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编者按：本文来自微信公众号余的AchiCG（公众号ID：YU_ACG），作者：余德杰，本站经授权转载。
各位好
好久不见
这次跟大家闲聊一下
UE4与建筑实时可视化
前阵子听说
有公司声称
他们基于UE4开发出了黑科技
两小时就能还原MIR价值过万的效果图
有小伙伴还问我
是不是自己技术已经更不上时代了？
是不是意味着VRay的公司要倒闭了？
是不是说MIR效果图也要全年双十一了？
实时画面的进步激动人心
在画面逼真的场景里行走已经成为现实
实时渲染显然已是大势所趋
下图是几年前火了的Unreal Paris
https://www.youtube.com/watch?v=DRqMbHgBIyY&
作为一个设计师
或者是效果图从业者
不会点实时渲染工具和可交互的场景制作
怕是会有点拿不出手
但也可能受限于专业领域
较为前沿的渲染工具和技术可能是盲区
如果不了解相关领域的知识
很难选择适合自己的软件
甚至会被一些不当的宣传所蒙骗
上图来自《地狱之刃：赛娜的祭奠》
Unreal Engine 4
正是掀起这股热潮的软件之一
就算不曾涉足游戏行业
也很可能会听到UE4响当当的名字
那么
UE4到底好在哪里
1.逼真的实时画面
先看图
下方UE4作品来自
https://www.artstation.com/artwork/O8KK6
下方是UE4独立游戏HK_Project截屏
这些画面惊人的作品
效果直逼各大离线渲染器
让开发者和用户双眼发光
不自觉地流下了口水
而以往需要漫长的渲染
才能获取这样顶级的画面
像上图那样自由走动
是以前想都不敢想的
2.不会编程也能用
过去需要入门这些工具
光是编程
就已经让许多人望而却步
而UE4有“蓝图”
一种基于节点的编程方法
下图截自UE4官方文档
只要头脑逻辑没啥问题
都能正常理解和使用
甚至能在使用过程中
慢慢地学会了编程
就算是小团队甚至是纯美术人员
也能独立完成自己的项目
这在之前是非常困难的
所以入坑也没有想象的那么难
就像文章开头的动图
是用我之前的测试场景
花了15分钟做的一个DollyZoom镜头
当然好处远不止这些
就不逐一细说了
画面好
是开发者和用户盯上UE4的重要原因
对于用户来说
能轻松做出更逼真的实时画面
对于开发者来说
意味着不用自己开发完整的渲染流程
因为这事不仅技术门槛高
工程量也很大
那么
UE4画面为何这么好
相比VRay等离线渲染器
UE4又是如何做到接近离线的画面
1.优秀的渲染管线
UE4采用延迟渲染管线
能支持大量的动态光源
能模拟光照复杂的实时场景
2.基于物理的材质系统
UE4使用了PBR材质
引入了金属和粗糙度的概念
让材质更真实
下图截自UE4官方文档
还用了近似的GGX BRDF
让反射质感更自然
轻松表现出变化丰富的反射表面
3.线性空间渲染
在Gamma下计算的光照
由于不是按照能量大小计算
光照强度和颜色会越算越错
无法得到真实的光照
UE4的光照在线性颜色空间计算
能得到正确的能量数值
最终呈现自然的光照氛围
还方便后期各种颜色调整
好比拿到还原度极高的RAW格式照片
下图截自Unity官方文档
4.优秀的后处理
后处理在渲染每一帧的末端发生
好比用PS处理VRay渲染的裸图
用于调整画面颜色、添加各种特效
UE4的后处理有完善且优秀的功能
例如TONE MAPPING
调节每帧画面的颜色
让视觉效果更接近人眼的宽容度
好的TONE MAPPING算法能让画面进一个档次
例如高质量的景深
能模拟真实的镜头模糊效果
电影级镜头不是梦
尤其最新的Cinematic DOF
好到能让人产生在用VRay的错觉
5.强大的烘焙和全局光照
UE4的Lightmass
能烘焙高质量的静态间接光
不了解烘焙的可以看我之前的一篇文章
UE4逼真的画面
有很大部分归功于Lightmass
下图截自UE4Archi的德国馆DEMO
如果没有间接光
画面将瞬间降低几十个档次
人根据光照变化来判断空间的大小和位置
所以逼真的光照尤为重要
建筑可视化需要什么
下图截自MIR官网
MIR效果图能得到多数人的认可
离不开它真实的画面
以及它对审美的极致追求
真实是必备的
而良好的审美
让它的效果图晋升为作品
MIR是效果图从业者的理想状态
让不少人羡慕
同时满足真实和美是不容易的
不妨先抛开审美
从真实说起
那真实又需要哪些东西
可以简单概括为
真实的材质和真实的光照
在模型合格的前提下
只有材质和光照都足够真实
才能符合人的直觉
才能让人觉得真实
相比真实的光照
真实的材质要来得容易些
例如GTA4
虽然是一款2008年面世的游戏
已经有生动的雨天路面效果
当时还用着奔腾四单核的我
看得下巴直接掉地上
下图是GTA4经过模改的截图
而真实的光照要困难不少
石器时代的渲染器还没间接光
因为精确的间接光
需要足够快的算法和硬件
聪明的艺术家
通过手动摆放多盏灯来模拟间接光
