UE4中的RTX自然照明和植被研究

在UE4场景制作中，植被与光照是非常重要的一环，下面3D环境艺术家Finn Meinert Matthiesen谈到他在UE4中进行的RTX自然照明与植被的研究，以及对于UE5技术的想法。

工作要求和目标

在我以前的研究中，我更多地关注冬季环境或较少基于植被的场景，因为那时我仍然遇到虚幻的RTX射线追踪功能和树叶重资产的技术问题。但是，当引擎版本得到改进并且我对该主题和潜在解决方案进行了进一步研究时，我终于找到了预防或克服这些较早问题的多种方法。这对我来说是一个机会，尤其是因为我一直很喜欢在Crytek和CryEngine时代从事素食组合的工作。不过，在这件事上，虚幻4显然需要一段时间才能与CryEngine相匹配。

但是，我在这项研究中的议程再次是保持工作量的可管理性，并着眼于整体情绪和全局，而不是在创作方面关注详细或过于复杂的资产，尤其是因为时间仍然是家庭和家庭的限制因素。一份全职工作。在我的职业生涯中，我创建并构造了许多3D资产，即使我肯定会在进一步的研究中再次练习硬表面建模技能，这对我来说也不是很重要。因此，为了实现这一目标，我使用了早期项目或我周围的项目的许多自有资产和材料(当然不会损害任何版权)。我还把这些与Megascans的一些地面资产，UE4 Marketplace的一些灌木丛混合在一起以及Evermotion进行的大量修改和优化的高资产。即使使用SpeedTree这样的出色工具，创建大量高质量的植物也要花费很多时间，这也是我在那部分上寻求捷径的原因（我会稍后仍显示我自己的一些资产，以解释我的资产和物料工作流程。）

除此之外，我开始与我的好朋友和长期合作伙伴一起为市场设置大的树叶和植被。但是在这种情况下，我的主要目标仅仅是探索虚幻引擎中自然构图和令人满意的照明的可能性，而不是纯粹的资产制作。

灵感与执行

与以前的研究相似，我通过收集和收集热带丛林各个地方的灵感资料和照片参考图像，使自己对现场充满了兴趣。我还决定去一个丛林环境，主要是因为我想在自然场景中表现出多样性-经过两场以冬季为主题的艺术品之后，即使雨林的地图很完整，我还是很想回到我的Crytek根源。在游戏中更常见。但是，除了进行很小的CryEngine研究和技术演示远景之外，我从未真正展示过自己投资组合中的典型丛林环境，因此也许是时候进行类似的事情了。

我拿了一些裁判的例子。这个丛林场景的主要情绪是寒冷和阴暗的光线。

虽然我较早的UE4自然研究更具实验性和即兴性，但实际上我更仔细地计划了这种方法。当然，正如大多数艺术家一样，我对能否实现这个项目的目标和想法感到非常怀疑，但我的目标仍然是想出一个看起来足够丰富和令人满意的森林场景。我以前的自然艺术品。

我首先安排了岩石和小块植被，以了解材料和照明的反应和行为方式(在我的职业生涯中，在实际建模和抛光过程开始之前，我以3D方式对许多环境进行了预可视化和白盒包装)。我用于此类场景的一种常用技术是导入照片参考图像平面，以保持与比例和材质一致的方向，并以某种方式控制初始照明的心情。它们还可以在植被茂密的场景中提供极大帮助，以保持茂密的森林背景的幻觉，使修整和资产检查变得更加容易。

场景管理与设置

自然，一旦场景中的资产越来越多，最终会在各个位置对其进行调整。我做了同样的事情，特别是因为两个最重要的关键因素是光照和树叶反应。尽管UE4提供了非常强大的照明和后处理解决方案，但它始终是一个巨大的反复试验过程，并且需要技巧和技术来获得。满足特定场景需求的照明要求。

