虚幻学习2

接着上一章，这次从静态网格体开始。内容来源于虚幻在线平台[1]。 

 

System Units：

首先，无论你使用哪一种DCC，创建对象前你需要先确定系统单位(System Units)。

UE4 使用厘米作为测量单位：1 Unreal Unit = 1 Centimeter

确保DCC比例与UE的比例一样很重要，原因是这样可以保持沉浸感。因为当用户体验场景时，如果他们发现场景和现实世界相差过大，会迅速丧失沉浸感（同理VR）

 Triangle Counts：

三角面的数量和项目体验直接挂钩，当你在DCC，务必打开三角面计数功能。在使用UE编辑模型时，需要考虑以下几点：

• 首先，不要为小细节建模，例如小螺母。玩家不会注意到此类细节，反而会浪费大量多边形数量。
• 在你构造对象时，请务必在DCC和UE中经常查看多边形数量。

Material ID’s：

每个对象都至少有一个材质 ID。材质 ID 有助于确定哪些多边形面应用了哪些纹理。但是它的缺点是，对象每多使用一个材质id，它就需要被多渲染一次，以显示该材质效果。

下面的实例中，是一个带有两个材质ID的模型。

 当你创建项目时，你最好为游戏中的各种对象制定好材质ID的数量的使用规范，例如：小道具应该只有一个材质ID，而武器或角色这类对象可以有2-3个ID。如果是大型建筑，你可以为地板设置一个材质ID，天花板，墙壁等等。

Pivot Points枢轴点：

UE4 使用枢轴点来确定对象在关卡中的放置位置。枢轴点还确定将执行任何变换（平移、旋转、缩放）的点。

从 DCC 导出时，枢轴点应始终位于原点 (0,0,0)。先设置正确的枢轴点意味着美术师可以直接放置资源，他们无需反复调整资源位置，避免在项目开发期间浪费时间。

 What Are Lightmap：

Lightmaps 用于在 Textures 中存储复杂的光影信息。这是因为纹理的开销很低，非常适合存储这类数据。

使用光照贴图是在性能和美观之间取得良好平衡的关键。

 下面的两个结果，分别是光照贴图和阴影贴图：

 上面的光照贴图与平常看到的贴图不同的原因是，光照贴图中的RGB通道中存储着不同类型的数值，这些实际上是不同区域的光照信息，它们全被写入了RGB通道。

在阴影贴图中，这类信息更加明显。虽然图中有些绿色，但是主要颜色还是红色，因为红色和绿色代表不同的阴影信息。所有的阴影数据都被写入了阴影贴图的RGB通道中。

 Lightmap UV’s：

首先，光照贴图需要对象上的每一张面，都位于0到1的UV空间中，这些面还需要被单独放置，即它们在UV贴图中，不能相互重叠。对应着上面的模型样例：

 0-1的空间，指的就是这个正方形，它包围着UV信息。有时候你为模型添加纹理时，数据可能会超出0-1的范围，这些数据仍然会有纹理信息，它只会重复外面的内容(?)。

当我们渲染光照贴图时，Lightmass实际上只关心0到1空间内的数据，外面的数据将会被裁剪。

另一件事情我们要做的就是，确保UV贴图的对象没有互相重叠。

这里在面板中选择了UV通道2，这是因为光照贴图UV需要存储在模型的第二个通道中。在3D-MAX中，我们称为UV Channel 2，而在UE中为UV Channel 1。这是因为UE从0开始计数

 关于如何设置光照贴图分辨率：

Collision Meshes：

• 碰撞用于确定你是否撞到了世界上的某些东西
• 碰撞用于物理模拟以确保物体与世界发生碰撞
• 碰撞用于确保玩家可以在他们正在行走的表面上行走

有两种方法可以为 UE4 创建碰撞：

• 你可以在DCC中创建碰撞，然后把它和几何体一起导入。
• 或者可以在UE中创建

在3D-Max中，我们找到“对象类型”，选中BOX。创建后，按下shift+A对齐。进入前景图，点击F3进入线框模式，然后右击Box，将其转化为Editable poly。然后就是一系列的调整：

