不僅需要確認(rèn)精模與粗模的法線方向完全一致，還要確認(rèn)它們有沒(méi)有破面、重面、重線、未焊接點(diǎn)、多邊面等等問(wèn)題——不可避免地，整個(gè)烘焙法線貼圖的過(guò)程將會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間。

而在一個(gè)建筑動(dòng)畫的場(chǎng)景中，存在著數(shù)不清需要進(jìn)行省面與烘焙法線貼圖的模型，其工程量足以讓建模師們夜不能寐、毛發(fā)不留。

但如今Nanite出現(xiàn)了。它的出現(xiàn)究竟會(huì)給效果圖行業(yè)的建模流程帶來(lái)什么樣的便利呢？

3.Nanite拯救發(fā)際線

在Epic Games的官方演示中，有一個(gè)古代遺跡的場(chǎng)景中佇立著500個(gè)雕像，而每一個(gè)雕像都是由3300萬(wàn)個(gè)三角面構(gòu)成的。一個(gè)擁有超過(guò)165億個(gè)面的室內(nèi)場(chǎng)景，在Nanite引擎的加持下卻能夠讓UE5毫無(wú)卡頓，這就是Nanite持有的“虛擬化幾何體”技術(shù)的最大特色。

一個(gè)雕像就足足擁有3300萬(wàn)個(gè)三角面，放在一般引擎中早就卡死了

而且，它的威力不僅限于室內(nèi)領(lǐng)域，在物體數(shù)量更多、場(chǎng)景更復(fù)雜的室外場(chǎng)景，UE5還是可以輕松駕馭。所以有了搭載Nanite的UE5之后，我們只需要把場(chǎng)景中每一個(gè)模型都建好之后，再在UE5中進(jìn)行合并或組裝即可——只要電腦帶得動(dòng)UE5引擎，我們就可以無(wú)限制地往場(chǎng)景中放置精細(xì)的模型，絲毫不用擔(dān)心機(jī)器卡頓的問(wèn)題。

可見(jiàn)，Nanite可以把省面與烘焙法線貼圖的過(guò)程全部給免除，大大地減輕建模師的工作量；而建模師則可以把精力集中到對(duì)模型的精雕細(xì)琢上，無(wú)需考慮后續(xù)的省面與烘焙——Nanite實(shí)乃保護(hù)建模師發(fā)量的工作必備利器。

Lumen對(duì)后期渲染的影響

在建筑表現(xiàn)行業(yè)中，渲染前與渲染后的可視效果完全是兩回事。比如下圖是我制作的一個(gè)室內(nèi)場(chǎng)景，左側(cè)是渲染前的模型效果，明顯可以看到陰暗處是純黑色，毫無(wú)真實(shí)可言；而右側(cè)的成圖對(duì)比左側(cè)來(lái)說(shuō)則顯得自然且真實(shí)。

渲染后的效果為什么會(huì)好很多呢，就是因?yàn)槲覀冊(cè)谑褂肰ray等渲染器時(shí)，它會(huì)啟動(dòng)一個(gè)名為GI的全局光照系統(tǒng)。GI系統(tǒng)可以模擬光線在場(chǎng)景中的傳播算法，再經(jīng)過(guò)渲染師一系列專業(yè)的參數(shù)設(shè)置，就可以通過(guò)渲染器將整個(gè)場(chǎng)景中的光影關(guān)系渲染得與真實(shí)世界相差無(wú)幾。

雖然全局光照可以渲染出真實(shí)的光感效果，但它有個(gè)最大的缺點(diǎn)，就是十分耗時(shí)：一張分辨率為4000x2250像素的圖片，要渲染出來(lái)需要用到3~8小時(shí)左右（時(shí)間長(zhǎng)短視場(chǎng)景的復(fù)雜程度與電腦配置的高低不同而定）。如果我們需要多張不同光感的效果，比如白天、黑夜、傍晚、清晨等，那么每一次更改方案都需要重新再渲?jǐn)?shù)個(gè)小時(shí)。更可怕的是，如果整個(gè)場(chǎng)景有省面的需求，每一次光感發(fā)生變化我們都需要重新制作所有粗模的法線貼圖，否則渲染出來(lái)的光影關(guān)系就會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。

