探求超寫實建筑可視化的實時演示思路

使用軟件：Unreal Engine 4.4

Ronen Bekerman：Lasse Rode在探求使用實時渲染工具表現(xiàn)照片級場景的過程中，利用虛幻引擎做了一些頗為有益的嘗試。表現(xiàn)對象則是一間唯美的，幾乎是純白色的柏林公寓，很多人在論壇里已經(jīng)看過了。在展示作品之后，Lasse還會為我們講解虛幻4引擎的入門知識，希望大家喜歡！

作者簡介

Lasse Rode / Studio XOIO
總部在柏林的xoio工作室成立于2006年，創(chuàng)始人是Peter Stulz和Lasse Rode。這家工作室非常擅長創(chuàng)作打動人心的建筑表現(xiàn)和工業(yè)設(shè)計表現(xiàn)作品。工作室的成員全部擁有建筑專業(yè)背景或工業(yè)設(shè)計背景。因此這個團(tuán)隊能夠在表現(xiàn)過程中體現(xiàn)出對作品深刻的理解力，也為解決設(shè)計層面的問題提供了強而有力的保障。

開場白

大家好，我是Lasse Rode，xoio工作室的成員。我們是專職為建筑行業(yè)和產(chǎn)品營銷提供建筑表現(xiàn)和工業(yè)產(chǎn)品表現(xiàn)服務(wù)的小事務(wù)所。通常我們會使用“傳統(tǒng)”的三維工具，比如3ds Max之類的來做作品。我們一直在不斷地嘗試新的渲染器，目前主要使用的是Corona渲染器，V-Ray和Octane。每個渲染器都有它們的專長，我們一直本著物盡其用，發(fā)揮專長的原則來使用它們。

在我看來可視化行業(yè)所追求的主流無非如是：追求照片級的的寫實，以及更快的渲染速度（如果不是實時畫面的話）。不用每次眼巴巴的等渲染農(nóng)場把圖渲出來，一直是我們的夢想，特別是渲動畫的時候！

實時渲染最大的缺點就是畫面質(zhì)量比不上預(yù)先渲染的靜幀和動畫所能達(dá)到的極致。所以盡管它很吸引人，在可視化產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用實時渲染似乎還是很難想象的——說實在的，那種游戲畫面一樣的質(zhì)感，大部分有品位的建筑設(shè)計和產(chǎn)品設(shè)計甲方是不買賬的。

但是這種局面改變得非�？臁�實時引擎能夠達(dá)到的極致是非常漂亮而且可信的。

為什么用虛幻引擎呢？

虛幻4引擎的發(fā)售引起了業(yè)內(nèi)不小的關(guān)注，未來的可能性也似乎是無限的。PBR（Physically Based Rendering）物理材質(zhì)系統(tǒng)和易用的模型導(dǎo)入接口都是吸引我們進(jìn)行嘗試的原因——更不要說輸出結(jié)果的質(zhì)量上限非常之高！如果你看過Koola的作品（在虛幻商城可以找到），幾周前幾乎是病毒式傳播——估計你也會和我們一樣，確信虛幻4引擎畫面可以達(dá)到令人嘆服的質(zhì)量。

在接下來的文章中我會為你們簡介一下我制作柏林公寓的工作流程，這個場景文件你們可以在虛幻商城下載到，然后分享一下我在創(chuàng)作過程中總結(jié)的經(jīng)驗和技巧。有些是我自己悟出來的，有的是從網(wǎng)絡(luò)上的資料中借用過來的。虛幻引擎官方論壇和官方幫助文檔是非常有用且豐富的學(xué)習(xí)資料，同樣有用的還有引擎自帶的新手幫助信息以及虛幻商城中可以找到的各種場景和資源。

柏林公寓

從2013年初我就開始為這套公寓創(chuàng)作了一系列的圖片，這是柏林的一間老房子，使用的軟件是3ds Max和Corona渲染器。這款渲染器在處理顏色曝光映射方面非常地靈活，所以很有助于我表現(xiàn)圖面的那種白色氣氛。這同樣也是我選擇這個公寓進(jìn)行UE4引擎實驗的原因。

