真實(shí)照進(jìn)虛幻，虛幻引擎帶來(lái)哪些想象力？

張司鈺

使用虛幻引擎4制作的《柯娜：精神之橋》（圖片／由Ember Lab提供）。

人類(lèi)自創(chuàng)造電子游戲以來(lái)，一直追求沉浸式的游戲體驗(yàn)和更逼真的視覺(jué)效果。如今，依賴先進(jìn)的游戲開(kāi)發(fā)工具，無(wú)論是雄偉的城堡還是神秘的遠(yuǎn)古遺跡，甚至夕陽(yáng)晚霞、狂風(fēng)驟雨都可以即刻出現(xiàn)在眼前。

1991年，Tim Sweeney創(chuàng)立Epic Games，幾年后，他以幫助開(kāi)發(fā)者提供一個(gè)靈活、高效和可定制的游戲開(kāi)發(fā)平臺(tái)為目的，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了第一代虛幻引擎。虛幻引擎的誕生標(biāo)志著游戲開(kāi)發(fā)進(jìn)入了一個(gè)全新時(shí)代—因?yàn)椴捎昧瞬⑿杏?jì)算和GPU（圖形處理器）加速技術(shù)，使游戲制作流程極大程度簡(jiǎn)化，以較低成本開(kāi)發(fā)高品質(zhì)游戲也成為可能。

隨著技術(shù)進(jìn)步，虛幻引擎也在不斷迭代。在今年5月新推出的虛幻引擎5.2版本中，除功能改進(jìn)和穩(wěn)定性改良，新版本還增加了一種名為Substrate的創(chuàng)作工具，它可以修改游戲中現(xiàn)有的材質(zhì)系統(tǒng)，模擬多層材質(zhì)，甚至可以在同一表面上模擬—比如，你可以在眨眼間讓一輛墨綠色的吉普車(chē)外殼“貼滿”炫酷的珠光碎片，或是讓枯朽的樹(shù)木煥發(fā)生機(jī)，就像一位魔法師一樣。自此，影片制作者擁有更多的創(chuàng)意控制權(quán)。

虛幻引擎宛如一臺(tái)時(shí)間機(jī)器，將我們從模糊的過(guò)去帶到細(xì)致入微的未來(lái)。如今，游戲中的角色已從曾經(jīng)的像素方塊變成栩栩如生的人物，甚至每一根頭發(fā)、每一絲皺紋都格外逼真。當(dāng)我們?cè)谟螒虻拈_(kāi)放世界中探索時(shí)，眼前的樹(shù)林陰翳、彩霞滿天更像是攝影大師的杰作?；蛟S到了未來(lái)，當(dāng)戴上VR眼鏡置身游戲世界，我們都能和故事里的主人公共情共感。

什么是真實(shí)？什么是虛幻？這個(gè)世界的數(shù)字化程度會(huì)有多高？自然與人工的界限又在哪里？這些疑問(wèn)暫時(shí)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案。不過(guò)，當(dāng)20年前《黑客帝國(guó)》電影中的圖像通過(guò)游戲引擎以實(shí)時(shí)、互動(dòng)的方式再現(xiàn)，2021年年底發(fā)布的《黑客帝國(guó)覺(jué)醒：虛幻引擎5體驗(yàn)》又復(fù)刻了《黑客帝國(guó)》電影中的世界后，我們都能意識(shí)到，游戲開(kāi)發(fā)與影視創(chuàng)作的時(shí)代，的確已經(jīng)不同了。

進(jìn)化之路

在談?wù)撎摶靡鎺?lái)的革命性突破前，我們首先需要了解什么是游戲引擎。

游戲引擎對(duì)于游戲，就像發(fā)動(dòng)機(jī)之于汽車(chē)，負(fù)責(zé)控制和協(xié)調(diào)游戲的各項(xiàng)功能，一個(gè)完善的游戲引擎需要涵蓋建模、動(dòng)畫(huà)、光影、粒子特效等方面的工具，同時(shí)還需要具備文件管理、網(wǎng)絡(luò)特性、專(zhuān)業(yè)編輯工具和插件等功能。

想象一下，當(dāng)你玩一款角色扮演游戲時(shí)，游戲角色在潛行過(guò)程中踩著樹(shù)葉，發(fā)出沙沙的響聲，周?chē)牟輩搽S風(fēng)搖動(dòng)，抬頭望向遠(yuǎn)處，山巒在夕陽(yáng)中散發(fā)著橙黃色的光影。從絢麗的圖景到逼真的物理動(dòng)效，從交互式玩法到多樣的音效、劇情、關(guān)卡設(shè)計(jì)、美工效果、音樂(lè)，玩家與游戲角色的每一次互動(dòng)、看到的每一幀畫(huà)面都與游戲引擎有關(guān)。

