來自次世代的暴擊：虛幻引擎5首亮相，遊戲實時渲染媲美影視級作品

機器之心發表於2020-05-14
遊戲

脫離硬體的繫結？Epic Games 公司推出虛幻引擎 5，看 Demo 影片可謂是次世代的遊戲畫面, 超出現有遊戲畫面一個檔次。



虛幻引擎（Unreal Engine）是一款由 Epic Games 開發的遊戲引擎。該引擎主要是為了開發第一人稱射擊遊戲而設計，但現在已經被成功地應用於開發潛行類遊戲、格鬥遊戲、角色扮演遊戲等多種不同型別的遊戲。

虛幻引擎 5 首次亮相

開發團隊對下一個時代的願景之一是，讓實時渲染能夠媲美電影 CG 和真實世界，並透過高效的工具和內容庫，讓不同規模的開發團隊都能實現這一目標。

Unreal Engine 團隊今日釋出了影片「Lumen in the Land of Nanite」，這是一個在 PlayStation5 上實時執行的 demo 影片：

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遊戲角色出現。

這個 demo 展示了虛幻引擎 5 的兩大全新核心技術：

Nanite：創造豐富幾何細節

團隊表示，為了解決「真正的虛擬化幾何體」（Truly virtualized geometry）問題，團隊開發了新技術「Nanite」。

Nanite 虛擬微多邊形幾何體可以讓美術師們建立出人眼所能看到的一切幾何體的細節。使用者可以將影視級資源直接匯入至引擎內，不管是來自 ZBrush 的雕塑還是用攝影測量法掃描的 CAD 資料，都可被直接匯入。

Nanite 幾何體可以被實時流送和縮放，有了它技術人員無需糾結多邊形數量預算、多邊形記憶體預算和繪製次數預算了。甚至也不需要再將細節烘焙到法線貼圖或手動編輯 LOD，畫面質量也不會有絲毫的損失。

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石頭細節。

上圖中大部分模型是用 Quixel 的 Megascan 資源構成的。值得注意的是，所使用的資源並不是遊戲版本里的，而是普通電影影視版本里的資源，平均每個資源擁有一百萬個三角面，同時用的也都是 8K 紋理。

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Nanite 技術可以展示畫素級別的細節。

每一幀裡的原始幾何體三角面都超過 10 億，而 Nanite 能夠進行快速渲染，將其無失真壓縮為 2000 萬個繪製三角面。上圖展示了顏色各異的三角形。

Lumen：全動態全域性光照解決方案

Lumen 是一個全動態全域性光照解決方案，能夠對場景和光照變化做出實時反應，而且不需要專門的光線追蹤硬體。

據該團隊介紹，該系統能夠在宏大而精細的場景中渲染間接鏡面反射和可以無限反彈的漫反射，小到毫米級，大到千米級，Lumen 都能處理。美術師和設計師可以使用 Lumen 建立出更動態的場景，例如，改變白天的光照角度，開啟手電，或者在天花板上開個洞，系統會根據情況調整間接光照。

該解決方案為美術師省下大量時間，美術師無需因為在虛幻編輯器中移動了光源而等待光照貼圖烘焙完成，也無需再編輯光照貼圖 UV。同時光照效果也將和在主機上執行遊戲時保持完全一致。

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光照變化。

如上圖所示，在使用 Lumen 的解決方案中，沒有光照貼圖同時也無需烘焙的情況下，整個場景包含了多次反彈的全域性光照。也就是說，只要移動光源，光線反彈效果就會隨之發生實時變化。

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Niagara 特效系統建立的蝙蝠。

Niagara 是團隊所開發特效系統，系統中的粒子可以進行互相通訊寫作，對周圍環境的感知能力也大幅度提升。

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加入大量新功能進行流體模擬。

該 demo 還展示了現有的引擎功能，包括 Chaos 物理與破壞系統、Niagara VFX、卷積混響和環境立體聲渲染。

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利用 Chaos 物理系統來精確模擬落石的剛體。
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增加了預測性腳步落位和運動變形功能，使動作看起來更自然。

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Lumen 系統對移動中的光源做出反應，還能適應幾何體變化。