 而在UE中创建的方法：

 再比如下面的样例，我们可以为石块创建好的碰撞，但是对于碎石很难产生碰撞。

 UE中有一个Convex Decomposion的选项，它允许你为这类不易生成碰撞盒的不规则网格体，创建复杂的碰撞网格体。选择Apply，他的作用是让网格体体素化，然后基于体素化生成碰撞参数。

Limiting Overdraw：

过度绘制是在处理透明度或不透明材质时出现的问题。它指的是你的 GPU 必须绘制一堆不显示任何纹理信息的透明/透视区域。

我们可以执行以下一项或所有操作来限制这种情况:

• 限制重叠的透明对象的数量。
• 向网格添加额外的顶点，以便它们更好地适应透明度信息。
• 是否可以使用 geo 而不必使用透明度。

如果要查看场景中的过度绘制次数，可以用下面：

“Shader Complexity 着色器复杂度”模式

 What are LOD’s：

LOD 代表细节层次Level of Detail，它们相当于模型的副本，只是三角面的数量变少了。

它描述了一种渲染技术，其中将根据用户的相机与该对象的距离显示不同版本的静态网格体。

 在DCC创建完成后，导入UE时，我们需要选中下面这个选项 ：

 如果我们没有选择，则只会得到没有LOD的基本网格体

导入导出章节：

Exporting Static Meshes:

UE4 对所有静态和骨架网格体动画使用 FBX 文件格式。

FBX 文件可以包含以下内容

• 带有基本材质数据的静态网格体数据
• 带有基本材质数据的蒙皮网格数据
• 细节层次网格
• 骨骼驱动的动画

导出时需勾选下面的设置：

• Smoothing Groups
• Triangulate
• Preserve Edge Orientation

Exporting Skeletal Meshes：

导出骨架网格体类似于静态网格体，但启用了更多选项。你将需要启用静态网格体的所有选项以及以下内容：

• Smoothing Groups
• Triangulate
• Preserve Edge Orientation
• Animation
• Deformations
• Skins

3D Mesh Import:略

3D Mesh Import Options：略

Re-Importing Assets：略

Auto Re-Import：

我们可以让 UE4 自动从给定文件夹导入资源。首先打开编辑器首选项并转到加载和保存部分

在Auto - Import部分按箭头展开高级选项，在 Directories to Monitor 部分，输入您希望 UE4 查看的文件夹。当检测到更新时，UE4 会询问你是否要更新资产，然后为你重新导入。

Full Scene Import ：

 无需单独导入和放置所有内容，全场景导入或 FBX 场景导入工具可让你一次性将整个 FBX 关卡导入 UE4。

完整场景导入的另一个好处是：它不仅支持静态网格体，也支持骨架网格体、动画、材质、纹理、刚体、变换目标、摄像机和光源。假如你在DCC中放置了很多用于丰富场景内容的类似Actor，他都能支持导入。

这里有一些限制，材质和摄像机：材质只能导入漫反射贴图和法线贴图，而摄像机的动画都不能导入。

Full Scene Import：略

二、Creating Materials & Material Instances

Overview:

• What is Physical Based Rendering (PBR)
• What is a Material
• What is a Material Instance
• What is a Master Material
• What you can and can not do with Master Materials
• Setting up a Master Material for Environment Objects Setting up a Master Material for Glass Parent  / Master Materials and their children
• Creating & Using Material Instances
• Overriding Parent Material Functionality
• Creating Chains of Material Instances

What is PBR：

PBR表示基于物理的渲染Physically based render。

基于物理的着色意味着我们近似光的实际作用，而不是近似我们直觉上认为它应该做什么。光线的最终效果会更加准确且更加自然。另一个使用PBR的优点是，基于物理的材质在所有场景中都能保持一致，无论材质处于光线充足的室内还是室外还是其他场景。

