游戏引擎虚幻5：或许将会颠覆可视化行业
内容速读：
引言：即将问世的游戏引擎2020年5月13日，绝对是一个值得铭记的日子。拥有世界上最大游戏平台之一的游戏厂商Epic Games在上周三公开了旗下虚幻引擎的最新一代——虚幻5。Epic Games演示了两项新技术鲨鱼哥本人是从事建筑可视化行业的建模师，这两项技术可以说是会完全影响到我未来的工作内容与方式。Nanite对前期建模的影响UE5带来的第一项新技术叫做Nanite，这个单词的本义是纳米机器人，Epic Games官方在宣传视频中将其定义为了“真正的虚拟化几何体”。
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引言：即将问世的游戏引擎
2020年5月13日，绝对是一个值得铭记的日子。
拥有世界上最大游戏平台之一的游戏厂商Epic Games在上周三公开了旗下虚幻引擎（Unreal Engine）的最新一代——虚幻5（Unreal Engine 5，以下简称UE5）。在官方提供的演示视频中，UE5搭载了索尼的新游戏主机PS5，宣布了UE5的两项重大革新技术——Nanite与Lumen。
Epic Games演示了两项新技术
鲨鱼哥本人是从事建筑可视化行业的建模师，这两项技术可以说是会完全影响到我未来的工作内容与方式。今天我就站在可视化行业从业者的角度，来与大家聊聊这两项新技术即将给建筑表现效果图、建筑表现动画、游戏等可视化行业带来的巨大改变，希望各位读者可以从中吸取到一些对个人未来规划有用的信息。
个人浅见或许会有不足够正确的地方，若您有更专业的观点，欢迎在评论区多多指教。
Nanite对前期建模的影响
UE5带来的第一项新技术叫做Nanite，这个单词的本义是纳米机器人，Epic Games官方在宣传视频中将其定义为了“真正的虚拟化几何体”。 在官方的演示中，Nanite能以极快的速度实时渲染上百亿的三角面。
这是一个什么样的概念呢？我将用它对建筑表现行业的具体影响来进行释义。首先我们来了解一下建筑表现的工作流程。
1.建筑表现工作流程
传统建筑表现效果图的基本工作流程主要分为三个阶段：建模、渲染与后期。第一个环节建模是指，建模师按照景观、建筑或室内的设计图纸，将建筑或场景用诸如3dmax、犀牛、Maya等建模软件给建造出来。
一张小床都有15万个面
无论用哪个建模软件，这些3D模型都是由一个一个三角面来构成的。三角面越多，模型就越精细，看上去就越真实，同时它所占用的系统资源也就越大。在我们一个常规的建筑表现场景中，对物体个数与每个物体的面数都是有严格要求的——如果过多，不仅会造成电脑的卡顿，影响工作效率，更会在后期渲染时耗费大量的时间。
记得在2012年左右，我参与了四川雅安市道路改造工程的效果图制作项目。整个被改造的街区，由于体量太大，我们公司将其分成了12个更小的区域进行建模。即使如此，由于当时公司电脑的配置不算太高，使用起来依旧非常的卡。
省面后的床变成了2万多个面
而当整个项目要被做成动画的时候，建模的工序还会多出一道来——省面。
在建筑表现行业，动画项目都是按秒来收费的；而每一秒至少都有24帧，换句话说一秒的动画就需要我们渲染24张图片。而渲染一个品质较好的图片至少需要数小时；如果画面中的模型面数过高，这个时间还会成指数级别地增加。所以为了节省时间，建模师就需要把精细的模型给一个个改为粗糙的模型——精细的模型用来做效果图，而粗糙的模型用来做动画。
那么粗糙的模型渲染出来的效果会不会很差呢？当然是的。因为模型缺少细节，许多本该凹凸不平的地方就变为了一个平面，光打在上面形成的光影效果就会非常不自然，效果看上去就会十分不真实。不过建模师可以用一个投机取巧的办法来进行弥补，那就是“烘焙法线贴图”。
2.烘焙法线贴图
这项技术可以说是针对高端动画或游戏项目的必备技能，它可以让粗糙的模型乍一看与精细的模型别无二致。它的原理是让粗模也能够反射出精模的光影效果，而具体的烘焙过程就是建模师首先准备一个精细的模型，接着制作好记录它在当前光感下凹凸信息的贴图，然后再将这些凹凸贴图贴在粗糙的模型之上。
用人话来讲就是把一个土豪搭配好的奢侈服装穿在了我的身上，让我看起来也可以像个土豪。
这项技术不仅在制作建筑动画项目的时候会用到，就算是在普通的效果图制作中，我们也经常会为了节约系统资源而给毛毯、地板等凹凸感强烈的物体贴上事先准备好的凹凸贴图，而模型则仅仅使用一个拥有12个三角面的立方体就足够了。
烘焙法线贴图十分耗时
但要把这件“土豪的衣服”制作出来的过程就十分繁琐，不仅需要确认精模与粗模的法线方向完全一致，还要确认它们有没有破面、重面、重线、未焊接点、多边面等等问题——不可避免地，整个烘焙法线贴图的过程将会耗费大量的时间。