虛幻引擎 5 將在 2021 年初發布預覽版，2021 年底釋出完整版，支援次世代主機和現世代主機、PC、Mac、iOS 和 Android 平臺。

開發者正在設計向前相容的功能，以便使用者在 UE4 上開發次世代遊戲開發，然後再將專案遷移到 UE5。

AI + 遊戲的美妙結合

遊戲製作與計算機圖形學、人工智慧關聯甚大。為了實現好的遊戲體驗，遊戲製作公司也是煞費苦心。例如，用機器學習技術做影像處理、利用卷積神經網路增強角色動畫的真實性、在遊戲製作的多個環節中使用 AI 以提升效率等等。

《虛幻引擎》即開發了專門的 AI 系統，以便在專案中建立高可信度的 AI 實體。

目前虛幻引擎 5 還沒釋出，我們先來看虛幻引擎 4 中的 AI 系統。根據官網介紹，虛幻引擎 4 中的 AI 系統有以下作用：

使用者可以同時使用多個系統，在虛幻引擎 4（UE4）專案中建立角色或其他實體的 AI。在專案中建立高可信度 AI 時，從分支為不同決策或行動的行為樹，到透過環境查詢系統（EQS）執行查詢來獲得環境資訊，再到使用 AI 感知（AI Perception）系統獲取感官資訊（如視覺、聲音或傷害資訊），所有這些系統都發揮著關鍵作用。此外，這些工具都可以透過 AI 除錯（AI Debugging）工具進行除錯，幫助使用者瞭解 AI 在特定時間的思維和行為。

在 UE4 中打造 AI 和使用這些系統時，構建 AI 的思路如下：行為樹處理決策程式，AI 感知系統將源自環境的刺激（例如感官資訊）傳輸到行為樹，然後 EQS 處理關於環境本身的查詢。


AI 行為樹

虛幻引擎 4 中怪物 AI 的控制都是透過行為樹（UBehaviorTree）實現的。UE4 中的行為樹是基於事件驅動的，所以不需要像 Tick 事件那樣逐幀檢測。

行為樹相當於 AI 的大腦，黑板 (UBlackboardData) 相當於大腦的記憶。行為樹的執行規則便是不斷地從黑板中取/存資料，然後在行為樹中加工，而行為樹中的分支節點 (Composites)、服務 (Service)、裝飾器 (Decotator) 相當於大腦中的神經末梢節點，可以不斷地進行檢測、判斷，以及對記憶做出修改。

下面展示了一個行為樹的示例，該行為樹中的 AI 角色會在巡邏和追逐玩家之間切換。

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場景查詢系統

場景查詢系統（EQS）用於收集場景相關的資料。EQS 可以透過不同種類的測試就收集的資料提問，然後返回符合所提問題型別的最佳項（Item）。

我們可以從行為樹中呼叫 EQS 查詢，並根據測試的結果將其用於後續操作決策。EQS 查詢主要由生成器節點（用於生成將被測試及加權的位置或 Actor）和情境節點（被用作各種測試和生成器引用的框架）組成。

EQS 的使用範例包括：找到最近的回覆劑或彈藥、判斷出威脅最大的敵人，或者找到能看到玩家的視線等。

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AI 感知

除可用於決定所執行邏輯的行為樹，以及用於獲取環境資訊的場景查詢系統（EQS）之外，虛幻引擎 4 中的 AI 框架中還有一個為 AI 提供感官資料的工具：AI 感知系統（AI Perception System）。

該系統為 Pawn 提供了一種從環境中接收資料的方式，例如噪音來源、AI 是否遭到破壞或 AI 是否看到了什麼。整個過程透過 AI 感知元件（AI Perception Component）來完成。

該元件相當於刺激監聽器，可收集已註冊的刺激源。刺激源被註冊後將呼叫 On Perception Updated（或用於目標選擇的 On Target Perception Updated）事件，使用者可以使用該事件來啟動新的藍圖指令碼和（或）對驗證行為樹分支的變數進行更新。

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使用者可以 AI 感知元件中配置感官型別，如「AI 傷害」、「AI 聽覺」、「AI 視覺」、「AI 觸覺」等等。

AI 除錯

建立 AI 實體後，使用者可以使用 AI 除錯工具進行問題診斷，或檢視 AI 在任何特定時刻的行為。啟用後，使用者即可在同一集中位置迴圈檢視行為樹 、環境查詢系統（EQS）和 AI 感知系統。

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在遊戲執行時按下撇號（'）鍵即可啟用 AI 除錯。

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