UE4中的RTX自然照明和植被研究

注意：本文演示的Tropical Jungle場景只是一系列測試場景的一部分，以前的作品可以在Finn的ArtStation頁面上找到。

介紹

問候其他藝術家和數字藝術愛好者！

我叫Finn Meinert Matthiesen，我是德國的3D環境藝術家。我在遊戲行業工作了近11年，目前在柏林Karakter Design Studio擔任高級3D概念藝術家，負責一個未宣布項目的環境概念藝術開發。

目前，在Karakter Design Studio中，我們建立了實時概念製作流程，以幫助客戶提供更接近最終遊戲內或引擎素材的解決方案，並可以由其內部藝術家直接使用。在其3D引擎應用程序中作為進一步創建內容的參考。

該工作室相對受歡迎，並因《權力的遊戲》電視劇的藝術指導獲得了多個艾美獎，並為各種AAA遊戲和遊戲系列（例如《地平線：期待黎明》、《決勝時刻》、《殺戮地帶》，或ANNO。

事業

在加入Karakter Design之前，我曾在Crytek擔任首席環境藝術家，負責處理AAA和AA等各種獎項，例如Ryse-羅馬之子，Warface，Robinson-The Journey，Crysis或The Climb。在我畢業於傳統通信和圖形設計專業之後的20年代中期，我以年輕的3D藝術家的身份開始了那裡的工作。

在Crytek和Karakter Design工作期間，我還擔任過獨立遊戲的3D首席環境美術師，不幸的是，迄今為止，這是我作為遊戲美術師職業生涯中最困難，最令人失望和最疲憊的部分。

即使在我很小的時候，我就已經對藝術和遊戲產生了內在的熱情，所以我很早就接觸到了3D，並且只要能夠使用鍵盤和鼠標就可以為遊戲創建創意內容。諸如《猴子島》，《另一個世界》或《辛迪加》等以藝術為主導的遊戲對我對虛擬世界和環境之美的迷戀產生了巨大的影響，我很快就開始為諸如Doom，Duke Nukem 3D，Shadow Warrior，或《雷神之鎚》，尤其是當虛幻和半條命等遊戲發行後，改裝變得非常重要時。很高興看到，即使在所有這些年之後，這些標題仍然是當今的熱門話題，當這些標題開始影響整個行業時，能夠像個十幾歲的少年一樣感覺很好。那時候

由於德國在遊戲開發領域缺乏很多人才（而且直到現在為止，儘管據我所知它應該是歐洲最大的遊戲市場，但直到現在仍如此），我研究了傳統的圖形設計而非遊戲設計。幸運的是，在我畢業於CryEngine 2的幻想場景中，發布了一些截圖後，我收到了Crytek的工作邀請，這就是我最終成為遊戲公司的一名藝術家的方式。

RTX自然照明研究：動機與動機

因此，在本文中，我想考慮一下我最近在Artstation上發布的有關Unreal Engine 4的Tropical Jungle研究中的工作流程，動機和動機。實際上，這是我過去幾個月中進行的第四次自然研究，我對這種方法的工作原理與其他方法非常相似-稍後我將對其進行深入解釋。

最大的因素之一，是促使我繼續進行這些（以及進一步的）3D實時藝術研究的原因，當然是當我成為獨立開發人員時，作為藝術家的沮喪停滯，那時我基本上失去了幾年的職業生涯，但沒有這樣做。不能真正提高或成長為藝術家。另外，要重返AAA行業也很艱難。我絕對不想為此感到遺憾，尤其是因為這是我個人的決定，冒險冒險走那條獨立之路，但是從藝術的角度來看，我感到渴望回到正軌當前或下一代環境藝術要求。

無論如何，對藝術的強烈渴望也是最重要的觸發和動機。總的來說，我對實時3D藝術充滿熱情，並希望通過各種藝術研究收集更多的知識和經驗，以提出更複雜，要求更高且更具挑戰性的場景。隨著虛幻引擎5的出現，這也非常令人興奮。