在3D游戲開(kāi)發(fā)中，制作引擎往往需要耗費(fèi)大量時(shí)間。為了節(jié)約成本、縮短開(kāi)發(fā)周期和降低風(fēng)險(xiǎn)，越來(lái)越多的開(kāi)發(fā)者選擇使用現(xiàn)成的第三方引擎來(lái)制作自己的游戲。一旦游戲的框架（即引擎）搭建完成，關(guān)卡設(shè)計(jì)師、建模師和動(dòng)畫(huà)師等只需將內(nèi)容填充進(jìn)去即可。

因此，相較于花費(fèi)大量時(shí)間和精力在引擎開(kāi)發(fā)上，游戲開(kāi)發(fā)者可以更專(zhuān)注于游戲的內(nèi)容和創(chuàng)意。游戲制作團(tuán)隊(duì)Epic Games開(kāi)發(fā)的第三方游戲引擎虛幻引擎，由此成為游戲和影視劇制作中的“常客”。

第一代虛幻引擎推出時(shí)，玩家還只是驚嘆于游戲人物的皮膚紋理和面部表情竟如此逼真，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，隨后推出的虛幻引擎2、虛幻引擎3不僅使角色變得栩栩如生，環(huán)境也變得真實(shí)可感。玩家可以看到樹(shù)葉隨風(fēng)搖晃、水滴落在湖面一圈圈暈開(kāi)，能在玻璃窗上看到自己的倒影，甚至聽(tīng)出在沙地、水泥地等不同地面上行走時(shí)腳步聲的差別。游戲世界與現(xiàn)實(shí)世界的邊界正變得越來(lái)越模糊不清。

2012年，虛幻引擎4的發(fā)布為開(kāi)發(fā)者們打開(kāi)了全新的大門(mén)。不同于前三代旨在最大程度“還原現(xiàn)實(shí)”，第四代是一個(gè)徹底重寫(xiě)的版本，使“超越現(xiàn)實(shí)”成為可能。在音效的加持下，玩家可以在游戲中親眼目睹建筑物倒塌、火焰熊熊燃燒，甚至感受到角色的情緒與心跳。

虛幻引擎發(fā)展歷史

數(shù)據(jù)來(lái)源：根據(jù)公開(kāi)資料整理 注：不依賴外部程序包的虛幻引擎5.2已于2023年5月發(fā)布。

剛接觸虛幻引擎4時(shí)，朝垣科技工作室的3D視覺(jué)設(shè)計(jì)師子玠就感到驚艷，當(dāng)時(shí)，她需要為一個(gè)直播間設(shè)計(jì)敦煌主題的虛擬背景，由于敦煌主題已有的素材在游戲中難以跨平臺(tái)遷移，她便想到用虛幻引擎4復(fù)現(xiàn)游戲中的場(chǎng)景與特效。令她驚訝的是，游戲中的場(chǎng)景已經(jīng)能通過(guò)虛幻引擎4在直播間完整還原—主播與觀眾互動(dòng)時(shí)，敦煌莫高窟的九色鹿會(huì)出現(xiàn)在主播的背后，《鹿王本生圖》的彩繪近在咫尺。

與第四代相比，虛幻引擎5有了更進(jìn)一步的突破，其N(xiāo)anite虛擬幾何體系統(tǒng)與Lumen全局光照和反射系統(tǒng)可以更好地處理高細(xì)節(jié)模型，創(chuàng)建更逼真的場(chǎng)景。

其中，Nanite支持導(dǎo)入和渲染上億三角形的高精細(xì)度模型，同時(shí)保持高幀率，從而提高了虛幻引擎5處理高密集模型的能力。比如此前，物體碰撞時(shí)只會(huì)簡(jiǎn)單地反彈或者停止運(yùn)動(dòng)。而在虛幻引擎5中，物體或角色碰撞后會(huì)發(fā)生更加復(fù)雜的相互作用，比如彈跳、滑動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等等。這樣一來(lái)，游戲中的物體行為更加真實(shí)；Lumen則可通過(guò)計(jì)算光線與幾何體的交互數(shù)據(jù)，生成更逼真的軟陰影、彩虹反射等效果，光照設(shè)計(jì)工作變得更加簡(jiǎn)單直觀—設(shè)計(jì)師不需要手工設(shè)置光照貼圖，也無(wú)需預(yù)先計(jì)算光照信息。

當(dāng)畫(huà)面能自動(dòng)生成時(shí)

隨著這款開(kāi)發(fā)工具的不斷迭代，子玠的工作已經(jīng)有些離不開(kāi)它，更何況第五代虛幻引擎已經(jīng)具備自動(dòng)生成人物角色的功能—今年3月，Epic Games發(fā)布的虛幻引擎5新應(yīng)用MetaHuman Animator可以快速模擬真人面部動(dòng) 作。

