在UE4中构建“星球大战”科幻场景

每当看到《流浪地球》等大型科幻电影，你会不会被里面宏伟大气的场景打动?是不是有种想要使用UE4制作科幻场景的冲动呢?下面由环境艺术家Jason Lewis讲解他的团队如何通过UE4中的《星球大战》构建科幻场景，大家可以从中了解UE4制作场景的基本步骤。

《星球大战》科幻场景作品：

星球大战计划

我是《星球大战》的忠实粉丝，我一直想制造CG Falcon，但直到现在似乎再也没有做不到。它最初是一个简单的3ds Max模型，但后来我认为它可以实时运行可能很整洁，并且由于我之前没有UE4经验，所以我认为这可能是一个很好的学习项目UE4，所以我的目标是构建任何人都见过的最详细的实时Falcon，我想我已经完成了，除了最近的ILM X-Labs VR演示中的Falcon模型几个月前在GDC。他们的资料可能比我的详细一些，或者至少两者可以相提并论，但是根据我从在线视频中看到的内容，他们的资料对Studio模型更为准确，而我的资料是一些细节方面的自由，以使其在我的场景中更好地工作。

最初它只是要坐在Docking Bay 94中的Falcon，所以我可以四处奔跑并实时查看它。然后，我认为将内饰添加到扩展坞，然后添加周围的Mos Eisley城市可能会很整洁，然后我想：“嘿，让我们也将Mos Eisley Cantina放进去!” 正是在这一点上，我意识到这个项目的范围已经超出了我自己完成的能力，所以我邀请了几位与我一起在黑曜石工作室工作的艺术家，他们在空闲时间为这个项目提供帮助，我得到了许多非常积极的YES响应，因此我根据志愿者愿意投入的时间和精力做出了划分。

目前，我们完成了大约90%的工作，我们的最终目标是完成它，并将其发布到Internet上，以供人们免费下载和使用。它并不是真正的游戏，而只是一个互动的粉丝艺术作品。您可以使用冲击波(或必须找到的隐藏武器)四处奔跑，但我们无法获得任何角色艺术家的帮助，因此，环境中仅有的角色是一堆Astromech机器人和一些Gonk机器人。我们还在开发一个VR版本，并且该小组中的几个人一直在使用Occulus和Vive VR套件，并且我们认为拥有在VR中运行的版本会很酷，因此我们目前正在尝试获取也完成了。

建筑星球大战

该场景实际上是一个实验，旨在了解我们可以在现代PC图形硬件上以可接受的帧速率运行多少细节(多边形和纹理细节)。结果，我们正在推动一些较高的多边形数量和纹理大小。我们正在做一些模块化，但是在更大的范围内。以建筑物为例，整个对接海湾在该层中重复使用了3次，一些道具被重复使用，但是我们并没有做太多的微观级模块化(没有墙，地板，楼梯瓷砖等)，大多数都独特的资产。从构图的角度来看，我们研究了《星球大战》第4集中的几个场景，并尽力模仿这些场景，同时仍在可自由导航的实时环境范围内工作，但该环境的主要重点是停靠海湾和其中的船只。

从资源的角度来看，场景非常繁重。仅我的猎鹰，大约就有700,000个三角形，还有另外500,000个左右用于停靠海湾和周围的道具。这个城市中有一些景点，多边形数量最多可以超过一百万。到目前为止，我们已经对图形卡上的VRAM使用情况进行了全面测试，峰值约为4.1 GB。由于在业余时间进行这项工作的时间限制，我们没有时间来构建任何LOD，而是根据播放器的位置在内存中进出了很多场景的流媒体块。尽管我们拥有大量的多边形和纹理数量，但该场景在到目前为止已经测试过的GPU上运行得很好。目前，在aGeForce GTX 970、980和Titan X上我们获得45 – 60 FPS。如果我们减小内存池大小。

至于样机阶段，我们并没有按照传统意义进行处理。我们首先构建没有纹理的所有内容，而不是构建资产的低细节版本以粗化级别，而是从一开始就将所有模型构建到最终的细节级别，然后进行基本布局设计，然后继续进行照明和材料/纹理生产。在整个过程中都进行了一些迭代，但是我们发现跳过阻塞建模阶段可以使我们更快地完成更多工作。场景确实在某一点上变得太大了，我们必须将其缩小一点以适应时间和可用的人力。

资产

我们的场景确实拥有大量资产，我相信这是使其如此独特和身临其境的重要原因。我们将资产分为三类，即建筑物和构筑物，船舶和支柱资产，然后如前所述，根据志愿者愿意并能够投入的时间和精力，将这些资产分为志愿者。对于现场的道具资产，我尽早提出了一个流程，以实现高质量的最终结果，同时也能够快速完成它们。在大多数情况下，团队中的其他所有人都遵循了我的流程。我们大多数人都是3ds Max用户，因此基本上是这样的：

   ● 建立最终的低多边形网格

   ● 构建高密度网格以进行烘焙(我们的高多边形网格通常仅用于在我们的法线贴图中生成斜边。在Micro Via法线贴图中，小的细节是通过Via Zbrush，Quixel或Substance Painter绘制或雕刻的)