工作流程要求和目標

在我以前的研究中，我更多地關注冬季環境或較少基於植被的場景，因為那時我仍然遇到虛幻的RTX射線追踪功能和樹葉重資產的技術問題。但是，當引擎版本得到改進並且我對該主題和潛在解決方案進行了進一步研究時，我終於找到了預防或克服這些較早問題的多種方法。這對我來說是一個腦洞大開的時刻，尤其是因為我一直很喜歡在Crytek和CryEngine時代從事植物組合的工作。不過，在這件事上，虛幻4顯然需要一段時間才能與CryEngine相匹配。

但是，我在這項研究中的議程再次是保持工作量的可管理性，並著眼於整體情緒和全局，而不是關注創作方面的詳細或過於復雜的資產，尤其是因為時間仍然是家庭和家庭的限制因素。一份全職工作。在我的職業生涯中，我創建並構造了許多3D資產，即使我肯定會在進一步的研究中再次練習硬表面建模技能，這對我來說也不是很重要。因此，為了實現這一目標，我使用了早期項目或我周圍的項目的許多自有資產和材料（當然不會損害任何版權）。我還把這些與Megascans的一些地面資產，UE4 Marketplace的一些灌木叢混合在一起以及Evermotion進行的大量修改和優化的高資產。我曾經在前一篇文章中為另一種媒體平台寫過文章，即使使用SpeedTree這樣的出色工具，創建大量高質量的植物也要花費很多時間，這也是我在那部分上尋求捷徑的原因（我會稍後仍顯示我自己的一些資產，以解釋我的資產和物料工作流程。

除此之外，我開始與我的好朋友和長期合作夥伴Armin Chaudhry一起為市場設置大的樹葉和植被。但是在這種情況下，我的主要目標僅僅是探索虛幻引擎中自然構圖和令人滿意的照明的可能性，而不是純粹的資產製作。

靈感與執行

與以前的研究相似，我通過收集和收集熱帶叢林各個地方的靈感資料和圖片參考圖像，使自己對現場充滿了興趣。我還決定去一個叢林環境，主要是因為我想在自然場景中表現出多樣性-經過兩場以冬季為主題的藝術品之後，即使雨林的地圖很漂亮，我還是很想回到我的Crytek根源。在遊戲中更常見。但是，除了進行很小的CryEngine研究和技術演示遠景之外，我從未真正展示過自己作品集中的典型叢林環境，因此也許是時候進行類似的事情了。

雖然我較早的UE4自然研究更具實驗性和即興性，但實際上我更仔細地計劃了這種方法。當然，正如大多數藝術家一樣，我對能否實現這個項目的目標和想法感到非常懷疑，但我的目標仍然是想出一個看起來足夠豐富和令人滿意的森林場景。我以前的自然藝術品。

我首先安排了岩石和小塊植被，以了解材料和照明的反應和行為方式（在我的職業生涯中，在實際建模和拋光過程開始之前，我以3D方式對許多環境進行了預可視化和白箱測試）。我用於此類場景的一種常用技術是導入照片參考圖像平面，以保持與比例和材質一致的方向，並以某種方式控制初始照明的心情。它們還可以在植被茂密的場景中提供極大幫助，以保持茂密的森林背景的幻覺，使修整和資產檢查變得更加容易。

