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第15章：虚幻引擎集成与实时渲染

Haiyue2025/9/1大约 7 分钟aws

第15章：虚幻引擎集成与实时渲染

学习目标

  1. 理解实时渲染与离线渲染的区别
  2. 掌握模型导出和优化技术
  3. 学会Blender到UE的工作流程
  4. 理解LOD（细节层次）系统
  5. 掌握实时光照和材质调整

15.1 实时渲染基础

实时渲染概念

  • 实时渲染：每秒渲染30-120帧的交互式渲染
  • 光栅化渲染：基于GPU的快速几何处理
  • 延迟渲染：分离几何和光照计算
  • 前向渲染：传统的渲染管线

离线vs实时渲染

离线渲染（Cycles）：
- 路径追踪算法
- 物理准确性
- 无时间限制
- 高质量输出

实时渲染（游戏引擎）：
- 光栅化+技巧
- 性能优先
- 固定时间预算
- 交互式体验

实时渲染限制

  1. 多边形预算：场景总面数限制
  2. 纹理内存：贴图大小和数量限制
  3. 光源数量：动态光源数量限制
  4. 绘制调用：批次渲染优化

15.2 模型导出准备

几何体优化

  1. 拓扑清理：

    - 删除重复顶点
- 合并共面
- 移除内部几何体
- 确保法线正确

  2. 面数优化：

    - 使用Decimate修改器
- 保持轮廓重要边
- 平面区域简化
- 细节保留策略

  3. UV展开：

    - 单个UV集合
- 充分利用UV空间
- 避免拉伸变形
- 缝合线隐藏在不明显处

材质准备

PBR材质标准：
- Base Color: 漫反射颜色（RGB）
- Normal: 法线贴图（切线空间）
- Roughness: 粗糙度（灰度）
- Metallic: 金属度（灰度）
- Ambient Occlusion: 环境遮蔽（可选）
- Height/Displacement: 高度信息（可选）

纹理优化

纹理规格：
- 分辨率: 2的幂次方（512, 1024, 2048）
- 格式: DXT/BC压缩格式
- Mipmap: 生成多级渐远纹理
- 通道打包: 合并单通道贴图

15.3 导出设置

FBX导出设置

文件 → 导出 → FBX (.fbx)

几何体:
- Apply Modifiers: 应用修改器
- Smoothing: Face（面平滑）
- Export Subdivided Mesh: 导出细分网格

材质:
- Path Mode: Copy（复制贴图文件）
- Embed Textures: 嵌入纹理（可选）

动画:
- Export Animations: 导出动画
- Key All Bones: 所有骨骼关键帧
- NLA Strips: NLA动画条
- Force Start/End Keying: 强制首尾关键帧

glTF导出（推荐）

文件 → 导出 → glTF 2.0 (.glb/.gltf)

优势:
- 开放标准格式
- 完整PBR支持
- 动画和骨骼支持
- 压缩效果好
- 元数据支持

设置:
- Format: Binary (.glb) 或 Separate (.gltf)
- Include: Selected Objects
- Transform: +Y Up
- Materials: Export materials
- Compression: Draco（可选）

USD导出（新标准）

Pixar USD格式：
- 场景描述语言
- 分层合成
- 变体系统
- 时间采样
- 跨软件标准

15.4 虚幻引擎导入

UE项目设置

项目创建：
- Template: Third Person 或 Blank
- Target Hardware: Desktop/Console
- Graphics: Maximum Quality
- Starter Content: 包含基础资源

导入流程

  1. 内容浏览器导入：

    - 拖拽FBX/glTF文件
- Import Options对话框
- Mesh → Auto Generate Collision
- Material → Create Material
- Texture → Import Textures

  2. FBX导入设置：

    Mesh:
- Import Mesh: 导入网格
- Generate Lightmap UVs: 生成光照贴图UV
- Normal Import Method: Import Normals

Material:
- Import Materials: 导入材质
- Import Textures: 导入纹理
- Material Search Location: 材质搜索位置

骨骼和动画导入

Skeleton:
- Import Mesh: 导入骨骼网格
- Update Skeleton Reference Pose: 更新参考姿势
- Use T0 As Ref Pose: 使用T0作为参考

Animation:
- Import Bone Tracks: 导入骨骼轨道
- Import Custom Attribute: 导入自定义属性
- Delete Existing Morph Target Curves: 删除现有形态目标曲线

15.5 LOD系统

LOD概念

  • Level of Detail：根据距离显示不同精度的模型
  • 性能优化：远距离使用低面数模型
  • 平滑过渡：避免LOD切换时的突兀感

在Blender中准备LOD

# LOD生成脚本
import bpy

def generate_lod_levels(obj_name, ratios=[1.0, 0.5, 0.25, 0.125]):
    source_obj = bpy.data.objects[obj_name]
    
    for i, ratio in enumerate(ratios):
        # 复制源对象
        new_obj = source_obj.copy()
        new_obj.data = source_obj.data.copy()
        new_obj.name = f"{obj_name}_LOD{i}"
        
        # 添加到场景
        bpy.context.collection.objects.link(new_obj)
        
        if i > 0:  # LOD0是原始模型
            # 添加Decimate修改器
            decimate = new_obj.modifiers.new(name="Decimate", type='DECIMATE')
            decimate.ratio = ratio
            
