5000字实录虚化引擎5 ：3D扫描、数字人、开放世界工具包应有尽有
千呼万唤始出来，UE5正式上线了。
去年五月， Epic Games发布了UE5的抢先体验版。当时不少游戏开始采用新引擎开发，比如《古代山谷》。同年12月，《堡垒之夜：第三章》采用该版本，可以说已经过实战考验。
4月5日，在虚幻引擎State of Unreal直播活动过程中，Epic Games 创始人兼首席执行官Tim Sweeney 宣布虚幻引擎5.0正式上线。他表示， UE5是一项激动人心的实时3D技术。它正将各行各业联系到一起，成为一项共享媒介。
此话不假，如今虚幻引擎跨行业特性正愈发明显。游戏行业作为虚幻引擎大本营，市占率较为可观。官方披露数据显示，在已公布的次世代主机游戏中，有48%使用了虚幻引擎。目前，在汽车、时尚、建筑，以及影视制片行业，我们也能频繁看见虚幻引擎的身影。
粗略算一下，距离虚幻4正式发布已经过去七年时间。究竟该采取哪些标准来评判虚幻引擎5是否达成目标？
Epic Games 首席技术官Kim Libreri 认为可从两方面来评判：首先、能否真正改变互动和线性媒体的制作方式？其次、是否尽可能地去挑战新引擎的极限？
幸而，这些由虚幻5打造的《黑客帝国：觉醒》演示项目中表现得淋漓尽致。Demo中的动画部分是在虚幻5打造的《黑客帝国》城市中拍摄的。虚幻美术师可以在一个完全模拟的世界中驾驶车辆，设置特技动作并放置烟火效果。
此外，虚幻引擎还可以直接拍摄这个模拟世界，所以团队能够在场景中优化摄像机机位，尽可能去追求电影级别的观感。
眼下虚幻引擎5不仅让已有的工作方法变得更加快捷，还志在探寻全新的方法转变制作和体验内容的方式。
像Nanite 虚拟微多边形几何体系统，让画面可以随时呈现数十亿个三角形，而Lumen实时全局光照能让我们打造出非常逼真的光照效果。两者结合，就可以产生高品质的实时内容。此外通过使用Houdini 和Houdini引擎，能够快速构建一座规模庞大的城市，同时它的保真度和复杂性，
毫不夸张地说，虚幻引擎5正成为次世代内容创作的基础。
具体到游戏制作，虚幻引擎5是初学者们的游戏百宝箱。它是一个完整的、端对端多人在线游戏项目，为开发者的游戏制作打好了坚实的基础。让开发者无需再从零开始。
虚幻引擎5项目内置了模块化组件Lyra，并使用Epic线上服务进行游戏匹配，它可以在PC、主机以及移动端运行。
有了Lyra，开发者可以直接制作、定制，添加新内容并开始游戏测试。接下来，我们看一看，以Lyra为基础如何轻松地制作自己的游戏。
在发布会上，Epic Games技术美术方向主管Zak Parrish在虚幻编辑器中演示了Lyra项目的部分内容。并重点讲解如何使用并修改关卡，打造属于自己的Lyra游戏。
例如在光照方面。这一关卡场景光源来自太阳，而创作者可以通过移动太阳，调整整个场景的光影效果。可以看到，光照会自然反射并照亮场景，光照会被它照射到的表面所影响。
除了发射光外，Lumen还可以用自发光材质照亮场景。同时，也可以通过设置控件调整材质的颜色等。
具体到如何修改关卡上，Zak Parrish表示，Epic设计Lyra是为了让大家能够以此为基础，制作自己的游戏。并创建了一系列的工具来帮助大家。
创作者可以通过复制素材，进行变形、着色等个性化调整，生成新的场景。即将已有静态网格体进行再创作。
当然，创作者也可以为场景制作新的素材。Lyra安装的文件中有一个“Tool”文件，这里有许多程序化的工具。它们都是用虚幻编辑器中已有的建模工具，通过蓝图制作而成。
值得提出的是，这些场景素材不仅可以调整长宽高低、颜色等，也可以加上碰撞、音效等效果。例如楼梯在加入斜面设定后，整个光线效果也会发生变化。
此外，Lyra中还搭载了游戏玩法资产库，创作者可自定义生成武器，并且可以通过虚幻编辑器进行即时测试。
Zak Parrish强调到，这些完全是用蓝图制作。创作者甚至不需要编写任何代码，就可以打开并更改它的行为。
从整个演示来看，本来初始为毫无遮拦的开阔地，在经过一番简单的调整后，变成了有掩体、堡垒并且可以拾取武器的场景。简单来说，通过Lyra玩家可以轻松打造自己的游戏体验。