場景管理與設置

自然，一旦場景中的資產越來越多，您總是最終會在各個位置對其進行調整。我做了同樣的事情，特別是因為兩個最重要的關鍵因素是光照和樹葉反應。如今，您可以閱讀照明藝術家的許多其他文章或訪談，儘管UE4提供了非常強大的照明和後處理解決方案，但它始終是一個巨大的反複試驗過程，並且需要技巧和技術來獲得。滿足特定場景需求的照明要求。我非常確定，這將在明年實現向虛幻引擎5的自動化過程或預設置的轉變，在該過程中，初始照明可能始終看起來像真實照片（UE5流明可能是此處的前提），但目前仍需要很少有獨特的解決方案可以營造令人滿意的照明氛圍。例如，我不能僅將以前項目中的照明轉換為該場景，因為它根本無法適應或表現正常。因此，對於我在叢林中的位置，我創建了一個基於烘烤的中性HDRi天窗的設置，並將其與兩種定向光結合使用-一種用於直射陽光並帶有RTX陰影，另一種用作間接光放大器以進行沖洗反射所有葉子 從技術角度來看，與我以前的場景相比，整個照明和後處理設置要保守得多。我什至根本不使用很多後處理功能，將光暈和鏡頭光暈減少到最低限度，並且僅依靠虛幻的SSGI的中等值。甚至霧設置也非常微妙，主要影響背景。不能將燈光從以前的項目轉換到該場景，因為它根本不適合或無法正常工作。因此，對於我在叢林中的位置，我創建了一個基於烘烤的中性HDRi天窗的設置，並將其與兩種定向光結合使用-一種用於直射陽光並帶有RTX陰影，另一種用作間接光放大器以進行沖洗反射所有葉子 從技術角度來看，與我以前的場景相比，整個照明和後處理設置要保守得多。我什至根本不使用很多後處理功能，將光暈和鏡頭光暈減少到最低限度，並且僅依靠虛幻的SSGI的中等值。甚至霧設置也非常微妙，主要影響背景。不能將燈光從以前的項目轉換到該場景，因為它根本不適合或無法正常工作。因此，對於我在叢林中的位置，我創建了一個基於烘烤的中性HDRi天窗的設置，並將其與兩種定向光結合使用-一種用於直射陽光並帶有RTX陰影，另一種用作間接光放大器以進行沖洗反射所有葉子 從技術角度來看，與我以前的場景相比，整個照明和後處理設置要保守得多。我什至根本不使用很多後處理功能，將光暈和鏡頭光暈減少到最低限度，並且僅依靠虛幻的SSGI的中等值。甚至霧設置也非常微妙，主要影響背景。因為它根本不適合或行為不當。因此，對於我在叢林中的位置，我創建了一個基於烘烤的中性HDRi天窗的設置，並將其與兩種定向光結合使用-一種用於直射陽光並帶有RTX陰影，另一種用作間接光放大器以進行沖洗反射所有葉子 從技術角度來看，與我以前的場景相比，整個照明和後處理設置要保守得多。我什至根本不使用很多後處理功能，將光暈和鏡頭光暈減少到最低限度，並且僅依靠虛幻的SSGI的中等值。甚至霧設置也非常微妙，主要影響背景。因為它根本不適合或行為不當。因此，對於我在叢林中的位置，我創建了一個基於烘烤的中性HDRi天窗的設置，並將其與兩種定向光結合使用-一種用於直射陽光並帶有RTX陰影，另一種用作間接光放大器以進行沖洗反射所有葉子 從技術角度來看，與我以前的場景相比，整個照明和後處理設置要保守得多。我什至根本不使用很多後處理功能，將光暈和鏡頭光暈減少到最低限度，並且僅依靠虛幻的SSGI的中等值。甚至霧設置也非常微妙，主要影響背景。我創建了一個基於烘烤的中性HDRi天窗的設置，並將其與兩種定向光結合在一起-一種用於直射陽光並帶有RTX陰影，另一種用作間接光放大器，以使這種反射光在所有物體上樹葉。從技術角度來看，與我以前的場景相比，整個照明和後處理設置要保守得多。我什至根本不使用很多後處理功能，將光暈和鏡頭光暈減少到最低限度，並且僅依靠虛幻的SSGI的中等值。甚至霧設置也非常微妙，主要影響背景。我創建了一個基於烘烤的中性HDRi天窗的設置，並將其與兩種定向光結合在一起-一種用於直射陽光並帶有RTX陰影，另一種用作間接光放大器，以使這種反射光在所有物體上樹葉。從技術角度來看，與我以前的場景相比，整個照明和後處理設置要保守得多。我什至根本不使用很多後處理功能，將光暈和鏡頭光暈減少到最低限度，並且僅依靠虛幻的SSGI的中等值。甚至霧設置也非常微妙，主要影響背景。從技術角度來看，與我以前的場景相比，整個照明和後處理設置要保守得多。我什至根本不使用很多後處理功能，將光暈和鏡頭光暈減少到最低限度，並且僅依靠虛幻的SSGI的中等值。甚至霧設置也非常微妙，主要影響背景。從技術角度來看，與我以前的場景相比，整個照明和後處理設置要保守得多。我什至根本不使用很多後處理功能，將光暈和鏡頭光暈減少到最低限度，並且僅依靠虛幻的SSGI的中等值。甚至霧設置也非常微妙，主要影響背景。

