機(jī)器之心報(bào)道

機(jī)器之心編輯部

脫離硬件的綁定？Epic Games 公司推出虛幻引擎 5，看 Demo 視頻可謂是次世代的游戲畫面, 超出現(xiàn)有游戲畫面一個(gè)檔次。

虛幻引擎（Unreal Engine）是一款由 Epic Games 開發(fā)的游戲引擎。該引擎主要是為了開發(fā)第一人稱射擊游戲而設(shè)計(jì)，但現(xiàn)在已經(jīng)被成功地應(yīng)用于開發(fā)潛行類游戲、格斗游戲、角色扮演游戲等多種不同類型的游戲。

虛幻引擎 5 首次亮相

開發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)下一個(gè)時(shí)代的愿景之一是，讓實(shí)時(shí)渲染能夠媲美電影 CG 和真實(shí)世界，并通過高效的工具和內(nèi)容庫(kù)，讓不同規(guī)模的開發(fā)團(tuán)隊(duì)都能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

Unreal Engine 團(tuán)隊(duì)今日發(fā)布了視頻「Lumen in the Land of Nanite」，這是一個(gè)在 PlayStation5 上實(shí)時(shí)運(yùn)行的 demo 視頻：

游戲角色出現(xiàn)。

這個(gè) demo 展示了虛幻引擎 5 的兩大全新核心技術(shù)：

Nanite：創(chuàng)造豐富幾何細(xì)節(jié)

團(tuán)隊(duì)表示，為了解決「真正的虛擬化幾何體」（Truly virtualized geometry）問題，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了新技術(shù)「Nanite」。

Nanite 虛擬微多邊形幾何體可以讓美術(shù)師們創(chuàng)建出人眼所能看到的一切幾何體的細(xì)節(jié)。使用者可以將影視級(jí)資源直接導(dǎo)入至引擎內(nèi)，不管是來自 ZBrush 的雕塑還是用攝影測(cè)量法掃描的 CAD 數(shù)據(jù)，都可被直接導(dǎo)入。

Nanite 幾何體可以被實(shí)時(shí)流送和縮放，有了它技術(shù)人員無需糾結(jié)多邊形數(shù)量預(yù)算、多邊形內(nèi)存預(yù)算和繪制次數(shù)預(yù)算了。甚至也不需要再將細(xì)節(jié)烘焙到法線貼圖或手動(dòng)編輯 LOD，畫面質(zhì)量也不會(huì)有絲毫的損失。

石頭細(xì)節(jié)。

上圖中大部分模型是用 Quixel 的 Megascan 資源構(gòu)成的。值得注意的是，所使用的資源并不是游戲版本里的，而是普通電影影視版本里的資源，平均每個(gè)資源擁有一百萬(wàn)個(gè)三角面，同時(shí)用的也都是 8K 紋理。

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Nanite 技術(shù)可以展示像素級(jí)別的細(xì)節(jié)。

每一幀里的原始幾何體三角面都超過 10 億，而 Nanite 能夠進(jìn)行快速渲染，將其無損壓縮為 2000 萬(wàn)個(gè)繪制三角面。上圖展示了顏色各異的三角形。

Lumen：全動(dòng)態(tài)全局光照解決方案

Lumen 是一個(gè)全動(dòng)態(tài)全局光照解決方案，能夠?qū)?chǎng)景和光照變化做出實(shí)時(shí)反應(yīng)，而且不需要專門的光線追蹤硬件。

據(jù)該團(tuán)隊(duì)介紹，該系統(tǒng)能夠在宏大而精細(xì)的場(chǎng)景中渲染間接鏡面反射和可以無限反彈的漫反射，小到毫米級(jí)，大到千米級(jí)，Lumen 都能處理。美術(shù)師和設(shè)計(jì)師可以使用 Lumen 創(chuàng)建出更動(dòng)態(tài)的場(chǎng)景，例如，改變白天的光照角度，打開手電，或者在天花板上開個(gè)洞，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)情況調(diào)整間接光照。