            # 应用修改器
            bpy.context.view_layer.objects.active = new_obj
            bpy.ops.object.modifier_apply(modifier="Decimate")

UE中的LOD设置

静态网格编辑器 → LOD Settings:
- Auto Generate LODs: 自动生成
- LOD Group: LOD组设置
- Reduction Settings: 简化设置
  - Percent Triangles: 三角形百分比
  - Max Deviation: 最大偏差
  - Welding Threshold: 焊接阈值
  - Hard Edge Angle: 硬边角度

15.6 材质转换

PBR材质映射

Blender → UE4 映射:
- Base Color → Base Color
- Roughness → Roughness
- Metallic → Metallic
- Normal → Normal
- Alpha → Opacity
- Emission → Emissive Color

材质实例

UE材质系统:
- Master Material: 主材质模板
- Material Instance: 材质实例（参数化）
- Material Functions: 材质函数（可复用）
- Material Parameter Collections: 全局参数集合

纹理采样优化

纹理设置:
- Compression Settings: 压缩设置
  - BC1 (DXT1): 无Alpha的漫反射
  - BC3 (DXT5): 有Alpha的漫反射
  - BC5 (3Dc): 法线贴图
  - BC7: 高质量压缩
- Generate Mipmaps: 生成Mipmap
- sRGB: 颜色空间设置（漫反射启用）

15.7 光照设置

实时光照类型

  1. Directional Light（方向光）：

    特点:
- 模拟太阳光
- 平行光线
- 影响整个场景
- 支持级联阴影

  2. Point Light（点光源）：

    特点:
- 从点向四周发光
- 有衰减范围
- 动态阴影可选
- 适合局部照明

  3. Spot Light（聚光灯）：

    特点:
- 锥形光束
- Inner/Outer Cone角度
- 光源纹理投影
- 戏剧性照明

全局光照

World Settings → Lightmass:
- Force No Precomputed Lighting: 强制动态
- Static Lighting Level Scale: 静态光照缩放
- Num Indirect Lighting Bounces: 间接光反弹次数
- Indirect Lighting Quality: 间接光质量
- Indirect Lighting Smoothness: 间接光平滑度

光照烘焙

静态光照烘焙:
1. 设置光源为Static
2. 网格设置Lightmap Resolution
3. Build → Lighting Quality → Production
4. 等待Lightmass计算完成

优势:
- 高质量全局光照
- 性能消耗低
- 支持复杂光影效果

限制:
- 无法动态改变
- 需要重新烘焙
- 占用额外存储空间

15.8 动画和绑定

骨骼网格导入

骨骼导入选项:
- Skeleton: 选择现有骨骼或创建新的
- Update Skeleton Reference Pose: 更新参考姿势
- Use T0 As Ref Pose: 使用T0姿势
- Preserve Smoothing Groups: 保持平滑组

动画蓝图

Animation Blueprint:
- State Machine: 状态机
- Blend Space: 混合空间
- Animation Graph: 动画图表
- Event Graph: 事件图表

常用节点:
- Play Animation: 播放动画
- Blend Poses: 混合姿势
- Apply Additive: 应用附加动画

动画重定向

Animation Retargeting:
- Skeleton: 共享相同骨骼结构
- Rig: 使用中间绑定进行重定向
- Base Poses: 设置基础姿势匹配

步骤:
1. 设置Rig Asset
2. 配置骨骼映射
3. 调整基础姿势
4. 重定向动画资源

15.9 性能优化

渲染优化

性能分析工具:
- Stat FPS: 显示帧率
- Stat RHI: 渲染硬件接口统计
- Stat SceneRendering: 场景渲染统计
- ProfileGPU: GPU性能分析

LOD优化

自动LOD设置:
- LOD0: 100% 三角形（0-50米）
- LOD1: 50% 三角形（50-100米）
- LOD2: 25% 三角形（100-200米）
- LOD3: 12.5% 三角形（200米+）

批处理优化

Static Batching:
- 相同材质的静态物体
- 合并DrawCall
- 减少CPU开销

Dynamic Batching:
- 动态物体批处理
- 小型网格优化
- 实时合并

15.10 实际案例

案例1：建筑可视化

工作流程:
1. Blender建筑建模
2. UV展开和纹理制作
3. LOD层级创建
4. FBX导出设置
5. UE导入和材质调整
6. 光照烘焙设置
7. 后期效果调整

案例2：角色集成

技术要点:
- 角色建模和绑定
- 动画制作和导出
- 材质PBR转换
- 骨骼重定向
- 动画状态机
- LOD设置

案例3：场景优化

优化策略:
- Culling Distance设置
- LOD自动切换
- 光照图分辨率优化
- 纹理流送设置
- 几何体合并

实践练习

  1. 创建完整的资产导出流程
  2. 制作多LOD级别的模型
  3. 设置PBR材质转换
  4. 配置动态光照系统
  5. 优化场景渲染性能

关键要点

  • 实时渲染需要在质量和性能间取得平衡
  • 合适的拓扑结构对实时渲染至关重要
  • LOD系统是性能优化的核心技术
  • PBR材质工作流程提供一致的视觉效果
  • 光照烘焙可以获得高质量的静态光照
  • 性能分析和优化是实时渲染的重要环节

下一章预告

下一章将学习VR/AR内容制作，探索沉浸式体验的设计和技术实现。

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