虚拟现实引擎特效制作

**章?? 概述 一、引擎特效与制作工具 1. 引擎特效与三维图像引擎软件 引擎特效主要是指使用三维图像引擎软件制作的视觉特效。视觉特效包含 内容广泛，在一个场景里除了人物、自然环境、建筑三大部分以外的视觉特效均能利用引擎软件制作完成。三维图像引擎软件包括 Unreal Engine、Unity 3D 等，本书教学重点为 Unreal Engine。 2. 引擎特效的制作内容 （1）粒子及动力学特效（烟火、爆炸、环境效果等） 粒子及动力学特效是引擎特效制作的核心部分，不管是虚拟现实游戏制作 还是影视动画制作，粒子特效是所有特效制作工具中*主流、*突出的特效内容。技术水平越高，制作出来的粒子特效效果越逼真。 （2）后期视觉特效（调色、校色、渲染、曝光等） 后期视觉特效在以往传统三维动画的制作流程中，如需要先在 3ds Max、 Maya 中制作好动画渲染，再在 AE、Nuke 等后期软件中制作。在一系列后期软件中，制作后期视觉特效的工具相对而言较为分散，流程较为复杂，而在引擎里制作该类特效则可通过较为集中的特定模块进行。 （3）特定视觉效果（三维渲染二维、特殊视觉风格等） 特定视觉效果主要针对粒子及动力学特效与后期视觉特效两种制作方式无法达到的视觉效果进行制作。 二、引擎特效的应用领域 引擎特效应用广泛，与交互视觉方面相关的领域中都能用到，且效果较为显著。 1. 虚拟现实 VR/AR 中的引擎特效 图 1-1 和图 1-2 所示为虚拟现实作品《敦煌飞天 VR》中的场景截图，该作品中的大量视觉特效均使用引擎设计和制作（《敦煌飞天 VR》是沉浸式交互动漫文化与旅游部重点实验室于 2016 年研发的 VR 作品，笔者为项目主创）。在 VR/AR 中加入该类视觉特效会使 VR 虚拟场景充满神秘色彩和奇异的视觉效果。 2. 游戏中的引擎特效 图 1-3 所示为手机游戏视觉效果截图，其中包含丰富的游戏特效内容，这 些内容都是在引擎中制作完成的（该游戏于 2014 年研发，笔者为项目制作人）。 3. 影视动画中的引擎特效 我们经常会看到很多酷炫的 CG 动画，其中通常会出现大量的烟火、爆炸、 云雾、光晕等视觉特效内容。图 1-4 所示的是笔者所带领的团队于 2015 年制作的游戏 CG 动画中的画面截图。作品中的云雾、光晕、景深等视觉效果都可以通过现在的引擎特效制作出来，并呈现在我们的虚拟现实作品中。 4. 虚拟仿真中的引擎特效 虚拟仿真的应用范围非常广泛，如飞行器模拟、海上航行器模拟、战场模拟等，只要真实物理世界存在的对象及运行过程都可以通过引擎模拟仿真实现出来。图 1-5 所示的是大型海战虚拟仿真模拟 VR 作品《甲午海战 VR》，模拟甲午海战过程中北洋水师与日军联合舰队当时进行的海战。内容包括双方战舰舰队、战舰之间进行相互攻击、炮弹撞击时形成的爆炸等。这些效果都需要虚拟引擎技术来模拟实现（《甲午海战VR》是沉浸式交互动漫文化与旅游部重点实验室于 2018 年研发的 VR 作品，笔者为项目制作人）。 三、引擎特效的呈现效果 1. 游戏特效 图 1-6 所示的是常规的游戏特效效果。在游戏特效中，光束、爆炸、烟火是极为常见的内容，通常会使用粒子特效进行游戏特效制作。 2. VR 与沉浸式交互内容特效 VR 与沉浸式交互内容主要是在引擎中制作完成的，通常会应用大量的引擎特效。由于 VR 是实时渲染，而且帧速率要求极高，因此 VR 中的特效制作强调性能与效果优化，要求较低的性能消耗实现较高的视觉效果。图 1-7 所示的是笔者于 2019 年为中国电影博物馆设计制作的 3D 沉浸式交互体感内容的场景截图。该作品中融合使用了几部动画电影原型，将几部主流的中国题材的动画电影中的角色制作成虚拟互动角色，并能与参观者进行现场的交互游戏，其中的大量特效均是使用虚拟引擎进行制作的。 