早年的这技能还是做效果图的看家本领
能打出真实灯光的
都不是一般人
UE4也是有了烘焙精确间接光的功能后
它的画面才大范围火起来
如果没有Lightmass
真实无从谈起
下图截自UE4Archi的LAKE HOUSE项目
下图截自UE4Archi的LAKE HOUSE项目
没有间接光的UE4
虽然有VXGI、LPV等实时间接光算法
但对性能要求高
且兼容性一般
在不少模型上效果不佳
普通用户用起来极为费劲
高质量光照的计算
尤其是间接光
会很大程度上影响画面的真实度
所以
能否计算高质量的间接光
成为衡量可视化工具好坏的重要指标
也是可视化工具开发者一直极度重视的部分之一
因为这是刚需
那么
市面上常见工具又有怎样的表现呢
这里列举几个常见的可视化软件
VRay
Lumion
DataSmith
VRay For Unreal
Enscape
1.VRay
是典型的离线渲染器
单帧一般需要以小时为单位的计算
从1997年第一款VRay诞生
到现在8102年
Chaosgroup一直致力于逼真的渲染
一直以速度和质量著称
在间接光计算上有优秀的算法
是渲染领域的骨灰级司机
用VRay制作的顶级作品更是数不胜数
谁用谁知道
下图截自VRay官方画廊
2.Lumion
是一款快速可视化工具
单帧通常需要几十秒到一分钟的时间
在速度和质量之间
找到另一个平衡点
下图截自Lumion官方画廊
从过去饱受诟病的游戏感画面
进化到如今的次时代
现在已经是Lumion9
凭着对品质的追求和过硬的技术
Lumion有能快速计算间接光的算法
通过结合Skylight和Hyperlight
计算出高质量的光照
虽然精度比不上传统离线渲染器
但速度要快几十倍
理所当然地获得了大批优质用户
下图截自lumion3d的Instagram主页
3.DataSmith
这是一款在开发过程中的插件
加速从各种建模软件到UE4的工作流程
能将CAD等格式的模型高质量自动导入UE
有逼真的光照效果
并且能四处行走
DataSmith能实现逼真的间接光
靠的是UE4自带的Lightmass烘焙
花费以小时为单位的时间
来换取逼真的实时画面
而烘焙
又不得不提前展开UV
否则无法把光照信息正确地画到贴图上
为此DataSmith准备了自动展开UV
能满足大部分情况
4.VRay For Unreal
相比上面提到的DataSmith
它更注重VRay场景导入UE的工作流程
能更好的识别VRay制作的场景
抛弃的UE4自带的Lightmass
使用VRay进行烘焙
间接光的质量自然是更上一层楼
非常适合要把VRay场景转换到UE4
而且还需要有VRay品质的用户
下图来自VRay官网
5.Enscape
绝对是可视化领域的新秀
下图截自Enscape官方画廊
下图截自Enscape官方演示Demo
相比前面提到的VRay和Lumion
Enscape是一款
实时
可视化工具
能在几秒内输出高质量渲染图
在不需要预烘焙的情况下
实时计算出真实的光照
还能和建模软件同步更新模型
看白模就能感受到它的强劲实力
对于只想预览一下画面的设计师来说
烘焙是个无奈之举
用离线渲染器又太费时间
而游戏画面又过于不真实
Enscape团队为了解决这个问题
他们意识到在建筑可视化中
玻璃那样的锐利反射和室内漫射光非常必要
这些在光栅化里都是很难完成的
所以他们决定使用光线跟踪
那凭什么他们的光线跟踪会那么快
这里就不得不佩服Enscape
他们使用了
Deferred Path Tracing
把能用光栅化的部分都用光栅化
节省大量性能
把光栅化无法解决的交给BVH光线跟踪
弥补光栅化的缺陷
虽然间接光质量不如Lumion
但这的速度和质量
让不少用户喜爱甚至疯狂
这是个有情怀的团队
期待他们的进步
说了那么多
到底该如何选择呢
我做了个表格
主观地表达了一下看法
能不能满足对真实的基本需求
相信大家也心里有数
当然
并非所有情况都需要精确的间接光计算
在反弹光不明显的场景里
例如夜晚
因为间接光对夜晚场景的光照贡献很小
或者用户可以使用各种tricks
来让光照看起来更自然些
就像下图
作者使用了DFAO来模拟天空光遮蔽关系
虽然没有烘焙
但效果也不错
众多优秀的关卡设计师
也能用UE4等引擎堆出非常优秀的场景
但作为软件的开发者
肯定是以方便用户为宗旨的
如果开发者不解决核心问题
指望用户依靠各种tricks或者花费大量时间
就好比
Trimble说Sketchup能建人头模型
无法否认
确实有人用它建出了人头
但这只说明作者牛逼
而非工具带来的便利
用户需要的
是能真正解决问题的工具
能看到这的网友
说明你我还是挺有缘分的
记得有一位网友说过
赚钱和情怀就像人的两条腿
都很重要
如果其中一条太长
会跌倒
我也觉得
的确是这样的
盲目追求其中一条
都很不现实
但如果其中一条还没长出来呢
文末顺便一提
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