虛幻引擎4對游戲特效制作的影響

在本年度游戲開發(fā)者大會初期，Epic Games通過實時演示視頻《滲透者》展示了新的虛幻引擎4。在使用GPU演示粒子模擬、碰撞和動態(tài)粒子光時，部分UE4的先進技術(shù)成為改進效果的重要工具。Epic Games資深FX藝術(shù)家Tim Elek將講述有關(guān)UE4的性能以及在《滲透者》中的應(yīng)用。

記者：可以談一下UE4，特別是在實現(xiàn)設(shè)計效果方面的新特征嗎？

Tim Elek:作為級聯(lián)工作流的補充，UE4具有許多新的效果特征。在視覺效果編輯方面，虛擬級聯(lián)是虛擬引擎的制作基礎(chǔ)。GPU粒子模擬使以最小成本模擬空間中數(shù)以萬計的粒子成為可能。UE4一直使用GPU模擬級聯(lián)，以此來控制GPU系統(tǒng)行為。這些新的GPU粒子為UE4的新特征提供支持。

矢量場的網(wǎng)格幫助藝術(shù)家在GPU粒子系統(tǒng)內(nèi)創(chuàng)造動力、有機的運動效果。在級聯(lián)中，矢量場可以被處理來為任何一個GPU模擬添加額外動作。使用較低的混合成本發(fā)射網(wǎng)片現(xiàn)在表現(xiàn)為一種在每次發(fā)射時都要根據(jù)材料情況進行的單一的繪制調(diào)用，取代了在每個網(wǎng)片中進行繪制調(diào)用。UE4效果師可以在場景中以標準GPU模擬成本發(fā)射大量的網(wǎng)片，而不會增加額外的繪制調(diào)用成本。

《滲透者》圖片

當前使用GPU模擬，深度緩沖碰撞是在低評估成本下使用大量粒子做出高細節(jié)的碰撞效果的一種有效的方式。系統(tǒng)使用深度緩沖信息，正如在模擬粒子運動時使用表面普通信息一樣。深度緩沖粒子也會參照隱藏的表面性能工作，因此在其中任何格柵、空洞、或者其他附著隱藏表面的都將會允許子圖形使用深度碰撞來消除差距。在UE4中，點燃的半透明效果取決于光線和影子的信息。點燃的效果也進行自我陰影投射并融入到環(huán)境中。

在UE4中，自定義粒子系統(tǒng)有一些新型材料的展示方式。這些展示使藝術(shù)家們在控制子圖形方面上升到更加精確的水平；比如，你可以在子圖形周轉(zhuǎn)速度的基礎(chǔ)上示例粒子速度，返回速度值，實時修改材料。你還可以在子圖形運行速度的基礎(chǔ)上軟化子圖形的整體外觀。

通過延期著色你可以通過使用級聯(lián)將動態(tài)粒子光放置到世界中。我們使用傳統(tǒng)的級聯(lián)模塊來控制色彩、大小、生活用光度以及粒子光的數(shù)量。通過粒子光，我們還可以把光線效果直接拉進粒子系統(tǒng)進行捆綁，這樣可視化燈光就能在編輯器內(nèi)實時產(chǎn)生可視化的效果，而不需要模擬或者運行游戲。

延期貼花在藝術(shù)家眼中也是一個非常有價值的工具。比如，延期貼花可以使我們設(shè)置《滲透者》里所有地下段內(nèi)滲透的水滴、液滴和水坑效果。

記者：UE4中的粒子光是怎樣工作的？

Elek:粒子光是非常容易實現(xiàn)的。通過定位粒子的位置、大小、顏色的模塊屬性來產(chǎn)生粒子光。粒子光傳承了這些屬性，并且有其專屬模塊確保對于光的控制更加精確。其中包括產(chǎn)生率、顏色、亮度、大小以及指數(shù)控制。粒子光也支持對更高質(zhì)量衰減的反平方衰減。除了衰減以外，所有的屬性都可以通過使用超時的曲線、載體或標量值的傳統(tǒng)級聯(lián)工作流程而被修改。因此，隨著時間的變化改變光線的顏色從而來修改其強度和飽和度變得十分簡單。粒子光半徑還很容易進行級聯(lián)，并進行視圖編輯。

記者：以上技術(shù)是如何應(yīng)用到《滲透者》中的——有令人驚奇的地方嗎？

Elek:我們在各種不同的情況下使用粒子光。場景集成時間非�？欤�這是由于其光照和行為可以剎那間通過級聯(lián)進行控制。例如，在級聯(lián)中你可以給一盞燈設(shè)置半徑和顏色，然后在世界上安放10名這樣的角色。每當角色被召喚，它將以同樣的方式發(fā)射光線。不會加到每個獨立的角色中并用手工動畫改變它們，這是因為級聯(lián)在同一位置完成了所有繁重的工作。如果你需要自定義變量你可以設(shè)置實例參數(shù)并在角色層次中改變效果，或者快速地復(fù)制這種效果。在角色層次中通過設(shè)置相對時差來添加另外的細節(jié)層次是非常容易的，這樣在不同的速率下光線都可以被評估。

《滲透者》圖片

在《滲透者》中的遠景鏡頭中，我們給機器人網(wǎng)格附著自級聯(lián)發(fā)射出粒子光。機器人進行了初始速度和位置的設(shè)置，因此當他們通過世界時，他們在一定距離內(nèi)闡明結(jié)構(gòu)，并通過機器人網(wǎng)格附著在前景和中景使用中表現(xiàn)優(yōu)異。初始值隨機設(shè)置，因此你不會看到重復(fù)的效果。

