真實照進虛幻，虛幻引擎帶來哪些想象力？

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）。

人類自創(chuàng)造電子游戲以來，一直追求沉浸式的游戲體驗和更逼真的視覺效果。如今，依賴先進的游戲開發(fā)工具，無論是雄偉的城堡還是神秘的遠古遺跡，甚至夕陽晚霞、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，他以幫助開發(fā)者提供一個靈活、高效和可定制的游戲開發(fā)平臺為目的，帶領(lǐng)團隊開發(fā)了第一代虛幻引擎。虛幻引擎的誕生標志著游戲開發(fā)進入了一個全新時代—因為采用了并行計算和GPU（圖形處理器）加速技術(shù)，使游戲制作流程極大程度簡化，以較低成本開發(fā)高品質(zhì)游戲也成為可能。

隨著技術(shù)進步，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外殼“貼滿”炫酷的珠光碎片，或是讓枯朽的樹木煥發(fā)生機，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)。

虛幻引擎宛如一臺時間機器，將我們從模糊的過去帶到細致入微的未來。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。當我們在游戲的開放世界中探索時，眼前的樹林陰翳、彩霞滿天更像是攝影大師的杰作。或許到了未來，當戴上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？什么是虛幻？這個世界的數(shù)字化程度會有多高？自然與人工的界限又在哪里？這些疑問暫時沒有標準答案。不過，當20年前《黑客帝國》電影中的圖像通過游戲引擎以實時、互動的方式再現(xiàn)，2021年年底發(fā)布的《黑客帝國覺醒：虛幻引擎5體驗》又復(fù)刻了《黑客帝國》電影中的世界后，我們都能意識到，游戲開發(fā)與影視創(chuàng)作的時代，的確已經(jīng)不同了。

進化之路

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游戲引擎對于游戲，就像發(fā)動機之于汽車，負責(zé)控制和協(xié)調(diào)游戲的各項功能，一個完善的游戲引擎需要涵蓋建模、動畫、光影、粒子特效等方面的工具，同時還需要具備文件管理、網(wǎng)絡(luò)特性、專業(yè)編輯工具和插件等功能。

想象一下，當你玩一款角色扮演游戲時，游戲角色在潛行過程中踩著樹葉，發(fā)出沙沙的響聲，周圍的草叢隨風(fēng)搖動，抬頭望向遠處，山巒在夕陽中散發(fā)著橙黃色的光影。從絢麗的圖景到逼真的物理動效，從交互式玩法到多樣的音效、劇情、關(guān)卡設(shè)計、美工效果、音樂，玩家與游戲角色的每一次互動、看到的每一幀畫面都與游戲引擎有關(guān)。

在3D游戲開發(fā)中，制作引擎往往需要耗費大量時間。為了節(jié)約成本、縮短開發(fā)周期和降低風(fēng)險，越來越多的開發(fā)者選擇使用現(xiàn)成的第三方引擎來制作自己的游戲。一旦游戲的框架（即引擎）搭建完成，關(guān)卡設(shè)計師、建模師和動畫師等只需將內(nèi)容填充進去即可。

因此，相較于花費大量時間和精力在引擎開發(fā)上，游戲開發(fā)者可以更專注于游戲的內(nèi)容和創(chuàng)意。游戲制作團隊Epic Games開發(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，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)境也變得真實可感。玩家可以看到樹葉隨風(fēng)搖晃、水滴落在湖面一圈圈暈開，能在玻璃窗上看到自己的倒影，甚至聽出在沙地、水泥地等不同地面上行走時腳步聲的差別。游戲世界與現(xiàn)實世界的邊界正變得越來越模糊不清。

2012年，虛幻引擎4的發(fā)布為開發(fā)者們打開了全新的大門。不同于前三代旨在最大程度“還原現(xiàn)實”，第四代是一個徹底重寫的版本，使“超越現(xiàn)實”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)來源：根據(jù)公開資料整理 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，朝垣科技工作室的3D視覺設(shè)計師子玠就感到驚艷，當時，她需要為一個直播間設(shè)計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遷移，她便想到用虛幻引擎4復(fù)現(xiàn)游戲中的場景與特效。令她驚訝的是，游戲中的場景已經(jīng)能通過虛幻引擎4在直播間完整還原—主播與觀眾互動時，敦煌莫高窟的九色鹿會出現(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有了更進一步的突破，其Nanite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節(jié)模型，創(chuàng)建更逼真的場景。

