虛幻5：或許將會顛覆視覺化行業

引言：即將問世的遊戲引擎

2020年5月13日，絕對是一個值得銘記的日子。

擁有世界上最大遊戲平臺之一的遊戲廠商Epic Games在上週三公開了旗下虛幻引擎（Unreal Engine）的最新一代——虛幻5（Unreal Engine 5，以下簡稱UE5）。在官方提供的演示視訊中，UE5搭載了索尼的新遊戲主機PS5，宣佈了UE5的兩項重大革新技術——Nanite與Lumen。


鯊魚哥本人是從事建築視覺化行業的建模師，這兩項技術可以說是會完全影響到我未來的工作內容與方式。今天我就站在視覺化行業從業者的角度，來與大家聊聊這兩項新技術即將給建築表現效果圖、建築表現動畫、遊戲等視覺化行業帶來的巨大改變，希望各位讀者可以從中吸取到一些對個人未來規劃有用的資訊。

個人淺見或許會有不足夠正確的地方，若您有更專業的觀點，歡迎在評論區多多指教。

Nanite對前期建模的影響

UE5帶來的第一項新技術叫做Nanite，這個單詞的本義是奈米機器人，Epic Games官方在宣傳視訊中將其定義為了“真正的虛擬化幾何體”。 在官方的演示中，Nanite能以極快的速度實時渲染上百億的三角面。

這是一個什麼樣的概念呢？我將用它對建築表現行業的具體影響來進行釋義。首先我們來了解一下建築表現的工作流程。

1.建築表現工作流程

傳統建築表現效果圖的基本工作流程主要分為三個階段：建模、渲染與後期。第一個環節建模是指，建模師按照景觀、建築或室內的設計圖紙，將建築或場景用諸如3dmax、犀牛、Maya等建模軟體給建造出來。


無論用哪個建模軟體，這些3D模型都是由一個一個三角面來構成的。三角面越多，模型就越精細，看上去就越真實，同時它所佔用的系統資源也就越大。在我們一個常規的建築表現場景中，對物體個數與每個物體的面數都是有嚴格要求的——如果過多，不僅會造成電腦的卡頓，影響工作效率，更會在後期渲染時耗費大量的時間。

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製作專案。整個被改造的街區，由於體量太大，我們公司將其分成了12個更小的區域進行建模。即使如此，由於當時公司電腦的配置不算太高，使用起來依舊非常的卡。


而當整個專案要被做成動畫的時候，建模的工序還會多出一道來——省面。

在建築表現行業，動畫專案都是按秒來收費的；而每一秒至少都有24幀，換句話說一秒的動畫就需要我們渲染24張圖片。而渲染一個品質較好的圖片至少需要數小時；如果畫面中的模型面數過高，這個時間還會成指數級別地增加。所以為了節省時間，建模師就需要把精細的模型給一個個改為粗糙的模型——精細的模型用來做效果圖，而粗糙的模型用來做動畫。

那麼粗糙的模型渲染出來的效果會不會很差呢？當然是的。因為模型缺少細節，許多本該凹凸不平的地方就變為了一個平面，光打在上面形成的光影效果就會非常不自然，效果看上去就會十分不真實。不過建模師可以用一個投機取巧的辦法來進行彌補，那就是“烘焙法線貼圖”。

2.烘焙法線貼圖

這項技術可以說是針對高階動畫或遊戲專案的必備技能，它可以讓粗糙的模型乍一看與精細的模型別無二致。它的原理是讓粗模也能夠反射出精模的光影效果，而具體的烘焙過程就是建模師首先準備一個精細的模型，接著製作好記錄它在當前光感下凹凸資訊的貼圖，然後再將這些凹凸貼圖貼在粗糙的模型之上。

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

這項技術不僅在製作建築動畫專案的時候會用到，就算是在普通的效果圖製作中，我們也經常會為了節約系統資源而給毛毯、地板等凹凸感強烈的物體貼上事先準備好的凹凸貼圖，而模型則僅僅使用一個擁有12個三角面的立方體就足夠了。

但要把這件“土豪的衣服”製作出來的過程就十分繁瑣，不僅需要確認精模與粗模的法線方向完全一致，還要確認它們有沒有破面、重面、重線、未焊接點、多邊面等等問題——不可避免地，整個烘焙法線貼圖的過程將會耗費大量的時間。

而在一個建築動畫的場景中，存在著數不清需要進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、毛髮不留。