此外，基于物理渲染材质中的材质参数要简单的多，相互依赖性也没那么高，美术师可以更直观的调整参数。

最后，使用PBR的原因是，它有助于你标准化美工管线，因为资源无论遇到何种光照情况，都能做出相同反应。

图片来源于：[2]

 Material Domain：

下图中的三个选项，改变三者任意一个都可能影响主着色器节点上的输出。

 Material Domain决定了材质属性的评估方法，Blend Mode决定了材质的颜色以及材质与背景的融合方式，Shading model 决定了输入将如何组合来创建材质的最终颜色。

 What is a Material ：

材质是 UE4 用来帮助在对象上显示纹理的东西，是使用材质编辑器构建的。材质实际是上是由一小块一小块HLSL代码构成，也就是高级着色器语言。这些代码块可以执行各种任务。

 如果你用过基于线性节点的编辑系统，UE中的材质编辑器非常相似。

 What is a Material Instance:

材质实例是我们材质的特殊版本，允许我们操作值和更改纹理而无需重新编译材质。你还可以通过时间轴和蓝图与材质实例进行交互，从而获得大量非常酷炫的动画效果。

使用材质实例的优点是灵活性，它们允许你的美术师参与你的项目，你可以设置一个主材质，然后在材质实例中设置许多参数，以便美术师根据喜好进行调整，而无需编写大量复杂的着色器代码。

 What is a Master Material：

主材质是一种可以通过某种方式设置的材质，允许你将该材质应用于多种不同的表面需求。主材质可以有许多可以调整或替换的不同参数。

 这些输入称为材料参数。材质参数是特殊节点，它告诉材质当它用作材质实例时，可以编辑和更改此属性。你可以在编辑器中和游戏过程中通过材质实例操作值和纹理。

下面是个主材质实例，你可以使用许多参数节点。

 Master Material Do’s & Don'ts：

请使用多种主材质

• Master for Environment Objects
• Master for Characters 
• Master for Weapons

不要将一种主材质用于所有对象

•  It is not possible to make one Material to meet all needs 
• This can also introduce performance issues 导致性能问题
• Make assumptions on what your artist need

Master Material Concepts：

当你创建主材质时，有几个事项可以帮助你极大提升材质的性能。

Material Functions

允许你共享和重复使用材质图的部分内容。UE4 附带了许多你可以使用和查看的内置函数。

RGB Mask Packing 

当你创建主材质时，你可以描述纹理的使用方式，让美术师将不同的纹理保存在同一张纹理的红绿蓝通道中，能够有效减少内容中的纹理占用量。

Static Switches 

它允许你启用或禁用材质中的整条代码路径。例如，你可以用静态开关启用视差法线贴图，它能让你的法线贴图看起来很有立体感。
Feature Level Switch

允许你制作一种可以在任何设备上运行的材料。

三、Performance & Optimization

Overview:

• Texture Streaming
• Level Of Detail or LOD
• Merge Actor Tool
• Hierarchical Level of Detail or HLOD
• Volumes
• Reflections
• Lighting
• Shadowing
• Debug View Modes
• Stat Commands
• GPU Profiling

Texture Streaming:

当你处理许多纹理时，有时会发现纹理会有些模糊，它们没有显示所有的细节。这是因为它们的流送不正确，这时候就需要这一节的知识。

回想之前的Level of detail或者是Mip map和纹理一样，只不过细节层次不同或稍微小一点，所以占用的资源少一些。

而Texture Streaming 是一个内置系统，用于根据距离玩家相机的距离来增加或减少纹理分辨率。它有个缓存池，一片专门用来缓存多级渐进纹理的内存区域。随着你的相机离纹理越来越远，将显示纹理或 MIP 的较低分辨率版本。

