两小时出效果图堪比MIR，到底是黑科技，还是在黑科技

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

来自https://hk-devblog.com/

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

为何Lumion8如此强悍，这应该是一次迟到的飞跃

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

来自https://mygaming.co.za/news/business/58573-incredible-gta-iv-mod-brings-photorealism-to-pc-gamers.html

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

细腻真实的间接光

让UE4的画面脱颖而出

可见高质量间接光的重要性

下图截自UE4Archi的LAKE HOUSE项目

没有间接光的UE4

                               
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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

还拿过奥斯卡

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

下图截自https://www.unrealengine.com/zh-CN/studio

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

作为光线跟踪的老司机

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

下图截自Enscape官方演示Demo

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

他们在

性能与质量间找到了另外一个平衡点

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

混合了游戏与离线渲染的优点

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

下图截自http://on-demand.gputechconf.com/gtc-eu/2017/presentation/23026-thomas-schander-real-time-path-tracing-using-a-hybrid-deferred-approach.pdf

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

出自https://www.youtube.com/watch?v=slc--V2pi5c

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

如果要问问题的话尽量别后台私信

超过48小时就无法回复

可以选择在任意文章里回复呢

UE4免费对小团队来说也是个优势

又是一个良心巨作， 收益颇多

whgogo 发表于 2018-12-12 10:57
UE4免费对小团队来说也是个优势

免费的？？