我注意到UE4在表現(xiàn)陰暗場景和豐富材質(zhì)的場景方面很出色。所以我就懷疑它不能在場景亮度很高的時候得到很準(zhǔn)確的投影和間接光。事實的確如此：非常不容易！

以上是我之前用3ds Max和Corona渲染器制作的場景原圖。

最初場景

整個模型都是使用3ds Max建立的，由于追求快，所以我只把最終鏡頭中看得見的地方做了細(xì)節(jié)。但是如果客戶能使用實時瀏覽引擎觀察模型的每一個角落的話，這招就不能用了。為了把這個模型重新調(diào)整為虛幻引擎能用的場景，我不得不縮小了一點表現(xiàn)范圍，因為如果要把每一個家具和細(xì)節(jié)都雕琢好就太費時間了，有違我做測試的初衷。

我決定只導(dǎo)出兩個房間：就是截圖中靠下的兩間。

為虛幻引擎導(dǎo)出場景模型

如果你牢記幾件事的話，這一步其實非常簡單！

導(dǎo)出會讓模型有點分裂。因為lightmass靜態(tài)全局光照是每個物體分成幾塊計算的，遇到大面積平面比如天花地板的時候最好小心地控制參數(shù)。也因為這一點，我只導(dǎo)出了我們看得到的內(nèi)墻面。

另外我還給墻面上下延伸了一些，將來會和天花板交叉。我發(fā)現(xiàn)這是防止“漏光”的好辦法——“漏光”一般是因為實體不閉合或者模型面不交叉。這些瑕疵在昏暗場景或者材質(zhì)豐富的場景也許不起眼，但是因為我們的場景非常明亮，因此要盡一切可能保證灰階著色的精確，特別是角落。

第二件重要的事情就是為存儲GI的通道創(chuàng)建UV展開坐標(biāo)系，這個通道是用來存儲虛幻引擎算出的lightmass靜態(tài)全局光照的。在3ds Max中的話，就是UV通道2。

通道1是用來放其他紋理的，比如固有色（diffuse）啦，粗糙度（roughness）啦，法線（normal）啦等等。虛幻引擎的通道數(shù)從0開始計數(shù)，所以一開始可能有點懵，但是一旦熟悉了，就沒什么了。

注意：UV展開僅僅是對于光照貼圖（Light-map）通道很重要！普通貼圖通道什么投影方式都無所謂，立方體，圓柱體投影都行。大部分情況下，3ds Max展開命令里最基本的“展平（flatten mapping）”就可以很有效地建立UV坐標(biāo)系！

如果你想在虛幻引擎里把場景按照3ds Max場景原樣組裝起來，那么最好整個空間原樣導(dǎo)出，這樣最后的坐標(biāo)是更容易對齊。單獨的物件比如椅子和家具，最方便的做法是只導(dǎo)出一次，然后把它在虛幻引擎中設(shè)為關(guān)聯(lián)組件。為了這個目的，你最好把這些小組件移動到3ds Max的原點處，因為最后這個物體在虛幻引擎里的控制點就在那。

你肯定能注意到我使用了一個高精度模型，沒有進(jìn)行任何的LOD（Level Of Detail）遠(yuǎn)中近景別簡化。這種情形當(dāng)然僅僅是在這種小型場景才推薦使用的，而且由于我追求非常平滑的場景表現(xiàn)，不希望有一丁點鋸齒在鏡頭中出現(xiàn)，所以這個操作對我自己來說是適用的。但是我絲毫不會懷疑這個模型有很大的優(yōu)化空間。