在組成和資產質量方面，對我而言，重要的是要在茂密的植被資產和詳細的植被資產之間找到合適的平衡，並避免產生噪音或可讀性下降。為了達到這個目的，我在塑造我的主要構圖群集和眼睛可以休息的負空間時要謹慎處理主要形狀，次要形狀和三次形狀。顯然，在現實中，元素並不遵循藝術構圖模式，通常表現為隨機性-或至少基於自然本身的怪異，假裝的混沌規則。因此，與電影幀相比，可以從各種路徑和角度探索的虛擬實時環境需要多加註意，並需要在不同位置進行工作以構成場景構圖，因此您最終需要不斷檢查形狀和資產是否彼此相對。

最後但並非最不重要的一點是，材料和照明在可讀性方面也起著重要作用。照明和材料的可讀性越高，您通常可以將其添加到場景中的細節和触覺模式越多，而又不會在噪音節上造成混亂。這就是為什麼我的調色板保持適度，只對植被使用了綠色和棕色色調，而對地面和天空部分則使負空間大部分呈灰色或不飽和。我曾考慮通過放置一些紅色植物或資產來包含一些互補元素，但最終還是不採用該方法，主要是因為我選擇了最終的顏色分級。

資產，紋理和材質

當進行到材質、紋理或植被著色器時，那裡沒有真正的邪門魔法在裡面。

使用RTX和樹葉時，必須打開“評估世界位置偏移”標誌，以避免樹葉背面出現陰影偽影。我完全承認，花了我一段時間才弄清楚那個人。除此之外，樹葉和樹幹區域的材質和紋理確實很基礎。對於樹葉，我使用了Unreal的經典雙面樹葉著色器，並帶有一些修改器來控製表面下的顏色和照明或增強和改變反照率顏色或鏡面反射和粗糙度設置。正確的法線或具有適當切線和平滑信息的詳細模型（在這些植物上）對於最終的整體外觀而言更為重要。

我做出的一個重要決定是從經典的Arch Viz來源中購買更昂貴的樹資產，而不是使用帶有更簡單葉平面的常見的中多邊形SpeedTree。受到虛幻引擎5中Nanite功能方法的啟發，我很好奇這些真正的高多邊形資產能達到多遠，這些資產由單葉元素而不是縮小的平面組成。當然，SpeedTree提供了一些很棒的技術來創建遊戲中優化的資產，例如頂點AO烘焙，但是就我而言，我想使用在空間行為和外觀上與現實更加接近的植被。儘管如此，我還是不得不根據不斷變化的照明設置不斷調整所有資產的材質和紋理。我只將Substance用於我在場景中使用的一些較早的資產，因此我不必生產那麼多新的紋理和材料。對於這樣的研究，您可以擺脫許多粗糙的紋理和材質工作，因此通常不必想出超級複雜的Substance材料或在Designer中花幾天的時間。

當我在Crytek（例如The Climb）上進行遊戲時，花了很多時間在河流和河床上進行嵌入，但是我也沒有在這裡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煙塵顆粒和移動貼花紙，以取笑。我承認再次懶惰。至少我嘗試在較低的水域中埋入一些苔蘚和淡色彩的貼花紙，以使其具有某種深度，但也要以一種微妙的方式進行，以免使這些空間過於嘈雜。

打磨和未來其他場景

關於優化和優化，我沒有花很多時間在LOD或性能任務上，因此還有很多空間。稍後，我可能會使用不同的光照和天氣設置對場景進行一些變體，並且-我計劃重新訪問一些較舊的UE4研究，以對它們進行一些改進，儘管我已經在研究新的東西（我上面提到的市場商店項目旁邊）。因此，讓我們看看創意流將在不久的將來將我推向何方。