这将在明年实现向虚幻引擎5的自动化过程或预设置的转变，在该过程中，初始照明可能始终看起来像真实照片(UE5流明可能是此处的前提)，但目前仍需要很少有独特的解决方案可以营造令人满意的照明氛围。例如，我不能仅将以前项目中的照明转换为该场景，因为它根本无法适应或表现正常。因此，对于我在丛林中的位置，我创建了一个基于烘烤的中性HDRi天窗的设置，并将其与两种定向光结合使用-一种用于直射阳光并带有RTX阴影，另一种用作间接光放大器以进行冲洗反射所有叶子。

从技术角度来看，与我以前的场景相比，整个照明和后处理设置要保守得多。根本不使用很多后处理功能，将光晕和镜头光晕减少到最低限度，并且仅依靠虚幻的SSGI的中等值。甚至雾设置也非常微妙，主要影响背景。不能将灯光从以前的项目转换到该场景，因为它根本不适合或无法正常工作。

在组成和资产质量方面，对我而言，重要的是要在茂密和详细的植被资产之间找到适当的平衡，并避免噪音或可读性下降。为了达到这个目的，我在塑造我的主要构图群集和眼睛可以休息的负空间时要谨慎选择主要形状，次要形状和三次形状。显然，在现实中，元素并不遵循艺术构图模式，通常表现为随机性-或至少基于自然本身的怪异，假装的混沌规则。因此，与电影帧相比，可以从各种路径和角度探索的虚拟实时环境需要多加注意，并需要在不同位置进行工作以构成场景构图，因此您最终需要不断检查形状和资产是否彼此相对。

最后但并非最不重要的一点是，材料和照明在可读性方面也起着重要作用。照明和材料的可读性越高，您通常可以将其添加到场景中的细节和触觉模式越多，而又不会在噪音节上造成混乱。这就是为什么我的调色板保持适度，只对植被使用了绿色和棕色色调，而对地面和天空部分则使负空间大部分呈灰色或不饱和。我曾考虑通过放置一些红色植物或资产来包含一些互补元素，但最终还是不采用该方法，主要是因为我选择了最终的颜色分级。

资产，纹理和材质

使用RTX和树叶时，必须打开“评估世界位置偏移”标志，以避免树叶背面出现阴影伪影。我完全承认，花了我一段时间才弄清楚。除此之外，树叶和树干区域的材质和纹理确实很基础。对于树叶，我使用了Unreal的经典双面树叶着色器，并带有一些修改器来控制表面下的颜色和照明或增强和改变反照率颜色或镜面反射和粗糙度设置。正确的法线或具有适当切线和平滑信息的详细模型(在这些植物上)对于最终的整体外观而言更为重要。

我做出的一个重要决定是从经典的Arch Viz来源中购买更昂贵的树资产，而不是使用带有更简单叶平面的常见的中多边形SpeedTree。受到虚幻引擎5中Nanite功能方法的启发，我很好奇这些真正的高多边形资产能达到多远，这些资产由单叶元素而不是缩小的平面组成。当然，SpeedTree提供了一些很棒的技术来创建游戏中优化的资产，例如顶点AO烘焙，但是就我而言，我想使用在空间行为和外观上与现实更加接近的植被。尽管如此，我还是不得不根据不断变化的照明设置不断调整所有资产的材质和纹理。我只将Substance用于我在场景中使用的一些较早的资产，因此我不必生产那么多新的纹理和材料。对于这样的研究，你可以摆脱许多粗糙的纹理和材质工作，因此通常不必想出超级复杂的Substance材料或在Designer中花几天的时间。

当我在Crytek(例如The Climb)上进行游戏时，花了很多时间在河流和河床上进行嵌入，但是我也没有在这里的河水上投入任何真正的精力。我只是在其中放了一些粗糙的烟尘颗粒和移动贴花纸，以取笑。我承认再次懒惰。至少我尝试在较低的水域中埋入一些苔藓和淡色彩的贴花纸，以使其具有某种深度，但也要以一种微妙的方式进行，以免使这些空间过于嘈杂。