該解決方案為美術(shù)師省下大量時(shí)間，美術(shù)師無需因?yàn)樵谔摶镁庉嬈髦幸苿?dòng)了光源而等待光照貼圖烘焙完成，也無需再編輯光照貼圖 UV。同時(shí)光照效果也將和在主機(jī)上運(yùn)行游戲時(shí)保持完全一致。

光照變化。

如上圖所示，在使用 Lumen 的解決方案中，沒有光照貼圖同時(shí)也無需烘焙的情況下，整個(gè)場(chǎng)景包含了多次反彈的全局光照。也就是說，只要移動(dòng)光源，光線反彈效果就會(huì)隨之發(fā)生實(shí)時(shí)變化。

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Niagara 特效系統(tǒng)創(chuàng)建的蝙蝠。

Niagara 是團(tuán)隊(duì)所開發(fā)特效系統(tǒng)，系統(tǒng)中的粒子可以進(jìn)行互相通信寫作，對(duì)周圍環(huán)境的感知能力也大幅度提升。

加入大量新功能進(jìn)行流體模擬。

該 demo 還展示了現(xiàn)有的引擎功能，包括 Chaos 物理與破壞系統(tǒng)、Niagara VFX、卷積混響和環(huán)境立體聲渲染。

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利用 Chaos 物理系統(tǒng)來精確模擬落石的剛體。

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增加了預(yù)測(cè)性腳步落位和運(yùn)動(dòng)變形功能，使動(dòng)作看起來更自然。

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Lumen 系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)中的光源做出反應(yīng)，還能適應(yīng)幾何體變化。

虛幻引擎 5 將在 2021 年初發(fā)布預(yù)覽版，2021 年底發(fā)布完整版，支持次世代主機(jī)和現(xiàn)世代主機(jī)、PC、Mac、iOS 和 Android 平臺(tái)。

開發(fā)者正在設(shè)計(jì)向前兼容的功能，以便用戶在 UE4 上開發(fā)次世代游戲開發(fā)，然后再將項(xiàng)目遷移到 UE5。

AI + 游戲的美妙結(jié)合

游戲制作與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能關(guān)聯(lián)甚大。為了實(shí)現(xiàn)好的游戲體驗(yàn)，游戲制作公司也是煞費(fèi)苦心。例如，用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)做圖像處理、利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)角色動(dòng)畫的真實(shí)性、在游戲制作的多個(gè)環(huán)節(jié)中使用 AI 以提升效率等等。

《虛幻引擎》即開發(fā)了專門的 AI 系統(tǒng)，以便在項(xiàng)目中創(chuàng)建高可信度的 AI 實(shí)體。

目前虛幻引擎 5 還沒發(fā)布，我們先來看虛幻引擎 4 中的 AI 系統(tǒng)。根據(jù)官網(wǎng)介紹，虛幻引擎 4 中的 AI 系統(tǒng)有以下作用：

用戶可以同時(shí)使用多個(gè)系統(tǒng)，在虛幻引擎 4（UE4）項(xiàng)目中創(chuàng)建角色或其他實(shí)體的 AI。在項(xiàng)目中創(chuàng)建高可信度 AI 時(shí)，從分支為不同決策或行動(dòng)的行為樹，到通過環(huán)境查詢系統(tǒng)（EQS）運(yùn)行查詢來獲得環(huán)境信息，再到使用 AI 感知（AI Perception）系統(tǒng)獲取感官信息（如視覺、聲音或傷害信息），所有這些系統(tǒng)都發(fā)揮著關(guān)鍵作用。此外，這些工具都可以通過 AI 調(diào)試（AI Debugging）工具進(jìn)行調(diào)試，幫助用戶了解 AI 在特定時(shí)間的思維和行為。

