从艺术家的角度来看虚幻引擎 5

哈喽可可

如果你能创造出具有无限细节和光照的世界，你会做什么？你会怎么做呢？以下是我作为开发人员所经历的一些事情，以及该技术的发展方向。

由 NVIDIA 提供

每个游戏玩家都经历过。你完全投入到你最喜欢的游戏中。高度紧张，肾上腺素激增，您完全沉浸其中……但随后您会看到一些看起来不正确的东西。它可能是像光、反射或阴影一样微妙的东西，只是没有做出应有的反应，它看起来不像它在自然界中的样子。这会让你回到现实。它将您带出游戏世界，让您回到键盘和显示器的面前。

这是我们作为游戏开发者面临的挑战，现在我们有了一个强大的新工具来应对它。借助虚幻引擎 5 中的技术，我们正在接近创造具有我们以前从未见过的质量、保真度、范围和规模的世界的能力。

这就引出了一个问题，如果你可以创造出具有无限细节和光照的世界，你会做什么？你会怎么做呢？

我为大大小小的项目做过美术和设计，每个项目都必须弄清楚的是：我们的视觉目标是什么？它将如何实现？

我参与的每款游戏，开发人员都必须经常从头开始弄清楚我们将如何实现我们的图形目标。每一代硬件都为我们提出了新的追求目标。通常这意味着要满足更高、更现实的标准。但是，有时您需要回想一下——挖掘你对 90 年代后期技术的知识——才能在手机上提供高质量的图形。

所有的技术和方法都有其不足之处。没有解决方案可以为您提供所需的一切。例如，如果您想要高质量的照明和快速渲染，您将使用光照贴图烘焙您的关卡。这是以增加内存使用为代价的，它不是动态的，并且在开放世界中可能无法承受（这代表了今天制作的大量游戏）。也许最令人生畏的是，花在轻烤上的时间会大大降低工作效率。

这就是为什么我在 2018 年听到实时光线追踪将成为现实而不仅仅是白日梦时感到兴奋的原因。我知道光线追踪是在统一渲染器下实现一致、逼真照明的基础。我是使用 3D 软件长大的，该软件可以在消费类硬件上离线渲染光线追踪图像。在 90 年代，如果您采取捷径并在基本的光线追踪水平上使其分辨率非常低，则可以在数小时内渲染一帧。

虚幻引擎的技术发展非常迅速，我在职业生涯和业余爱好者生涯中的大部分时间都在使用它。我非常了解 UE，它似乎非常适合我的需求。

虚幻引擎 4.22 几乎是在三年前发布的。Epic 重新设计了渲染器的主要部分以及它如何处理几何图形。我尽快跳上了这项技术。当时我有一个我在 2016 年购买的 GTX 1080。很高兴 NVIDIA 在该 GPU 的整个生命周期内继续提高性能，使其具有一些基本水平的实时光线追踪能力。

那时，如果我每秒获得超过一帧的内容，我认为这是一种胜利。将“实时”一词放在“光线追踪”旁边似乎是不可能的。

令我惊讶的是，尽管有一些早期的故障和长大的痛苦，但我可以在该硬件上以较低的分辨率获得 20-30 fps，并且对质量非常满意。你可以看到虚幻引擎 4 具有极大改进图形的潜力，但软件的进步和硬件的追赶都需要时间。

在我在 NVIDIA 工作期间，我们在这两个领域都看到了巨大的进步。该软件处于更好的位置，比以往任何时候都更快，功能更强大。我们已经看到了全局照明、阴影、去噪和升级方面的进步。这项技术——以及 RTX 硬件支持的所有相关技术——发展迅速。

它发展得如此之快，以至于我不相信许多开发人员已经完全赶上了他们可以使用的各种选择。虚幻引擎并没有停滞不前。事实上，它已经进入了超光速。Lumen（虚幻引擎 5 的核心功能）是一种实时渲染技术，它使用基于软件的光线追踪技术来近似硬件光线追踪，并在有能力使用它的系统上使用硬件光线追踪。Nanite 是另一项新的 UE5 技术，让我们更接近于接近无限几何的场景。这很重要，因为如果您要模拟整个城市，您将需要一个能够以超出想象的数量级呈现几何复杂性的系统。

我们在 NVIDIA 的目标是改进渲染的功能，使其更快、更强大、质量更高。有朝一日，我们希望放弃轻烘焙，转而支持完全动态渲染。这将帮助开发团队改进工作流程。如果您可以实时查看您的照明，您可以更快、更有创意。它将帮助游戏实现更动态的环境，甚至更多的程序化环境。

值得注意的是，我们仍在旧的光栅化技术和新的渲染形式（如光线追踪）之间转换。然而，在虚幻引擎 5 中，我们看到了几个关键的进步。自从引入光线追踪以来，离线路径追踪（一种更高形式的渲染）一直是 UE 中的一个可用选项。结合 MRQ（电影渲染队列）系统，它允许艺术家从他们的游戏内容中烘焙出高质量的逼真电影和静止图像。

这导致了我们在光线追踪方面的当前发展。我们开发了一种新的实时光照和阴影方法，称为RTXDI（光线追踪直接照明），它允许非常高的光照计数。你可以放置所有你想要的任何类型的阴影投射灯，它们将在一个通道中渲染。这意味着光线不再重要。在 RTXDI SDK 中，我们有数十万个阴影投射灯光的场景。鉴于在过去的 30 年中，我们仅限于使用一到四个阴影投射器的场景，因此 RTXDI 代表了向前迈出的重要一步。

阴影质量在 RTXDI 中同样重要。该技术使用离线路径追踪固有的相同阴影照明和半影算法，并完全匹配。这在现实中是惊人的。传统的实时光线追踪（说起来几乎是一件有趣的事情，因为它只有三年的历史！）近似于真实的阴影行为，而 RTXDI 再现了它。

我们已将 RTXDI 开发为 SDK，并将这项工作的核心带入我们的虚幻引擎分支NVRTX。随着 NVRTX 进入 UE5，您将拥有一个用于近乎无限几何 (Nanite) 的系统与一个用于近乎无限照明 (RTXDI) 的系统。

当然，虚幻引擎 5 是新的，将这些系统完全整合在一起并找到利用它们的方法需要时间。但这可能会导致最大的挑战之一：你会用你可以支配的所有权力做什么？

我们离这个目标不远了。在典型的 AAA 开发周期（两到三年）的跨度内，我们可能会看到它的成熟，并以使我们能够创造出在 2022 年被认为不可能的事情的方式结合在一起。可能需要很大的想象力才能利用它。

2025 年图形将在哪里？我希望当今技术的成熟将导致您不必做出许多妥协的世界。您可以拥有运行速度快且完全动态的出色图形，无需烘焙或中断工作流程。

在此处了解适用于虚幻引擎开发人员的 NVIDIA 资源。

Richard 是一位拥有 20 多年经验的游戏开发者，他为《战地风云》和《无主之地》系列以及许多其他游戏做出了贡献。他的独立游戏《Stay in the Light》是最早的仅限光线追踪的游戏之一。作为 NVIDIA 的 Ray Tracing Unreal Evangelist，他的目标是帮助开发人员充分利用 Unreal Engine 和 Ray Tracing 技术。

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