这是通过使用 Mip maps来完成的。

如果你的项目说streaming pool size is too small，则意味着你预先分配的空间太小了。如果要增加内存池大小，可以打开UE控制台输入下面的控制，MB为单位。将此设置为 0 将意味着无限的池大小。

 UE4 Automatic LOD Creation Tools

具体操作：

• 打开网格编辑器
• 转到 LOD 设置部分
• 在 LOD Group 中，设置要使用的组
• 按应用更改按钮

这将根据存储在 .INI 文件中的预先确定的设置自动创建 LOD。

设置LoD组设置各Lod的设置，然后将这些设置应用到网格体中，这就是Epic推荐的Lod使用方法。

 Manual LOD Setup：

手动设置细节面板和LOD设置:

 需要注意的是，如果我们要手动设置，设置LOD三角形的缩减比例，比如每个层级相差25%。但是这种偏差还不足以弥补使用这些LOD所产生的额外内存占用，更好的方法是把数值设置成比如：75，25，12%。

Adjusting / Tweaking LODs:

 UE4 使用对象的当前屏幕大小计算何时交换 LOD。随着对象占用的屏幕尺寸越来越小，LOD 将从更复杂变为略微复杂。

有时，我们需要取消勾选下面的选项，然后在静态网格编辑器中手动调整 LOD。

 Merge Actor Tool：

为什么说这个工具非常强大？因为它能替你完成曾经非常繁琐的任务，比如背景对象分组。

Merge Actor是一种将多个网格体合并为一个静态网格体和一个材质的方法。该工具将采用所有选定的网格和材料，并将它们合并为一个网格和一种材料。

 这样做会有效的减少了整体的渲染消耗，这将使渲染更便宜，这对于 VR 应用程序尤其重要：

• 对象拥有的每种材质都意味着它必须再渲染一次。
• 具有 3 个材质的对象必须至少渲染 3 次。

 虽然这个工具很强大，但它确实有一些缺点：

• 如果你犯了错误，就没有办法回到你以前的地方。
• 如果你的对象事先没有设置光照贴图，则很难使用合并的网格自动生成它们。
• 合并后的材质只是将材质压平，因此某些效果可能不起作用或必须重新添加到创建的材质中。
• 你也不能在地图集中有蒙面和非蒙面材质，要么全有要么全无，要么使用蒙面材质，要么不使用。

Using the Merge Actor Tool：

在这个工具出现之前，你必须将整个关卡以FPX的形式导出到你的DCC中，找到你的各种纹理，重新创建纹理，将它们重新分配给对象。然后你在DCC中选择所有对象，将它们全部融合成一个静态网格体。然后通过绘制、合并和移动UV贴图，创建你的UV从而获得一张图集。

工具位置：

Window> Developer Tools > Merge Actor.

具体的设置：
举例:

Pivot point at zero 这个作用是获取所有这些网格体的枢轴点，将其设为世界场景的原点。

Merge Physics Data 能融合所有的物理数据，我们可以将顶点数据，比如顶点颜色烘焙到新网格上，这能确保我们使用了顶点绘制或其他操作，这些信息仍能被保留。

LOD selection Type

--use all lod levels获取当前所有信息，创建一个大的网格体，然后使用所有LOD。

--use specific level 将其设为0，这样就能保证我们拥有最高质量的LOD网格体。

接着确保我们选择了Merge Materials，下面需要不断调整设置，直到找到最适合你项目的方案。

最后选中替换源 Actors。

Hierarchical Level of Detail Tool：

HOLD 是一种用渲染成本更低的单个 Actor 替换大量单个 Actor 的方法。

它的工作原理是遍历放置在关卡中的所有静态网格体，并根据它们彼此之间的接近程度将它们分组。
然后，它将用单个网格、纹理和材质替换这些资产组，以帮助降低远距离观看时的渲染成本。