我們還給每個士兵的頭盔上附著粒子光。你可能會注意到《滲透者》中面具上微弱的光線，因此當他放低面具時，他的眼睛點亮了護目鏡的接口。粒子光還附著到了追蹤器、槍口火花、掃描效果、焊接火花以及燃燒等效果中。在節(jié)目結(jié)尾，當他引爆榴彈發(fā)射器時，我們甚至在《滲透者》中使用的武器上用粒子光來照亮他的手。

記者：可以談?wù)勅绾翁幚砘�動光和子畫面嗎，或者說是，粒子？

Elek:對于每個有級聯(lián)經(jīng)驗的人或者任何以子畫面為基礎(chǔ)的、實時粒子的工具，添加光效果都將是一個直觀的過程。Epic的工程師和我們效果藝術(shù)家通力合作，給予我們足夠多的控制來確保工具使用和實現(xiàn)效果都是精確的。

了解粒子光最簡單的方式就是把它當做一種親子關(guān)系來認識。光傳承了通過級聯(lián)模塊定義的光的變化以及其他特性。物質(zhì)和光斷開的層面提供了更高一級控制。如果需要，我可以很容易地通過物質(zhì)參數(shù)修改子畫面的顏色，以使用附著黃色光發(fā)出紫色子畫面，并在級聯(lián)中把光的顏色設(shè)置為黃色。

《滲透者》圖片

記者：在《滲透者》中有個很贊的水滴的鏡頭，可以談?wù)勗鯓訉崿F(xiàn)的嗎？

Elek:水滴實際呈現(xiàn)的樣子遠沒有第一眼看到它時給你感覺的那樣復(fù)雜。水流形式和在管道中滾動的效果是一個折射材料自定義的靜態(tài)網(wǎng)格，它使用Matinee制作動畫特效，這樣可以得到在管道的結(jié)合處會上升，然后圍繞著管道的輪廓流動的效果。

實際上，水滴滴落效果是使用了我在Maya中創(chuàng)建的變形目標動畫。我指的是用一系列慢動作照片生成配置文件，并使用Maya手繪水滴，然后用Matinee輸出和控制動畫播放。水滴滴落和瀑布是獨立的網(wǎng)格，我發(fā)現(xiàn)此時變形目標水滴的動畫會快速上升。

時間抗鋸齒可以幫助柔化所有的網(wǎng)格邊緣，當我們制作在空中的水滴動畫效果時有助于協(xié)調(diào)這種轉(zhuǎn)變。還有其他的一些沿著結(jié)合處邊緣的網(wǎng)格細節(jié)幫助輸出水滴信息，這些網(wǎng)格利用平移物質(zhì)幫助輸出管道中的水流。最后，小水滴的貼花分層有助于展現(xiàn)出這樣的一種潮濕環(huán)境的效果。

《滲透者》圖片

記者：怎樣使用虛擬級聯(lián)粒子編輯器實現(xiàn)《滲透者》中槍口的閃光效果？

槍口的閃光效果是網(wǎng)格和子畫面粒子的混合效果。通常我們會尋找參考畫面然后試圖在物體目標的基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)它�！稘B透者》中我們需要現(xiàn)實世界中的彈道和自動版自動槍聲。槍口閃光需要從環(huán)境中脫穎而出，因此我們添加了過飽和的藍色和紫色元素來和調(diào)色板中主要的橘黃和黃色進行對比。

由于網(wǎng)格發(fā)射的固定渲染成本低廉，我們不會為發(fā)射量大而擔心。比如，所有自《滲透者》武器中發(fā)射的彈殼都是由網(wǎng)格發(fā)射到空間中的。在有大型機器人的最終序列中我們甚至使用獨立網(wǎng)格位置來發(fā)射來自每一個落地的彈殼產(chǎn)生的卷須的煙霧。

《滲透者》圖片

記者：怎樣實現(xiàn)槍口或彈道口與閃光效果的連接？

Elek:在《滲透者》中，我們把閃光效果和彈殼進行綁定這樣可以在每次開火的時候更容易發(fā)射彈殼。自動和半自動武器開火時需要一個恒定的速度，我們通常使用循環(huán)影響來實現(xiàn)。例如，扣動扳機，效果開始播放；放開后，效果停止。這使得在一個位置控制所有角度的發(fā)射效果變得較為容易，而不是為了增加場景中的發(fā)射角色而付出額外的內(nèi)存和評估成本，不得不進行兩個而不是一個發(fā)射控制。

記者：GPU粒子模擬和碰撞系統(tǒng)是怎樣處理沖擊效果的？

Elek:在《滲透者》中，有幾種典型的沖擊效果。最大的一些沖擊（效果）展示了很多細節(jié)，包括飛揚的粉塵、火花、大塊的混凝土、金屬和瓦礫效果。也有小的和中等的沖擊（效果），通�？梢詮脑O(shè)施的地下部分可以看到。大多數(shù)沖擊（效果）利用了粒子光、深度緩沖碰撞、粒子碰撞以及我們的事件系統(tǒng)。

例如，在其中一個沖擊（效果）中我發(fā)射出一組具有碰撞屬性的CPU子畫面。當這些子畫面在表面碰撞時，碰撞結(jié)果會傳遞到系統(tǒng)。當結(jié)果觸發(fā)，它會告訴同一粒子系統(tǒng)中的另一個發(fā)射器來產(chǎn)生數(shù)千小型的GPU火花效果——每一個火花效果都使用了深度緩沖和曲面法線來和世界產(chǎn)生碰撞——就像是粒子光，煙霧和巨大的閃耀火花。這使得我們可以在效果中添加更高級的細節(jié)和次級運動。需要補充的是，這些典型的相互作用，如果沒有靜態(tài)發(fā)射性能是不能夠單獨實現(xiàn)的。