其中，Nanite支持導(dǎo)入和渲染上億三角形的高精細度模型，同時保持高幀率，從而提高了虛幻引擎5處理高密集模型的能力。比如此前，物體碰撞時只會簡單地反彈或者停止運動。而在虛幻引擎5中，物體或角色碰撞后會發(fā)生更加復(fù)雜的相互作用，比如彈跳、滑動、旋轉(zhuǎn)等等。這樣一來，游戲中的物體行為更加真實；Lumen則可通過計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)計工作變得更加簡單直觀—設(shè)計師不需要手工設(shè)置光照貼圖，也無需預(yù)先計算光照信息。

當畫面能自動生成時

隨著這款開發(fā)工具的不斷迭代，子玠的工作已經(jīng)有些離不開它，更何況第五代虛幻引擎已經(jīng)具備自動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 作。

在Epic Games的演示中，一位女演員拿著iPhone，對著前置攝像頭講述了一段約10秒鐘的臺詞，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)出了演員在講話時面部的每一處細節(jié)。

與MetaHuman Animator相似，虛幻引擎原先有一個功能叫Live Link Face，這是一個實時的面部捕捉和動畫傳輸系統(tǒng)，開發(fā)者可以使用攝像頭或深度傳感器等設(shè)備實時捕捉、處理演員的面部表情，并通過分析將其轉(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iPhone捕捉到大致的臉部肌肉控制；現(xiàn)在，從嘴唇的動作到眼神的變化，從面部肌肉的微小運動到光影的反射，虛幻引擎5已經(jīng)可以在配合聲音的同時高度還原。“3D動畫和游戲都要變天了”，一位開發(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，就具備了一個與生成式AI技術(shù)關(guān)聯(lián)緊密的功能，可以更加準確地模擬物體之間的碰撞和摩擦力。比如，當一個球撞向一個方塊時，在之前的版本中，方塊會像石頭一樣滑動或停止運動。而在虛幻引擎5中，方塊會像真實世界中一樣被球推動或者旋轉(zhuǎn)。而其最新的Epics MetaHumanCreator功能采用的AI技術(shù)，支持開發(fā)者通過調(diào)整參數(shù)定制人物的外貌、特征、動作，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)用在了她的個人作品《想得美》中。這個作品源自一句詩“氣岸遙凌豪士前，風(fēng)流肯落他人后”，講述一個青年在夢中找到傳送門穿越時空，年少高樓醉臥，年老陋室安坐，最終再次找到傳送門回歸現(xiàn)實的故事。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、高精細渲染的輔助下，主人公的皮膚、眼睛、毛發(fā)格外逼真。

不過，Epics MetaHuman Creator也存在缺陷。一方面，這款工具生成的人物角色相對統(tǒng)一，雖然設(shè)計師可以自定義人物模型的特征，但總體來看，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，其真實度也有改進的空間。另一方面，模型與表情雖然逼真，但動作仍然僵硬，在面部控制的時候，人物的嘴很明顯無法閉合—這些問題不知在下一代版本中能否解決。

但無論如何，虛幻引擎正改變以動漫為首的很多行業(yè)。如今，近一半的游戲都在通過虛幻引擎制作，諸如《曼達洛人》等影視劇以及洛天依之類的虛擬偶像中也應(yīng)用了這一技術(shù)。而ChatGPT的流行，也讓它和虛幻引擎的結(jié)合成為當下一個最新研究方向，即通過AI算法，讓虛擬世界中的人物角色間的對話更加真實和自然。就在今年5月底，國外一位開發(fā)者還利用虛幻引擎5.1、ChatGPT和Google地圖制作了一個虛擬空間傳送系統(tǒng)，用戶可以通過輸入地點等信息實現(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夢的“任意門”。