而在一个建筑动画的场景中，存在着数不清需要进行省面与烘焙法线贴图的模型，其工程量足以让建模师们夜不能寐、毛发不留。
但如今Nanite出现了。它的出现究竟会给效果图行业的建模流程带来什么样的便利呢？
3.Nanite拯救发际线
在Epic Games的官方演示中，有一个古代遗迹的场景中伫立着500个雕像，而每一个雕像都是由3300万个三角面构成的。一个拥有超过165亿个面的室内场景，在Nanite引擎的加持下却能够让UE5毫无卡顿，这就是Nanite持有的“虚拟化几何体”技术的最大特色。
一个雕像就足足拥有3300万个三角面，放在一般引擎中早就卡死了
而且，它的威力不仅限于室内领域，在物体数量更多、场景更复杂的室外场景，UE5还是可以轻松驾驭。所以有了搭载Nanite的UE5之后，我们只需要把场景中每一个模型都建好之后，再在UE5中进行合并或组装即可——只要电脑带得动UE5引擎，我们就可以无限制地往场景中放置精细的模型，丝毫不用担心机器卡顿的问题。
可见，Nanite可以把省面与烘焙法线贴图的过程全部给免除，大大地减轻建模师的工作量；而建模师则可以把精力集中到对模型的精雕细琢上，无需考虑后续的省面与烘焙——Nanite实乃保护建模师发量的工作必备利器。
Lumen对后期渲染的影响
在建筑表现行业中，渲染前与渲染后的可视效果完全是两回事。比如下图是我制作的一个室内场景，左侧是渲染前的模型效果，明显可以看到阴暗处是纯黑色，毫无真实可言；而右侧的成图对比左侧来说则显得自然且真实。
渲染后的效果为什么会好很多呢，就是因为我们在使用Vray等渲染器时，它会启动一个名为GI的全局光照系统。GI系统可以模拟光线在场景中的传播算法，再经过渲染师一系列专业的参数设置，就可以通过渲染器将整个场景中的光影关系渲染得与真实世界相差无几。
虽然全局光照可以渲染出真实的光感效果，但它有个最大的缺点，就是十分耗时：一张分辨率为4000x2250像素的图片，要渲染出来需要用到3~8小时左右（时间长短视场景的复杂程度与电脑配置的高低不同而定）。如果我们需要多张不同光感的效果，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数个小时。更可怕的是，如果整个场景有省面的需求，每一次光感发生变化我们都需要重新制作所有粗模的法线贴图，否则渲染出来的光影关系就会发生错误。
而UE5带来的第二项新技术Lumen，就彻底解决了上述的问题，因为它实现了“实时”这个概念。我们可以在漫游场景的时候随意更改灯光效果，并且能够立马得到渲染后的效果。
场景中的光源随时变化，用户都能马上看到高画质的结果
也就是说，以后的建筑表现，渲染时间完全可以忽略不计了。我们只需要把做好的模型堆叠到UE5之中，找到合适的镜头，所见即可所得，立马获得一张高品质的效果图；或者录制自己在场景中漫游的过程，做做后期加点音乐，动画也能立马出炉。无论是做效果图还是动画，Lumen系统都可以大大地缩减整个项目的制作时间。
其实在UE5的Lumen之前，早就有一款软件可以实现实时光照，那就是渲染软件Lumion。但是并不具备Nanite技术的Lumion，自然也无法得到品质特别高的实时画面了。
结语：未来已来
所以UE5两项新技术的关键词就是“实时”，绘图员可以忽略大量的优化工作，专注于创造一个更加真实的场景。而精心做好的场景，则可以让用户实现“所见即所得”的照片级效果。但严格上来说，这样的效果并不是未来，而是过去式。因为早在5年前，国外大神Dereau就用UE4引擎制作了一个名为“巴黎公寓”的室内漫游游戏。
游戏中随便截张图都可以是照片级别的效果图
说是游戏，它更类似于一个可以自由探索的室内渲染空间。我们站在室内任何一个角度，都可以得到一张媲美Vray渲染的照片级效果图；我们可以在整个室内自由地漫游与观察细节，而不是像全景图一样只能原地转圈。最关键的是：无论我们怎么玩，图像的质量都可以达到真实的照片级别。
客户可以自由地在场景中切换材质，更可以切换白天与晚上的效果，还可以戴上VR设备身临其境地一探究竟。比起干巴巴的几张效果图，这样的方案表现力与谈单说服力是不是强到没朋友呢？但没有Lumen技术的加持，它在切换白天与晚上效果时，用户仍需等待一定的时间。
场景中的家具可以随意更换设计师设计好的几种材质
UE4尚且如此，那么UE5来了之后呢？可以想象，我们可以利用Nanite与Lumen两大新技术做出更复杂、细节更多的场景而不用担心卡顿，灯光也可以随意变化且立马产生结果，最终场景的效果必定会更加细腻且真实。
因此，在虚幻5的新技术来临之前，我们不妨提前去了解并学习相关的知识，才能在新技术到来之时，迅速上手输出优秀的作品。毕竟，未来早已到来，而机会永远只会留给有准备的人。
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