在 UE4 中打造 AI 和使用這些系統(tǒng)時(shí)，構(gòu)建 AI 的思路如下：行為樹處理決策進(jìn)程，AI 感知系統(tǒng)將源自環(huán)境的刺激（例如感官信息）傳輸?shù)叫袨闃洌缓?EQS 處理關(guān)于環(huán)境本身的查詢。

AI 行為樹

虛幻引擎 4 中怪物 AI 的控制都是通過行為樹（UBehaviorTree）實(shí)現(xiàn)的。UE4 中的行為樹是基于事件驅(qū)動(dòng)的，所以不需要像 Tick 事件那樣逐幀檢測(cè)。

行為樹相當(dāng)于 AI 的大腦，黑板 (UBlackboardData) 相當(dāng)于大腦的記憶。行為樹的運(yùn)行規(guī)則便是不斷地從黑板中取/存數(shù)據(jù)，然后在行為樹中加工，而行為樹中的分支節(jié)點(diǎn) (Composites)、服務(wù) (Service)、裝飾器 (Decotator) 相當(dāng)于大腦中的神經(jīng)末梢節(jié)點(diǎn)，可以不斷地進(jìn)行檢測(cè)、判斷，以及對(duì)記憶做出修改。

下面展示了一個(gè)行為樹的示例，該行為樹中的 AI 角色會(huì)在巡邏和追逐玩家之間切換。

場(chǎng)景查詢系統(tǒng)

場(chǎng)景查詢系統(tǒng)（EQS）用于收集場(chǎng)景相關(guān)的數(shù)據(jù)。EQS 可以通過不同種類的測(cè)試就收集的數(shù)據(jù)提問，然后返回符合所提問題類型的最佳項(xiàng)（Item）。

我們可以從行為樹中調(diào)用 EQS 查詢，并根據(jù)測(cè)試的結(jié)果將其用于后續(xù)操作決策。EQS 查詢主要由生成器節(jié)點(diǎn)（用于生成將被測(cè)試及加權(quán)的位置或 Actor）和情境節(jié)點(diǎn)（被用作各種測(cè)試和生成器引用的框架）組成。

EQS 的使用范例包括：找到最近的回復(fù)劑或彈藥、判斷出威脅最大的敵人，或者找到能看到玩家的視線等。

AI 感知

除可用于決定所執(zhí)行邏輯的行為樹，以及用于獲取環(huán)境信息的場(chǎng)景查詢系統(tǒng)（EQS）之外，虛幻引擎 4 中的 AI 框架中還有一個(gè)為 AI 提供感官數(shù)據(jù)的工具：AI 感知系統(tǒng)（AI Perception System）。

該系統(tǒng)為 Pawn 提供了一種從環(huán)境中接收數(shù)據(jù)的方式，例如噪音來源、AI 是否遭到破壞或 AI 是否看到了什么。整個(gè)過程通過 AI 感知組件（AI Perception Component）來完成。

該組件相當(dāng)于刺激監(jiān)聽器，可收集已注冊(cè)的刺激源。刺激源被注冊(cè)后將調(diào)用 On Perception Updated（或用于目標(biāo)選擇的 On Target Perception Updated）事件，用戶可以使用該事件來啟動(dòng)新的藍(lán)圖腳本和（或）對(duì)驗(yàn)證行為樹分支的變量進(jìn)行更新。

用戶可以 AI 感知組件中配置感官類型，如「AI 傷害」、「AI 聽覺」、「AI 視覺」、「AI 觸覺」等等。

AI 調(diào)試

創(chuàng)建 AI 實(shí)體后，用戶可以使用 AI 調(diào)試工具進(jìn)行問題診斷，或查看 AI 在任何特定時(shí)刻的行為。啟用后，用戶即可在同一集中位置循環(huán)查看行為樹 、環(huán)境查詢系統(tǒng)（EQS）和 AI 感知系統(tǒng)。

在游戲運(yùn)行時(shí)按下撇號(hào)（'）鍵即可啟用 AI 調(diào)試。