目前该项目已有三种模式。其中包括淘汰模式，类似于标准的死斗游戏；控制模式，类似于占点模式；爆破模式，类似于带排名的派对游戏。
诚然，这还只是UE5推出的第一个正式版本，或许很多人对该产品的实操性还有一定存疑。不过，通过Epic Games工程副总裁Nick Penwarden一番介绍后，相信很多开发者/创作者都打消了怀疑的念头。
正如前文所述，UE5已通过不少产品实战检验，如《Lumen in the Land of Nanite》《古代山谷》《堡垒之夜：第三章》，且覆盖了所有平台。通过对比UE5和UE4版《堡垒之夜》的性能、占用内存和稳定性，Epic确定能够实现顺利过渡，并且无需大幅修改《堡垒之夜》的代码和内容。同时，《堡垒之夜》也能够利用UE5的全新编辑器和工作流程。
换言之，大家可以相信UE5已经过实测，可以用于生产。并且无论你是UE4的老用户，还是纯新人，Epic都想确保从UE4到UE5的过渡一路畅通、文档完备。
而这还只是个开始，未来UE5的更新还将带来新的功能、改进和优化，包括提供一系列的资产库和额外工具。为此，Epic也是做足了准备工作。
2019年，Epic收购了了影视与游戏资产库与工具制造商Quixel。在收购后，Quixel也宣布，所拥有的Megascans library现在在使用虚幻引擎时完全免费。
据了解，Megascans资产库已开始整合到UE5中，且完全兼容Nanite。此外，公司与ArtStation和Sketchfab也展开了合作，在商城中为开发者们提供海量的资产。
本次发布会上，现任Quixel高级总监的Zak Parrish也带来了其他消息，为了更容易打造出照片级别的高品质内容，公司推出了AR扫描应用“RealityScan”。
它可以将需要大量训练和昂贵专业软硬件的扫描扫描工作，浓缩成一个便于使用的手机应用，让开发者轻松运行高标准的摄影测量方法，完成创作。
出于同样的原因，Epic还发布了MetaHuman Creator。
这是一款基于云端的免费应用，让专业人员和初学者都可以打造出照片一样逼真的数字人类，还能快速为角色添加头发和布料。
值得提出的是，这些全新的免费工具背后都与创作者生态直接挂钩，以保证整个UE5系统能够开放且持续的发展下去。
像Megascans资产库、Nanite以及MetaHuman Creator等特性，它们已充分应用在《黑客帝国：觉醒》。
在演示DEMO中，Epic Games通过虚拟引擎5，试图模糊电影与游戏的边界，让画面能够更加丰富。
通过提升技术，改进全局照明及反射系统，UE5让曾经只存在于人类脑海中的画面变成了现实。
在一个开放城市场景中，建筑是影响城市格局的重点。通过分割建筑模块以及运用关卡实例打包蓝图，可以自动程序化生成城市。
在《黑客帝国：觉醒》中，关卡实例打包蓝图用来创建城市中的所有群落、主建筑和主城区。借由虚幻引擎5的新功能，创造复杂细节的建筑。
但是，在大量的模块数据中，如何进行管理将成为一大考验？在虚幻引擎5中有一套全新工具，Open World。Open World工具包中的两个主要功能分别是世界分区和OFPA。
世界分区是一个网格系统，允许在编辑器中根据位置动态加载和卸载Actor。OFPA可以和世界分区一起使用，可以加载和卸载单独的Actor。
世界分区还引入了一个新的组织系统，称为数据层。数据层本质上是一种使用标签对内容进行分组的方法，在加载或卸载时，能够提供所需的流送和数据层，这能够极大地改善开发者的工作流程和迭代时间。这意味着编辑世界时，数据使用可以降到最低。
在确立生成城市后，还需要建立规则。规则处理器是一套通过Alembic文件导入点数据的工具。该点数据可以来自任何外部软件。开发者可从Houdini和虚幻引擎中导出了一个Alembic点数据，从而使用规则处理器。
通过不断重复生成城市，开发者可建立多个规则来提取城市，并根据想要如何组织世界上的Actor来建设城市。建筑物有一套非常具体的规则，规则处理器跟踪已生成的Actor，并自动清理旧的Actor。它还会智能回收Actor并减少使用源码控制时的添加和删除操作。