而UE5帶來(lái)的第二項(xiàng)新技術(shù)Lumen，就徹底解決了上述的問(wèn)題，因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了“實(shí)時(shí)”這個(gè)概念。我們可以在漫游場(chǎng)景的時(shí)候隨意更改燈光效果，并且能夠立馬得到渲染后的效果。

場(chǎng)景中的光源隨時(shí)變化，用戶都能馬上看到高畫質(zhì)的結(jié)果

也就是說(shuō)，以后的建筑表現(xiàn)，渲染時(shí)間完全可以忽略不計(jì)了。我們只需要把做好的模型堆疊到UE5之中，找到合適的鏡頭，所見(jiàn)即可所得，立馬獲得一張高品質(zhì)的效果圖；或者錄制自己在場(chǎng)景中漫游的過(guò)程，做做后期加點(diǎn)音樂(lè)，動(dòng)畫也能立馬出爐。無(wú)論是做效果圖還是動(dòng)畫，Lumen系統(tǒng)都可以大大地縮減整個(gè)項(xiàng)目的制作時(shí)間。

其實(shí)在UE5的Lumen之前，早就有一款軟件可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)光照，那就是渲染軟件Lumion。但是并不具備Nanite技術(shù)的Lumion，自然也無(wú)法得到品質(zhì)特別高的實(shí)時(shí)畫面了。

結(jié)語(yǔ)：未來(lái)已來(lái)

所以UE5兩項(xiàng)新技術(shù)的關(guān)鍵詞就是“實(shí)時(shí)”，繪圖員可以忽略大量的優(yōu)化工作，專注于創(chuàng)造一個(gè)更加真實(shí)的場(chǎng)景。而精心做好的場(chǎng)景，則可以讓用戶實(shí)現(xiàn)“所見(jiàn)即所得”的照片級(jí)效果。但嚴(yán)格上來(lái)說(shuō)，這樣的效果并不是未來(lái)，而是過(guò)去式。因?yàn)樵缭?年前，國(guó)外大神Dereau就用UE4引擎制作了一個(gè)名為“巴黎公寓”的室內(nèi)漫游游戲。

游戲中隨便截張圖都可以是照片級(jí)別的效果圖

說(shuō)是游戲，它更類似于一個(gè)可以自由探索的室內(nèi)渲染空間。我們站在室內(nèi)任何一個(gè)角度，都可以得到一張媲美Vray渲染的照片級(jí)效果圖；我們可以在整個(gè)室內(nèi)自由地漫游與觀察細(xì)節(jié)，而不是像全景圖一樣只能原地轉(zhuǎn)圈。最關(guān)鍵的是：無(wú)論我們?cè)趺赐?，圖像的質(zhì)量都可以達(dá)到真實(shí)的照片級(jí)別。

客戶可以自由地在場(chǎng)景中切換材質(zhì)，更可以切換白天與晚上的效果，還可以戴上VR設(shè)備身臨其境地一探究竟。比起干巴巴的幾張效果圖，這樣的方案表現(xiàn)力與談單說(shuō)服力是不是強(qiáng)到?jīng)]朋友呢？但沒(méi)有Lumen技術(shù)的加持，它在切換白天與晚上效果時(shí)，用戶仍需等待一定的時(shí)間。

場(chǎng)景中的家具可以隨意更換設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)好的幾種材質(zhì)

UE4尚且如此，那么UE5來(lái)了之后呢？可以想象，我們可以利用Nanite與Lumen兩大新技術(shù)做出更復(fù)雜、細(xì)節(jié)更多的場(chǎng)景而不用擔(dān)心卡頓，燈光也可以隨意變化且立馬產(chǎn)生結(jié)果，最終場(chǎng)景的效果必定會(huì)更加細(xì)膩且真實(shí)。

因此，在虛幻5的新技術(shù)來(lái)臨之前，我們不妨提前去了解并學(xué)習(xí)相關(guān)的知識(shí)，才能在新技術(shù)到來(lái)之時(shí)，迅速上手輸出優(yōu)秀的作品。畢竟，未來(lái)早已到來(lái)，而機(jī)會(huì)永遠(yuǎn)只會(huì)留給有準(zhǔn)備的人。

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