確保你的每一個家具都拼合成了一個個的獨立物件，并且賦予了不同的材質(zhì)材質(zhì)ID，將來就可以在虛幻引擎中調(diào)材質(zhì)了。

好，接下來就把模型保存成*.fbx格式，然后就可以進(jìn)入到虛幻引擎編輯器了！

導(dǎo)入虛幻4引擎

FBX文件導(dǎo)入虛幻4引擎的過程是非常順利的，導(dǎo)入過程我分成了若干次。

為了拼合場景，我分別做了幾個文件：

• 房間模型單獨是一個fbx文件。
• 不同的家具分成不同的文件，每個文件里有幾件家具。

一定要確保取消“拼合網(wǎng)格（Combine Meshes）”的勾選，這樣能讓物件彼此分開，否則就都塌陷成一個網(wǎng)格模型了！

材質(zhì)編輯

我是個非常干脆利落的人，非常熱衷于簡單明了的步驟！這多少有點人生哲學(xué)的意思，但是用最簡化的步驟得到最好的結(jié)果，絕對不等于使用那些只有你才能懂的野路子，或者是半年再看到這個文件卻再也想不起來的昏招兒。

這個材質(zhì)的例子非常簡單，一張固有色貼圖，降了飽和度，和黑色混合在一塊，同一張貼圖調(diào)色以后反相，放在了材質(zhì)的粗糙度（roughness）通道里。完成。

這個材質(zhì)的凹凸用法線貼圖的話就有點過火了，但是你自己在探索的時候可以隨便試試。

上圖中你可以看到木材材質(zhì)被賦予了桌椅——深黑的染色木質(zhì)，帶著清爽的啞光反射，反映出了木質(zhì)的天然紋理。

在這張圖中你還可以看到兩個比較有用的材質(zhì)，窗簾是被陽光從背面照亮的——這是一個雙面材質(zhì)。

為了獲得半透明效果，你必須把材質(zhì)類型設(shè)置成“次表面（Subsurface）”材質(zhì)，然后把一個小于1的常數(shù)節(jié)點輸入到材質(zhì)的不透明度參數(shù)一欄。

前景的玻璃罐材質(zhì)非常簡單：

玻璃材質(zhì)的固有色層明度很暗，完全沒有粗糙度（roughness）數(shù)值，反射度（specular）設(shè)置得很高。我還設(shè)置了一個1.5的菲涅爾節(jié)點來控制不透明度和折射。想要生成逼真的玻璃材質(zhì)還需要更復(fù)雜的設(shè)置，方法也很多，但是說實話我有點沒搞定，而且現(xiàn)在這個簡單版的玻璃也還湊合用。

注意，我在左側(cè)的細(xì)節(jié)參數(shù)面板中勾選了“雙面（Two Sided）”，并把透明度光照模式設(shè)成了“TLM Surface”。

還有一個我想要介紹的材質(zhì)是地板，因為這是唯一一個用到了法線貼圖的材質(zhì)。

你可以看到材質(zhì)由固有色，凹凸貼圖和法線貼圖組成。固有色就是一個淺灰，由四個參數(shù)控制。

凹凸貼圖稍微有點復(fù)雜：左邊你可以看到同一張圖，通過貼圖坐標(biāo)（TexCoord）節(jié)點被調(diào)成三種不同的尺度。然后每張圖的紅通道都拿出來正片疊底到一起，作為一個alpha通道輸入到線性解析（Lerp）節(jié)點中把數(shù)值混合到一起。這個例子中的0.3和0.2是為了在地板上得到微妙的反光。最后這個圖層被輸入到了乘方（Power）節(jié)點中，來調(diào)整最終需要的凹凸大小。

法線貼圖也是通過貼圖坐標(biāo)（TexCoord）節(jié)點調(diào)整大小，然后通過“法線拍平（FlattenNormal）”節(jié)點中的數(shù)值控制最終的效果。

制作家具

在把家具丟到場景里之前，最好是先在物件編輯器里先把材質(zhì)附好。這幾乎是個一勞永逸的工作，而且以后你想在主場景里修改也是可以的。這是個很高效的過程：你會發(fā)現(xiàn)當(dāng)時事先把材質(zhì)ID區(qū)分開是多么的方便。

拼合場景

很簡單一句話：該怎么拼就怎么拼。首先你需要把房間模型丟進(jìn)來。最好的方法就是一次選中所有需要的模型，然后拖動到空白場景中。然后就是把家具配景都一一擺布進(jìn)來。