其他场景优化，我没有花很多时间在LOD或性能任务上，因此还有很多空间。稍后，我可能会使用不同的光照和天气设置对场景进行一些变体，并且-我计划重新访问一些较旧的UE4研究，以对它们进行一些改进，尽管我已经在研究新的东西。因此，让我们看看创意流将在不久的将来将我推向何方。

实时场景的一般提示和技术

最后，我想提一些关于实时创建逼真的场景的一般性建议，我希望这些信息对你们中的某些人，至少对于初学者来说，可能是有价值的。

在将大量的市场商店资产投入首次启动场景之前，请确保对引擎本身更加熟悉。资产和材料通常在不同的引擎中非常独特地出现，反应和响应，尤其是在与灯光交互时。我强烈建议你在开始资产生产之前，先研究特定引擎的各个功能，并尝试区分质量差的资产与质量好的资产。

从为你选择的引擎制作的更高质量的现有场景中学习，这也是一个合理且非常有用的步骤。那里最流行的引擎，例如Unreal或Unity，在其市场中提供大量免费(或负担得起)的示例场景，因此，仔细研究它们的工作方式以及这些场景的所有元素如何相互作用无疑是最好的。了解资产，材料和照明的行为方式以及如何实现各种效果的入门方法。实际上，如果我偶然发现确实看起来很有前途的东西，我就会(并且仍然会这样做)。观察，模仿和调整将对你有帮助的过程。

此外，照片或电影参考也极大地有助于获得逼真的外观。并且一旦你能够在场景中建立起乐观的心情，就可以尝试将该作品用作下一个项目的蓝图。随时注意自己的步调，不要开始使用过多的未优化或差异太大的资产。用元素慢慢填充场景，并花点时间反映是否仍然对整体外观感到满意。

除了资产，材料，纹理或照明外，场景构成是逼真的环境中的另一个主要关键，但是不要对过时的构图大师的精英理论过分强调。尝试在现场工作中获得乐趣。相信我，你对构图的理解和直觉会随着时间而发展，因此，如果你在初学者那里挣扎，这是正常的。

关于生产未来的思考

随着虚幻引擎5的出现，很多艺术家似乎将其视为生产中的游戏规则改变者，而当我通常对技术演示持怀疑态度时，我承认Nanite和Lumen等功能具有革命性的潜力。像往常一样，这种根本的管道变更会带来风险和机会。游戏开发人员和Game/3D美术师始终意识到，他们必须不断适应新技术，当然，这些美术师需要大量专业知识(性能优化，LOD，适当的法线贴图工作流等)。可能会在几年后过时。即使在今天，我们仍可以观察到来自建筑界和电影界的3D艺术家开始使用游戏引擎进行原型制作和可视化，因此，尽管十年前游戏艺术家和离线渲染艺术家是分开的阵营，但他们之间的距离却越来越远在过去的几年中彼此。

我还可以想象，人工智能和自动化工具将对整个3D生产产生巨大的影响，至少在涉及由通用元素组成的场景和环境(例如自然场景)时会产生巨大的影响。如今，程序性景观和植被散布工具已在使用中，尤其是在为大型开放世界环境创建基础时。结合强大的基础库(例如Quixels Megascans或SpeedTree)和启动时优化的照明设置，我很确定在不久的将来提出电影或逼真的风景将不是很大的挑战。像VUE之类的程序甚至在数年前就为景观和自然场景提供了离线渲染解决方案，并且有相当多的团队和公司正在为Unity和Unreal进行项目，而这些项目恰恰集中在这些方面。

但是，许多创意任务将依赖3D艺术家。尽管可能更容易实现更通用的环境，但艺术家仍然必须依靠自己的创作灵感为基于体系结构的解决方案制作独特的场景。AI重组和散射工具，过程景观生成或先进的摄影测量工作流程可能会极大地提高某些艺术作品领域的质量，但需要手工制作风格化，特定，标志性或独特的几何图形，例如幻想或科幻建筑和设计我想了好一阵子。