在建筑外观的开发上，Epic Games将该过程分为三个独立的步骤，分别是基础材料、材质以及环境对材质造成的影响。在建构好材质、着色后，再将数据导回虚幻引擎，生成更加自然的城市外观。
另外，光照对于城市的真实视觉效果也格外重要。通过激活Lumen，让场景还原更加真实的色彩。Lumen提供实时GI和反射照亮阴影，不使用阳光也能照亮城市。值得一提的是，Lumen是动态的，不需要构建光照也能实时更新。
有了Lumen，它让《黑客帝国：觉醒》开启了夜间模式。通过许多实际的光源来照亮城市，让许多自发光的窗口网格体照亮环境，甚至可以打造城市夜景。
可以想见，UE5诸多功能将突破保真度的极限，提供电影级别、高品质的体验。
如何程序化生成16平方公里的城市？
画面的丰富与真实大大提高了玩家的体验感，但在《黑客帝国：觉醒》这样开放世界游戏中，城市构造与生态搭建也是不可缺少的一环。
开放世界是游戏发展的重要品类，也被视为游戏通向元宇宙的雏形，其体量、交互度、自由度在诸多游戏品类中都是处于最前列的。这也给开发者带来了海量的工作内容和生产难度。
实现更高效、更便捷的开发一直都是游戏制作永恒的目标，Epic Games也同样致力于此。虚幻引擎5的迭代升级也为高效便捷的游戏开发提供了更多可能性。
Epic Games《黑客帝国觉醒》项目首席技术美术Quentin Marmier与资深技术美术Robert Osbourne、工程总监Julien Marchand在虚幻引擎5发布会上就介绍了介绍了如何为《黑客帝国觉醒：虚幻引擎5体验》生成世界。
在谈及虚幻引擎5前，还有另一款三维图形软件不得不提，那就是 Side Effects Software的旗舰级产品Houdini。这三位专家的演讲主旨也是创建一个完全程序化的城市生成器，使用Houdini和虚幻引擎来塑造和指导项目需求以及使用点云和新的角色处理管线来实现程序化城市的日常生成。
首先SideFX实验室团队的首席技术美术Mai Ao介绍了SideFX，它是面向Houdini开发者的高端、全面的3D解决方案，是基于节点的体系结构的平台。通过Houdini的程序化管线可以更好地为美术师服务，给他们更多创造性的控制，减少重复性工作。
随后Quentin Marmier从城市布局、城市分区、道路网络、地面创建等方面描述了《黑客帝国觉醒》团队是如何程序化生成城市基础布局的。
由于环境团队规模较小，于是自动化生成与极高模型细节技术Nanite的应用成为了团队的选择。Nanite给模型尤其是地面创建带来了更高的精度，一个16平方公里的城市里将会有16万亿个三角形，但这也给硬盘存储和资产数量带来了更大的压力。
所以，开发团队决定”量化世界“，做自己的构造集来构建城市。在Houdini和虚幻引擎5的加持下，团队可以在25分钟以内生产一个4×5平方公里和八百万个实例的城市。从技术上来说，团队可以在一天内拥有一个全新的城市好几次。
Epic Games资深技术美术Robert Osbourne更加详细地呈现建筑生成背后的过程，具体细节到如屋顶、窗户、防火通道、楼层灯光、人行道交叉处设计。
有了城市的格局还不够，只能说完成了”开放世界“的“世界”部分，而最重要的”开放“即是给予这个世界交互、自洽与自由，让世界“活”起来。
通过Julien Marchand的讲述，我们了解了团队在人群和交通系统上做的努力，也就是使世界充满大量可交互的自治代理变得明显。为了满足这一要求，团队采用了一种叫做MassAI的新技术。
Mass Framework是一个面向数据的虚幻引擎设计，其中MassAI是一个具体的用例。Mass Framework带来了三个独立的插件MassEntity、MassGameplay和MassAI。
在Mass Framework帮助下，《黑客帝国：觉醒》团队创建了一座栩栩如生的虚拟城市。
相信UE5正式上线后，在Nanite 虚拟微多边形几何体系统、Lumen实时全局光照，开放世界Open World工具包以及程序化生成Houdini引擎等特性加持下，未来游戏中的虚拟世界跟物理世界差距将逐渐缩小。
届时，玩家在虚拟世界中能够真正地开展第二人生。
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