   ● 烘焙切线空间法线贴图/ AO贴图和曲率贴图

   ● 向法线，AO和曲率图添加微观细节

   ● 最终的贴图通行证(我们大多数人使用Quixel Suite，少数人使用Substance Painter)

将建筑物和大型结构建模到最终的低多边形状态，并在不进行任何高低烘烤的情况下将它们引入到UE4中，因为它们主要使用可贴瓷砖和金属质感。我们的大多数建筑材料都使用世界空间投影纹理，从而消除了耗时的UV工作。只需进行快速，简单的UV传递即可进行光照贴图烘焙。

至于猎鹰，那是完全不同的动物。首先要做的是将这艘标志性的船分成几块，每块都有自己独特的材料。最终的猎鹰由50个独特的网格组成。由于它的大尺寸和复杂的细节水平，上述任何一种纹理处理方法均不起作用，因为简单的平铺材料无法提供我试图达到的保真度，但是要给这50件作品赋予各自独特的质感甚至连4GB或6GB的GPU都将很快炸毁，因为它们都必须具有4K分辨率，以防止玩家的摄像机靠近飞船时像素密度下降。因此，为了缓解这些问题，我决定尝试使用Unreal 4的分层材质系统。对于不熟悉分层材料系统的用户，它基本上允许您使用定义不同表面类型的平铺纹理来创建母版材料，并且可以在单个根材料中放入这些母版材料中的几种，并通过位于网格0-1 UV空间中的蒙版将它们混合在一起。通过使用一些1K耕作纹理来定义所有表面类型，并为猎鹰的每块部件使用单个4K蒙版纹理，而不是为每艘船使用3个4K纹理，从而消除了GPU内存问题。与仅使用传统的可铺贴材料相比，使用混合蒙版对可铺贴材料进行分层可以使保真度更高。分层材质系统的缺点是，与更多传统材质设置相比，它产生的每像素成本更高，从而增加了GPU的工作量。

用料

我在上面的问题中谈到了材料的创作，但是在这里我将更详细地介绍它。因此，材料工作也主要基于其父网格所属的类别，即“结构/船舶/支柱”。对于建筑物和结构，我们使用具有与世界空间对齐的纹理的图素材料。UE4的世界空间对齐系统运行良好，并且使我们不必花很多时间在复杂的UV上就可以更快地创建这些资产，而这些UV必须非常小心地设置，以免拼贴中没有很多接缝。世界空间投影在弯曲曲面之间的融合方面做得非常好，偶尔会有缝隙出现，但没有什么可怕的。速度带来的好处远远超过了随机缝隙或投影毛刺。除了瓷砖材料。

我们在环境中的大型船Millennium Falcon正在使用上述分层材料系统。我确实在尝试使用分层系统来处理较小的道具资产时做了一些早期工作，但是发现了设置时间以及使用该系统的额外GPU成本对那些比这些英雄套装小的资产都没有意义。建造帝国航天飞机的艺术家最初计划像Falcon一样使用分层材料系统，但最终他的模型落后了一些，因此他决定只使用传统的“漫反射” /“正常” /“粗糙度” /“金属性”工作流程。因为分层系统非常有效，但与传统的纹理设置相比，确实花费了更多时间。

道具资产使用非常简单的物料设置。基本的“漫反射”贴图/法线贴图，以及用于填充粗糙度，金属度，AO和高光的单个灰色填充纹理。我们在着色器中添加了用于镜面反射和粗糙度的乘子，因此我们可以调整任何表面的总体无光/光泽值，而不必返回并重新编写纹理。此外，我们在整个关卡中使用了许多发光材料，这些材料可提供漂亮的亮色口袋，并且还可以补充实际的照明。我们经常使用的另一个重要技巧是UE4的活动簿节点。可以制作一个动画的精灵纹理地图集，然后告诉翻转书本地图集中有多少行和几列，它将连续滚动这些精灵帧，并插入一个乘法节点，调整该翻转书本播放的速度。

我们的纹理大部分是使用Quixel Suite(和一点Substance Painter)通过程序创建的。我们中的大多数人都非常熟练使用Quixel，因为我们在黑曜石工厂将其用于生产，并且我们中的一些人为Mos Eisley场景制作了一些很棒的预设智能材料，我们与团队其他成员分享了这些信息，以便更快地创建纹理。我会说我们的划分是大约70%的Quixel / Substance纹理和30%的来自互联网和个人收藏的照片纹理。大部分可平铺的纹理是照片来源的地图，用于建筑物的墙壁和灰泥，泥土和沙子地形以及地面纹理。

灯光

在为该场景进行粗糙的第一遍照明后，我很快意识到在这种环境下进行照明将是一项艰巨的任务，因此，当我们在Obsidian的一位敬业的照明艺术家提议为我们照明场景时，我很快就交给了灯光照在他身上。关于照明Mos Eisley场景，他必须说的是：

猎鹰，人行道，面板等中的较小灯光利用材质节点分别控制每种子材料的大方坯和烘焙GI的强度。因此，与面板上的灯相比，人行道上的某些照明灯的反弹强度可能更高。它们的花开度也降低了，因为较大的灯光(如太阳和对接海湾灯)的后处理花开度增加了。