HLOD 是一个很好的工具，可以帮助减少关卡中距离对象的成本。

问题：
1  为何在项目中使用纹理流送如此重要？它可根据纹理在屏幕上的大小来控制纹理的Mipmap级别。

2  在纹理上应执行哪项设置以确保它不包含在流送池中？从不流送

3  您需要在项目中已有的网格体上创建并调整LOD，Epic对此建议的最简单的方法是什么？使用引擎内LOD编辑器

4  “合并Actor”工具有何作用？将选定的静态网格体及其材质合并为单个静态网格体和材质。

Using Volumes：

体积是一种特殊的Actor，你可以把它放在UE4场景中，用于实现各种功能。包括确定玩家的移动范围、决定音响的混响效果。UE中很多的交互机制，幕后实际上都是有体积决定的。

这里我们只讨论Lightmass Volumes和Cull Distance Volumes，因为这两个会被经常使用。

<1>Lightmass Volumes

在UE中， 有两个作用，它们界定了Lightmass的模拟范围，所以它们决定了Lightmass计算过程中计算最密集和最简单的区域。如果不在关卡中加入它，你会把计算时间浪费在没有任何光线或无关紧要的场景区域。

而添加它，能确保只有玩家能够看到或与之互动的区域才回纳入光照计算。

具体做法，我们只需要在关卡中添加一个体积，并确保它覆盖关卡中的所有可玩区域。

它的另一个重要作用是，它们允许动态对象比如角色，了解静态光源环境。

关于LightMass角色间接细节体积：它的作用是增加该体积内的取样数量。

<2>Cull Distance Volumes

这是种优化工具，允许根据对象与相机的距离及其大小剔除（而不是绘制到屏幕上）对象。这可以帮助优化你的场景，因为当对象小到被认为不重要时不绘制对象。

 问题：

1 使用动态阴影的一个缺点是什么？动态阴影是虚幻引擎中开销最大的类型。

2 为何最好在场景中使用不同类型的光照组合？有助于节省性能开销。

照明阴影和后期处理：

在UE中有三种可移动性类型：静态、固定和可移动。各种可移动性都有不同的特征，比如光源的渲染开销以及性能影响。

静态类型的开销最低，静态表示光源和场景没有任何互动,光照完全是烘焙出来的，没有对象可以和它互动，它不能以任何方式、形状或形式改变。

固态类型可以与场景互动，所以固定光源投射的阴影能够和动态对象融合到一起。然而，固定光源会有一定开销。原因是你可以在运行时，改变固定光源的颜色和亮度，但你无法移动光源。

可移动类型，开销最大，因为它是完全动态的，所有的光照和阴影。

Shadowing：

在虚幻中，有两种主要类型的阴影：静态阴影和动态阴影。

静态阴影源于静态光源类型：

Static Shadows

• Static Light Type
• Inexpensive
• No Scene Interaction

 经常会在游戏中看到这样的情况，人物移动时阴影也会动，但是如果地上有其他阴影，玩家的阴影看起来像是漂浮在其他阴影上。这是因为动态阴影无法和静态阴影交互。

Dynamic Shadows

• Stationary & Movable
• Expensive
• Full Scene Interaction

Post Process：

后期处理 (PP) 音量允许艺术家和设计师快速调整屏幕的整体外观和感觉。

如果你想将 PP volume 应用于整个关卡，则需要选中未绑定选项。

Reflections：

虚幻中有三种主要的反射类型：球体反射，盒体反射和平面反射。前两个开销最低。

 问题：

1 对于静态关卡光照应使用何种类型的体积？

LightMass

 2 剔除距离体积有何作用？

停止渲染超过某一特定大小和距离的对象

3 您需要在一个大型正方形房间内对多个对象创建反射。何种类型的反射Actor最适合用于此场景？

盒体反射采集

4 如果使用平面反射，它是否存在固定的性能开销？

否，开销取决于所反射的对象。

[1] 虚幻在线学习平台 https://www.unrealengine.com/zh-CN/onlinelearning-courses

[2] PBR https://docs.unrealengine.com/4.26/en-US/RenderingAndGraphics/Materials/PhysicallyBased/