3. CG 影视动画特效 CG 影视动画特效通常是渲染输出后进行合成的，因此效果**，对性能基本没有太多要求，只要能实现更好的视觉效果，性能要求偏高、渲染效率偏低也是没有问题的。图 1-8 所示的是笔者于 2011 年为腾讯游戏制作完成的 CG动画游戏作品中的场景截图。其中，丰富的烟火、爆炸、云雾及海水等均可在现在的虚拟引擎中实现。 四、本课程内容概述 本课程主要学习内容分为五大部分，分别为 UE4 中 Cascade 粒子特效、UE4 中 Niagara 粒子特效、灯光雾特效、后期效果处理、三维渲染二维效果制作。 1. UE4 中 Cascade 粒子特效 UE4 中 Cascade 粒子特效是一种传统的、经典的引擎粒子特效。我们将通过 Cascade 粒子系统基础、飘落的树叶等六个案例及两个复杂技能特效案例深入学习 UE4 中 Cascade 粒子特效的制作方法。 图 1-9 为其中一个复杂技能特效案例，从中可以看到 Cascade 粒子系统制 作出来的基本效果。 2. UE4 中 Niagara 粒子特效 UE4 中 Niagara 粒子特效是一种近两年才研发出来的高级粒子特效，它具备更强大的扩展性，设计者能够从中获得更强的扩展和编辑能力。UE4 中Niagara 粒子特效部分将学习 Niagara 粒子系统基础、可视化力场、云层、角色粒子特效案例几个部分的内容。 图 1-10 为云层案例效果，复杂云雾里穿行闪烁的发光光点，可以看到Niagara 粒子系统制作出来的基本效果。 图 1-11 为角色粒子案例效果，对动态角色人物进行粒子特效处理。如果用 Cascade 粒子系统进行传统制作，则较为麻烦，效果也不尽如人意，但用Niagara 粒子系统处理起来相对较为简单，且效果不同凡响。 3. 灯光雾特效 灯光雾特效是一种高级灯光特效效果，在传统 CG 和影视制作过程中通常需要极大的资源消耗，而且效果比较受限。在 UE4 中已经内置强大的灯光雾，可以制作出效果出众的灯光雾特效。这部分内容将重点给大家讲解三种不同类型的灯光雾特效的制作方法。图 1-12 所示的是其中一种灯光雾特效的*终制作效果。 4. 后期效果处理 在主流影视或 CG 动画的制作流程中，都有一个非常重要的后期制作环节——后期特效制作，通常会使用 Nuke、After Effffects、Digital Fusion 等专业后期特效制作软件进行制作。今天，虚幻引擎给我们提供了非常强大的实时渲染后期特效制作工具，UE4 中的 Post Process 就是其中的一种。在这里，我们将学习以下多种丰富后期效果的制作方法，包括泛光、曝光、光晕、污渍通道、白平衡、调色、校色、后期特效材质等，对已有场景颜色、氛围进行非常丰富的调整。 5. 三维渲染二维效果制作 三维渲染二维效果是艺术化处理三维后期效果的一种特殊效果，通过对三 维环境和任务进行特殊渲染处理，以实现一种类似二维平面化的视觉效果。图 1-14 左所示的是以人物为主的三维渲染二维效果，右图所示的是以场景为主的 三维渲染二维效果。这两个内容都将在课程中进行深入讲解，以指导大家制作出这样的三维渲染二维效果。 五、本课程学习与练习方法 1. 图书教材 对照图书教材，学习课程基础知识。图书中系统讲解了课程知识，可以随时进行对照或者查阅任何一个知识点，十分方便。 2. 视频教程 对照视频教程，学习课程内容的核心知识与制作流程，了解详尽的案例制作方法。视频教程中对实际操作部分进行了具体制作和细致讲解，通过深入学习，对课程所涉及的每一个功能模块、知识点都会拥有比较全面的认识和掌握。 3. 素材练习 使用制作素材进行快速案例练习，掌握课程核心知识。通过教程配套文件提供的素材来进行练习，参照图书教材和视频教程内容进行案例实践制作。 4. 扩展实践 参照图书教材和视频教程中的方法，展开更多的自我练习与实践。结合课程学习方法与素材资源，可以自主练习和尝试更喜欢或者希望达成的制作效果和目标，发挥创造力和想象力进行延伸和拓展。