這里你看到墻面消失了，是因為單片墻的法線背面朝著你，我之前解釋過了：這樣對進(jìn)行靜態(tài)全局光計算有好處。

為了同樣的目的，你也最好把大面積物件的光照貼圖分辨率設(shè)置高一些，比如我的墻面就設(shè)置的是2048。

上文也提到過，漏光可能會很討厭。為了防止漏光，我用黑盒子把屋子包起來了。雖然從外面看亂七八糟，里面可是干凈多了。

布光和靜態(tài)全局光照

布光同樣也是很簡單的步驟：我用了Koola的方法——結(jié)合太陽和放在窗前的面狀光源來模擬天光，很有效而且很好控制。

到目前這一步，計算全局光照時，只有個別幾個參數(shù)是重要的：

我大量提高了光線反彈次數(shù)和間接光質(zhì)量。而且我還把間接光平滑度下降到了0.6.這樣一來細(xì)節(jié)就表達(dá)好多了，而且陰影也不會很含糊。

我還把直接光照設(shè)置成了動態(tài)陰影，這樣陰影質(zhì)量會更好。而且這是后期動畫中可移動光源的重要條件。

最后，在點擊“建立”之前，要把光照質(zhì)量設(shè)置為“產(chǎn)品級（Production）”。

這樣設(shè)定的話，每個地方的光影就會很柔和了。

說實在話，第一次做到這一步的時候，我激動得都抖了！這就是這個引擎最精髓的地方，真的能讓你激動起來。能夠?qū)崟r地在自己的“渲染”里瀏覽實在是太讓人興奮了！

“后期處理”

一項非常棒的功能就是，引擎允許你直接在編輯器中后期添加顏色校正和鏡頭特效。添加一個后期處理范圍模塊（PostProcessVolume）就可以控制全局的后期參數(shù)。我微調(diào)了飽和度，鏡頭暗角，光暈，然后把曝光的最大最小值都設(shè)置成了1來禁用自動曝光，然后把曝光偏移設(shè)成了1.42左右來大幅增加室內(nèi)亮度。我還添加了一個鏡頭光暈特效，因為我發(fā)現(xiàn)這個效果在實時情況下非常出彩。

設(shè)計動畫

能夠在場景中自由移動使得動畫制作過程變得簡單有趣，因為所有的結(jié)果都是實時反饋的。我已經(jīng)是視頻軟件的老手了，所以很快就上手了引擎內(nèi)置的Matinee動畫編輯器。

首先要添加一個Matinee Actor。

打開Matinee以后，你會看到一個多軌編輯界面以及一個路徑曲線編輯器。

相機(jī)創(chuàng)建和動畫設(shè)定都是非常直覺化的。動畫由關(guān)鍵幀控制，路徑曲線也和其他動畫軟件大同小異。剪輯工作也是一同在Matinee編輯器里完成。

我在空間里創(chuàng)建了若干個相機(jī)緩緩地平移拍攝：在你能實時看到鏡頭的效果的時候，再去調(diào)整鏡頭的運動速度和軌跡就方便太多了。

你可以在編輯器里看到攝像機(jī)的軌跡，還可以隨意臨時修改！在Matinee中完成了初步剪輯以后，我把全部動畫導(dǎo)出成*.AVI文件，最終在Premiere里細(xì)致剪輯了一下，把它和背景音樂對齊。

結(jié)語

從3ds Max導(dǎo)出模型，再倒入虛幻引擎4，調(diào)整材質(zhì)和布光，輸出動畫，一直到發(fā)布動畫在Youtube上，全部的時間只花了我一天左右。這種速度是在建筑表現(xiàn)行業(yè)聞所未聞的，也揭示了在建筑表現(xiàn)業(yè)應(yīng)用虛幻4引擎的巨大潛力。

消滅了“渲圖”的時間，一下子就讓創(chuàng)作過程變得靈活起來。實時的反饋機(jī)制是革命性的。

我們一直在嘗試和思考在實際工作和生活中使用這個工作流程的可能性。

還有很多類似的軟件，我們非常樂意去嘗試。

希望我在本文中把創(chuàng)作思路和步驟講解得足夠清晰，希望讀者朋友們喜歡我的案例。