實時場景的一般提示和技術

最後，我想提一些關於實時創建逼真的場景的一般性建議，我希望這些信息對你們中的某些人，至少對於初學者來說，可能是有價值的。

在將大量的市場商店資產投入首次啟動場景之前，請確保對引擎本身更加熟悉。資產和材料通常在不同的引擎中非常獨特地出現，反應和響應，尤其是在與燈光交互時。我強烈建議您在開始資產生產之前，先研究特定引擎的各個功能，並嘗試區分質量差的資產與質量好的資產。

從為您選擇的引擎製作的更高質量的現有場景中學習，這也是一個合理且非常有用的步驟。那裡最流行的引擎，例如Unreal或Unity，在其市場中提供大量免費（或負擔得起）的示例場景，因此，仔細研究它們的工作方式以及這些場景的所有元素如何相互作用無疑是最好的。了解資產，材料和照明的行為方式以及如何實現各種效果的入門方法。實際上，如果我偶然發現確實看起來很有前途的東西，我就會（並且仍然會這樣做）。觀察，模仿和調整將對您有幫助的過程。

此外，照片或電影參考也極大地有助於獲得逼真的外觀。並且一旦您能夠在場景中建立起樂觀的心情，就可以嘗試將該作品用作下一個項目的藍圖。隨時注意自己的步調，不要開始使用過多的未優化或差異太大的資產。用元素慢慢填充場景，並花點時間反映您是否仍然對整體外觀感到滿意。

除了資產，材料，紋理或照明外，場景構成是逼真的環境中的另一個主要關鍵，但是不要對過時的構圖大師的精英理論過分強調。嘗試在現場工作中獲得樂趣。相信我，您對構圖的理解和直覺會隨著時間而發展，因此，如果您在初學者那裡掙扎，這是正常的。

關於生產未來的思考

隨著虛幻引擎5的出現，很多藝術家似乎將其視為生產中的遊戲規則改變者，而當我通常對技術演示持懷疑態度時，我承認Nanite和Lumen等功能具有革命性的潛力。

像往常一樣，這種根本的管道變更會帶來風險和機會。遊戲開發人員和遊戲/ 3D美術師始終意識到，他們必須不斷適應新技術和關鍵的管線改進，當然，如今，美術師需要大量專業知識（性能優化，LOD，適當的法線貼圖工作流程等）。可能會在幾年後過時。即使在今天，我們仍可以觀察到來自建築界和電影界的3D藝術家開始使用遊戲引擎進行原型製作和可視化，因此，儘管十年前遊戲藝術家和離線渲染藝術家是分開的陣營，但他們之間的距離卻越來越遠在過去的幾年中彼此。

我還可以想像到，至少在涉及由通用元素組成的場景和環境（例如自然場景）的環境和環境中，人工智能和自動化工具將對整個3D生產產生巨大影響。如今，程序性景觀和植被散佈工具已在使用中，尤其是在為大型開放世界環境創建基礎時。結合強大的基礎庫（例如Quixels Megascans或SpeedTree）和啟動時優化的照明設置，我很確定在不久的將來提出電影或逼真的風景將不是很大的挑戰。像VUE之類的程序甚至在數年前就為景觀和自然場景提供了離線渲染解決方案，並且有相當多的團隊和公司正在為Unity和Unreal進行項目，而這些項目恰恰集中在這些方面，

但是，許多創意任務將依賴3D藝術家。儘管可能更容易實現更通用的環境，但藝術家仍然必須依靠自己的創作靈感為基於體系結構的解決方案製作獨特的場景。AI重組和散射工具，過程景觀生成或先進的攝影測量工作流程可能會極大地提高某些藝術作品領域的質量，但需要手工製作風格化，特定，標誌性或獨特的幾何圖形，例如幻想或科幻建築和設計我想了好一陣子。

後記

好吧，這些是我對某個時刻會發生什麼的粗略假設。可以肯定的是，未來會在很多方面證明我是錯的，就像它總是會以某種方式發生一樣。

我衷心希望這一見解對您至少有所幫助和有趣，因此非常感謝您的閱讀，並感謝您所做的創造性項目。現在，去製作一些令人印象深刻的東西！

乾杯!

Karakter Design Studio的高級3D概念藝術家Finn Meinert Matthiesen

Arti Sergeev進行的採訪

https://80.lv/articles/rtx-nature-lighting-and-vegetation-studies-in-ue4