但如今Nanite出現了。它的出現究竟會給效果圖行業的建模流程帶來什麼樣的便利呢？

3.Nanite拯救髮際線

在Epic Games的官方演示中，有一個古代遺蹟的場景中佇立著500個雕像，而每一個雕像都是由3300萬個三角面構成的。一個擁有超過165億個面的室內場景，在Nanite引擎的加持下卻能夠讓UE5毫無卡頓，這就是Nanite持有的“虛擬化幾何體”技術的最大特色。


而且，它的威力不僅限於室內領域，在物體數量更多、場景更復雜的室外場景，UE5還是可以輕鬆駕馭。所以有了搭載Nanite的UE5之後，我們只需要把場景中每一個模型都建好之後，再在UE5中進行合併或組裝即可——只要電腦帶得動UE5引擎，我們就可以無限制地往場景中放置精細的模型，絲毫不用擔心機器卡頓的問題。

可見，Nanite可以把省面與烘焙法線貼圖的過程全部給免除，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模型的精雕細琢上，無需考慮後續的省面與烘焙——Nanite實乃保護建模師髮量的工作必備利器。

Lumen對後期渲染的影響

在建築表現行業中，渲染前與渲染後的可視效果完全是兩回事。比如下圖是我製作的一個室內場景，左側是渲染前的模型效果，明顯可以看到陰暗處是純黑色，毫無真實可言；而右側的成圖對比左側來說則顯得自然且真實。


渲染後的效果為什麼會好很多呢，就是因為我們在使用Vray等渲染器時，它會啟動一個名為GI的全域性光照系統。GI系統可以模擬光線在場景中的傳播演算法，再經過渲染師一系列專業的引數設定，就可以通過渲染器將整個場景中的光影關係渲染得與真實世界相差無幾。

雖然全域性光照可以渲染出真實的光感效果，但它有個最大的缺點，就是十分耗時：一張解析度為4000x2250畫素的圖片，要渲染出來需要用到3~8小時左右（時間長短視場景的複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，那麼每一次更改方案都需要重新再渲數個小時。更可怕的是，如果整個場景有省面的需求，每一次光感發生變化我們都需要重新制作所有粗模的法線貼圖，否則渲染出來的光影關係就會發生錯誤。

而UE5帶來的第二項新技術Lumen，就徹底解決了上述的問題，因為它實現了“實時”這個概念。我們可以在漫遊場景的時候隨意更改燈光效果，並且能夠立馬得到渲染後的效果。


也就是說，以後的建築表現，渲染時間完全可以忽略不計了。我們只需要把做好的模型堆疊到UE5之中，找到合適的鏡頭，所見即可所得，立馬獲得一張高品質的效果圖；或者錄製自己在場景中漫遊的過程，做做後期加點音樂，動畫也能立馬出爐。無論是做效果圖還是動畫，Lumen系統都可以大大地縮減整個專案的製作時間。

其實在UE5的Lumen之前，早就有一款軟體可以實現實時光照，那就是渲染軟體Lumion。但是並不具備Nanite技術的Lumion，自然也無法得到品質特別高的實時畫面了。

結語：未來已來

所以UE5兩項新技術的關鍵詞就是“實時”，繪圖員可以忽略大量的優化工作，專注於創造一個更加真實的場景。而精心做好的場景，則可以讓使用者實現“所見即所得”的照片級效果。但嚴格上來說，這樣的效果並不是未來，而是過去式。因為早在5年前，國外大神Dereau就用UE4引擎製作了一個名為“巴黎公寓”的室內漫遊遊戲。


說是遊戲，它更類似於一個可以自由探索的室內渲染空間。我們站在室內任何一個角度，都可以得到一張媲美Vray渲染的照片級效果圖；我們可以在整個室內自由地漫遊與觀察細節，而不是像全景圖一樣只能原地轉圈。最關鍵的是：無論我們怎麼玩，影像的質量都可以達到真實的照片級別。

客戶可以自由地在場景中切換材質，更可以切換白天與晚上的效果，還可以戴上VR裝置身臨其境地一探究竟。比起乾巴巴的幾張效果圖，這樣的方案表現力與談單說服力是不是強到沒朋友呢？但沒有Lumen技術的加持，它在切換白天與晚上效果時，使用者仍需等待一定的時間。


UE4尚且如此，那麼UE5來了之後呢？可以想象，我們可以利用Nanite與Lumen兩大新技術做出更復雜、細節更多的場景而不用擔心卡頓，燈光也可以隨意變化且立馬產生結果，最終場景的效果必定會更加細膩且真實。

因此，在虛幻5的新技術來臨之前，我們不妨提前去了解並學習相關的知識，才能在新技術到來之時，迅速上手輸出優秀的作品。畢竟，未來早已到來，而機會永遠只會留給有準備的人。

作者：o0沙雨0o
來源：VGtime
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