在Epic Games的演示中，一位女演員拿著iPhone，對(duì)著前置攝像頭講述了一段約10秒鐘的臺(tái)詞，短短2分鐘之后，虛幻引擎5就以極高的精確度將這段講話視頻還原到了建模的人臉上，呈現(xiàn)出了演員在講話時(shí)面部的每一處細(xì)節(jié)。

與MetaHuman Animator相似，虛幻引擎原先有一個(gè)功能叫Live Link Face，這是一個(gè)實(shí)時(shí)的面部捕捉和動(dòng)畫(huà)傳輸系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)者可以使用攝像頭或深度傳感器等設(shè)備實(shí)時(shí)捕捉、處理演員的面部表情，并通過(guò)分析將其轉(zhuǎn)化為數(shù)值化的數(shù)據(jù)，在虛擬角色中呈現(xiàn)。

此前，Live Link Face只能通過(guò)iPhone捕捉到大致的臉部肌肉控制；現(xiàn)在，從嘴唇的動(dòng)作到眼神的變化，從面部肌肉的微小運(yùn)動(dòng)到光影的反射，虛幻引擎5已經(jīng)可以在配合聲音的同時(shí)高度還原?！?D動(dòng)畫(huà)和游戲都要變天了”，一位開(kāi)發(fā)者看了MetaHuman Animator的演示后表示。

此外，2020年虛幻引擎5發(fā)布時(shí)，就具備了一個(gè)與生成式AI技術(shù)關(guān)聯(lián)緊密的功能，可以更加準(zhǔn)確地模擬物體之間的碰撞和摩擦力。比如，當(dāng)一個(gè)球撞向一個(gè)方塊時(shí)，在之前的版本中，方塊會(huì)像石頭一樣滑動(dòng)或停止運(yùn)動(dòng)。而在虛幻引擎5中，方塊會(huì)像真實(shí)世界中一樣被球推動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)。而其最新的Epics MetaHumanCreator功能采用的AI技術(shù)，支持開(kāi)發(fā)者通過(guò)調(diào)整參數(shù)定制人物的外貌、特征、動(dòng)作，即通俗意義上的“捏 臉”。

虛幻引擎5中的新技術(shù)

子玠很快將虛幻引擎5應(yīng)用在了她的個(gè)人作品《想得美》中。這個(gè)作品源自一句詩(shī)“氣岸遙凌豪士前，風(fēng)流肯落他人后”，講述一個(gè)青年在夢(mèng)中找到傳送門(mén)穿越時(shí)空，年少高樓醉臥，年老陋室安坐，最終再次找到傳送門(mén)回歸現(xiàn)實(shí)的故事。在MetaHuman Creator的幫助下，子玠不需要建模生成毛發(fā)、繪制貼圖就可以快速生成主人公的人物模型，在軟陰影、全局光照、高精細(xì)渲染的輔助下，主人公的皮膚、眼睛、毛發(fā)格外逼真。

不過(guò)，Epics MetaHuman Creator也存在缺陷。一方面，這款工具生成的人物角色相對(duì)統(tǒng)一，雖然設(shè)計(jì)師可以自定義人物模型的特征，但總體來(lái)看，不同人物之間的差異度還不夠，亞洲人的臉也不太符合東方審美，在生成發(fā)型的選擇上，其真實(shí)度也有改進(jìn)的空間。另一方面，模型與表情雖然逼真，但動(dòng)作仍然僵硬，在面部控制的時(shí)候，人物的嘴很明顯無(wú)法閉合—這些問(wèn)題不知在下一代版本中能否解決。

但無(wú)論如何，虛幻引擎正改變以動(dòng)漫為首的很多行業(yè)。如今，近一半的游戲都在通過(guò)虛幻引擎制作，諸如《曼達(dá)洛人》等影視劇以及洛天依之類(lèi)的虛擬偶像中也應(yīng)用了這一技術(shù)。而ChatGPT的流行，也讓它和虛幻引擎的結(jié)合成為當(dāng)下一個(gè)最新研究方向，即通過(guò)AI算法，讓虛擬世界中的人物角色間的對(duì)話更加真實(shí)和自然。就在今年5月底，國(guó)外一位開(kāi)發(fā)者還利用虛幻引擎5.1、ChatGPT和Google地圖制作了一個(gè)虛擬空間傳送系統(tǒng)，用戶可以通過(guò)輸入地點(diǎn)等信息實(shí)現(xiàn)空間穿梭，俯瞰全球各地的美景，感受不同地理位置的建筑風(fēng)格和地貌變化—正如同哆啦A夢(mèng)的“任意門(mén)”。