虚幻5到底有什么好激动的？哪些是真的哪些是假的？

无人岛屿颈 · 发表于 2020-12-24 09:09

虚幻5展望视频
https://www.zhihu.com/video/1244680962706640896
昨天EPIC发布了Unreal5+PS5的实机视频，朋友圈转疯了，我也成为其中一员。放下技术不谈，单单视频中展示的镜头运用，就值得我们大喊一声“虚幻牛啤！”。
这一年多，我也断断续续的做着渲染相关的工作，抱着学习+科普的心态，我想谈谈对它的一些看法，特别是Nanite。
先说结论：虚幻的确做了很多很棒的功能！但有些功能也没有描述的那么神秘，更有些功能，我怀疑它仅仅是一个概念，比如Nanite。
不过这些概念也值得我们为之兴奋！
Nanite

简称，让你随时随地、无限制、瞎放、上亿面数、影视级别模型的功能。
我怀疑这个名字取自日语——纳尼？！

要想知道视频中描述得有多厉害，我们得先知道游戏中模型使用的现状是什么样的。
首先，模型的三角面数量，一直是影响性能最重要指标之一，为避免不小心使用到Unreal这么强的优化功能，我用我熟悉的unity引擎尝试了一下GTX 1050对三角面数量的反应。

密密麻麻的这些都是一个个小模型，我用一些方法控制了视频中说的DrawCall，也就是绘制调用次数，这个场景的三角面数量达到了6990万，可以看到我可怜的显卡已经扛不住了，只剩下2.5帧，也就是说一秒钟你最多看到画面动3下，而一款正常的游戏，至少得保证帧率达到20。在这样的前提条件下，虚幻开口了：

不得不说，光是这一个功能，就足以颠覆整个游戏行业。
还没来得及尖叫，它开始了下一个劲爆的点：
绘制调用次数和内存也不用考虑了！
我再次做了实验
绘制次数54000次，三角面数600万，3.9帧。太细节的就不讨论了，我只想说，绘制次数也是影响性能的关键因素，而Unreal说了，这你也不用管！
而内存呢，内存大家熟悉，但大家可能不太熟悉模型会占多少内存，我看了几个模型，大概5万面的模型会占2M的内存，其实并不算大，但是每个模型需要有贴图，贴图占的内存大小随着规格变化最近大家说的4k贴图，就是4096*4096的贴图，会占20M左右的内存，显然高精度的贴图会带来质量上的提升，但是内存也是指数级增长的，所以有时候不是游戏美术不想把图做好看，把模型做精细，是因为内存实在不足。我们粗略估算就会发现，8G的内存只足够放大概50个5万面带一张4k贴图的模型。
但是人Unreal模型用起来是这样的：

贴图用起来是这样的
美术工作起来是这样的

这么看来，如果不是PS5性能甩了2080ti上千条街，就是EPIC进行了一项空前绝后的优化。
本来需要美术从业人员花大量时间精力去完成的事情，全部都不用做了，只要发挥你的艺术才能，在ZBrush中雕刻出你想要的模型，放进游戏就行，或者哪天灵光一动，扫描一个物件生成模型就完了。
可能说到这里，你也不理解这到底有多棒，我粗略的帮助大家感受一下。
传统的制作一个游戏所需模型要经历这样的步骤，先花钱画出原画，并突出模型细节和特点，根据需要画出三视图。再花钱制作精模，也就是视频中说的影视级别的模型，要求极致的展现所有细节，包括贴图。再花钱根据精模制作面数比较少的低模，这一步根据要求需要制作法线贴图、凹凸贴图等。这很有效，这些贴图可以增加模型的细节，让面数很少的模型，也看起来很精细。
有法线贴图

无法线贴图
基本上每一次需要改动游戏模型，都要回到第一步，从头开始制作，才能保证模型的质量，控制住模型的三角面数量。
不仅如此，为了满足越来越高的美术需求，游戏项目组还需要聘请专门做这方面的技术人员，做对应的优化，针对现有的素材，提高表现力，用一些方法，弥补三角面数量不足的缺憾。
如果Nanite实现，这一切都变得无意义，所有的流程都是那么的苍白无力，估计至少可以给游戏制作节约50%的成本。甚至更高。
我尝试着推测它的实现方式，视频中还是有提到一点点它的实现方式

但..我的想象力不足以想象它的实现方式。
前面提及的每一个“不需要考虑”的点，都是目前做实时渲染最需要考虑的内容，Nanite一旦实现，于我来说，跟“永动机实现”带来的震惊不相上下。
所以我认为它仅仅只是一个概念，尽管我真的非常希望它是真的。
Lumen

这个功能就不像前面说的这么离谱了，可以说现在就有现成的方案可以实现。
光线跟踪最大的问题在于同时需要计算的量太大了。
你可以想象一下，为了得到好的效果，光射进场景里，遇到的每一个像素点，都需要判断是否到达表面，反射、计算衰减、计算光在表面的影响，遇到新的表面，再反射、再衰减再影响，直到光的能量耗尽。
如果想模拟真实的全局光照，至少要进行5次以上的光线跟踪，这样的计算量想要做到实时渲染，一直是个难题。
近年来的成熟方案就是SVO+光线跟踪，简单的解释就是，把复杂的物体先分成很多个小块，用一种数据结构组织好，只计算块与块之间的光线方向变化，而不是用像素点计算，这样极大的缩小的计算量级。
再加上光线跟踪的计算不是在一帧内完成的，分成了多帧完成，就极大缓解了计算带来的压力。可以看出，Unreal也是分了多帧计算的。

仔细观察，你会发现上面这两张图，直接光照方向是一样的，但是洞穴等间接光照的效果都是慢慢出现的。这就是多帧计算的表现，把视频拉到这一段，很容易观察到这种表现。
这个功能还是很棒的，如果能够在Unreal5中开放使用，能极大的提高画面表现力，也就是视频中说的，减少迭代时间。期待。
其他提到的功能，粒子特效/Chaos/卷积混响等，在之前的Unreal大会上就有透露，也是很棒的功能，Chaos能够模拟物体碎裂的效果，不过也是预先生成好的，在实时运行想时候播放一段动画，我第一次看到也十分的激动，但比起前面两个功能，特别是比起Nanite，就显得没那么吸引人了。

最后，由衷希望明年EPIC能够拿出Nanite并重重的打我脸。
希望游戏开发生态越变越好吧，期待Unreal带来更多惊喜，也希望隔壁引擎厂商别落伍了，哈哈。

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