在场景的其余部分，由于95%是外部(或内部有开口的)，我使用了单一的主导定向光，并以准确的开尔文温度*定位了真实的亮度值。一旦可以使用主要光源，我就可以使用Lightmass设置(使用了来自archviz线程，编辑器中的许多设置，没有.ini更改)，并且第一次烘焙可以看到需要在哪里放置其他光源放置在角落或需要额外GI的地方以增加光线。在环境完全完成之后，我开始着手室内照明。对于环境本身，场景中的大多数灯光都是静态的，因为我只想要它们的颜色信息(无镜面反射)以获得额外的GI或将重点放在特定区域上。会影响玩家的所有光线对于其他烘焙元素都是固定的，但对于需要它们的资产具有动态阴影。没有使用动态GI或AO，因为当我最初开始使用照明时，它们仍然存在很大问题。UE4必须提供的两种类型的雾都完成了雾。大气雾效果很好，可以使静态天空盒具有与一天中的时间相关的更多深度和颜色，而基于高度的雾则让我拥有低洼，多尘的感觉。最后，场景周围放置了多个后处理卷。一个未绑定的对象用于整个场景，另外一些则用于一些内部空间。总体积有颗粒，水华，色差，小插图，色调映射和曝光变化，

UE4中依赖于真实世界亮度值的方法并不是100%完美的，因为在编辑器中某些亮度值是不可能的。还有其他一些因素可以调整测量，例如立方体贴图，雾和其他灯光，因此亮度会在整个关卡的开发过程中发生变化。但是，我喜欢从基础照明的测量入手，因为它通常可以很快捕获情绪，并允许我稍后在抛光过程中进行艺术上的偏离。

忠告

如果经验丰富的人不确定在开始或大或小启动任何新项目时如何开始或将注意力集中在什么地方，有很多好的建议可以传递给他们。这是我和与我一起从事此项目的其他人的一些技巧：

   ● 快速完成工作并保持良好步伐的一种方法是首先关注全局。宽泛的笔触，可降低表单和构图的复杂度，然后再过多地关注这些小细节。容易迷失在细节中，这样做会很快使开发流程陷入困境，并把你的目标推到极致!另外，找到一些适合自己的生产方法。我个人看来，很多论坛帖子都在谈论做事的正确方法和错误方法，请忽略这些。创造事物没有对与错的方法。对别人尝试教给你的其他方法持开放态度，因为这只会帮助您提高技能，但是到最后，如果该流程对您有效，那么最终结果就是你所追求的质量水平，那么你做对了!

   ● 当场景融合在一起时，了解PBR可以使事情变得简单得多。使用任何当前的纹理处理工具(例如DDO或Substance Designer / Painter)将极大地加速纹理处理过程，并可以更快地获得相当准确的材质。在进行照明时，使所有材料感觉统一并在空间中接地将有助于照明，这是环境的另一个极其重要的方面(但我可能会有偏见)。也不要害怕涉足构建环境的技术方面。了解灯光将如何影响材质，两个立方体贴图投影，三种灯光类型以及它们提供的多种阴影贴图类型之间的差异，将使照明的痛苦减轻得多，并且如果看起来有些怪异，则更容易进行故障排除。颜色理论在照明方面也有很大帮助，因为它使你知道如何通过在现有纹理资产之上使用颜色关系来进一步推动场景。不论光线强度如何，都可以仅通过颜色来建立心情。

   ● 我们不建议任何刚从学校毕业的人尝试解决这种能力。这可能会使他们不知所措。从小做起，与其他朋友和同事一起分工。即使每个人只是在一个场景中共享一个或两个资产，也要尝试从每个资产中获取尽可能多的里程。了解真正的PBR工作流程，并共享贴有贴花的通用材料，以赋予他们生命。低效的构造还可以节省时间，但在普通机器上运行起来会更困难。质量和速度从来都不是同一边的，因此在项目开始时做出选择并做出相应的计划。

   ● 艺术家在皇家航天飞机上的一句话：我在Lambda Shuttle上工作，使我的与众不同。我选择了较传统的从高到低的烘烤。回顾过去，我绝对建议完全跳过高多边形步骤，从头开始处理最终的网格。节省时间使它完全值得，除非计划使用一个非常好的高多边形模型来展示您的投资组合。要获得通常从高到低烘烤的效果，可以使用其他几种方法。Maya和Max都有使用着色器在坚硬表面上获得圆形边缘的方法，这将为你节省大量时间。

   ● 确保比例正确。如果它们不存在，那么即使播放器/查看器无法查明出了什么问题，资产也会看起来不正确，他们仍然会知道资产不正确。提供您的资产历史记录。不要只是把门漆成红色。考虑一下门出了什么事。在变成红色之前是什么颜色?它画了多少遍?谁或什么使用门?他们穿着金属还是布?门被踢开还是被推开?所有这些给历史留下了一扇门。这将使你的资产变得无限有趣。这将共同创造一个更好的整体构图。