在最近宣布的演示中，Epic 展示了虚幻 5 引擎在 PlayStation 5 上运行的实际性能。这可能是过去一年中最重要、最具影响力的演示，让我们一睹次世代游戏的大致风格。 Unreal 5引擎带来了令人惊叹的细节表现次世代游戏引擎，并完全消除了LOD对模型的影响。 全新引擎拥有激进的几何处理方法和先进的全局照明技术，使其成为真正的下一代游戏引擎。 我们面前的最终结果是前所未有的，但是新的渲染器到底是什么样子的呢？ 他们如何带来这一代的画面表现？ 有没有什么缺点和限制？
在线技术预告片的反应很有趣，观众提出了很多有趣的问题和一些令人困惑的回答。 尤其是主角穿过狭缝的那一幕，让人很迷惑，但当我们说清楚的时候，这显然是一个服务于剧情的决定，并不是为了留出时间加载数据而刻意的设置。 同时，1440p的动态分辨率也让很多人不满意。 我们手头上有20个未压缩的预告片片段，这与传统的像素计算方法不同。 当最终产品看起来如此出色，具有令人难以置信的细节和稳定性（即帧之间没有抖动或闪烁）时，分辨率就变得不那么重要了，就像我们这一代人所做的那样。 正如在增强型主机上看到的那样。 两年前我们曾提到，下一代游戏机不应该与“真正的 4K”概念作斗争。 游戏行业已经不断发展，老实说，GPU 性能应该得到更好的利用，而不仅仅是提高分辨率。 速度。
还进行了一些有趣的讨论。 虚幻5引擎的“每个像素对应一个三角形”技术是在30fps的帧率下进行演示的，所以自然地，人们会好奇在60fps的帧率下画面是什么样子的。 其他人想知道新引擎如何处理动态几何和头发或植被效果。 内存管理也是一个讨论的热点话题，因为在虚幻5引擎的推广中，直接调用游戏中的原生高精度模型是一个焦点，那么这是如何做到的呢？ 这个问题引出了另一个更深入的话题，那就是需要多少存储带宽。 在这方面音效，PS5具有相当大的优势。 那么新的 Lumen 和 Nanite 技术能在多大程度上利用 PS5 惊人的 5.5GB/s 存储带宽呢？ 希望我们很快能了解更多。
Nanite是Unreal 5引擎创新的核心。 新的多边形渲染器在技术演示中带来了前所未有的细节表现。 这种“微多边形”渲染器的概念并不是什么新鲜事，在影视CGI领域已经使用了很多年。 虽然出发点是一样的，但是在游戏中运行的过程却和现有的渲染器不同。
Nanite渲染过程中使用的模型是影视级的次世代游戏引擎，每个模型都有数百万个多边形，但这些高质量的模型不再需要为了游戏渲染而提前降低精度。 在 Nanite 中，高精度模型的几何细节可以根据需要实时调整。 更高的细节不再需要像以前一样预先烘焙到法线贴图中。 Epic Games 团队的主要成员通过回答一些关键问题帮助我们更好地了解这项新技术。
“有了 Nanite，我们不再需要使用法线贴图将高分辨率模型转换为低分辨率； 我们可以直接将高分辨率模型导入引擎中。 虚幻引擎支持虚拟纹理，这意味着我们可以在模型上使用多个 8K 纹理，而不必担心 GPU 过载。”Epic 特别项目艺术总监 Jerome Platteaux 告诉 Digital Foundry。 他提到，每个资源都有一张 8K 贴图作为基色，另一张 8K 贴图用于确定金属度/粗糙度，最后还有一张 8K 贴图作为法线贴图。 但这并不是传统意义上模拟更高层次细节的法线贴图，而是更多地表达模型的表面细节。
“例如，您在寺庙中看到的每个武士雕像都由八个部分组成（头、躯干、手臂、腿等）。每个部分都有一组三个纹理（基色、金属度/粗糙度、法线贴图到表面上有小划痕），所以我们最终为每个武士雕像制作了 8 组 24 8K 纹理，”他补充道。
由于细节与屏幕上的像素数量有关，因此无需处理高精度模型，现有渲染系统中也没有LOD。 同样，理论上不应该出现像 2015 年《星球大战：前线》中的地形那样的“奇怪”效果（让我们面对现实，它今天看起来仍然很漂亮）。 最后，它还能够显示水平延伸和装饰细节，这意味着地面上的每块石头都可以以更自然的方式提高或降低渲染质量。 综上所述，这种微多边形渲染方法极大地改变了模型处理的工作流程。 处理高质量模型基本上不再需要法线贴图。 这可以节省时间、内存甚至渲染请求，但这些都是非常大的模型。 所需的内存开销仍然未知。
Nanite 的另一项强大功能是阴影渲染，这对于创建逼真的效果至关重要。 这也是《使命召唤：现代战争 2019》看起来如此出色的主要原因，毕竟光线追踪生成的阴影比低分辨率的法线贴图阴影要强得多。 运行在PlayStation 5上的Unreal 5引擎使用了一些巧妙的方法来替代基于三角形的硬件加速光线追踪，包括使用这一代游戏中常用的屏幕空间（screen-space）来表达场景细节，然后将其与虚拟化阴影贴图。
“我们对屏幕空间进行了非常快速的采样，以避免稍后可能出现的阴影渲染错误，”Brian Karis 解释道。 “这些通常被称为‘彼得潘宁’，意思是阴影出现在相反的方向，导致部分阴影覆盖物体本身，通常是点或条纹。我们通过过滤来避免这两种情况，包括前面提到的快速过滤屏幕空间跟踪采样和其他一些技巧。”
“但说实话，提高阴影质量最关键的是Virtual Shadow Map。基本上，它是专门针对阴影的Virtual Textures（您可以点击这里了解更多）。Nanite让我们可以在过去我们根本做不到的事情，比如非常高效地为每个像素渲染虚拟阴影贴图，我们为每个像素选择虚拟阴影贴图的分辨率创作人，而这些纹理元素（纹理元素）处于像素级别，所以一般来说，一个纹素对应一个像素，这使得我们的阴影看起来非常锐利。高效的渲染使我们可以使演示中的阴影贴图分辨率达到16K，而以前我们最多只能使用高分辨率贴图。效率非常好，但我们也需要真实可信的阴影，所以我们扩展了之前基于光线追踪的一些降噪方法，让明暗过渡变得非常漂亮。”
Lumen是Unreal 5引擎Demo中的另一项核心技术。 这也是Epic挑战实时渲染领域圣杯之一：实时动态全局光照的答案。 Lumen 本质上是一种非多边形光线追踪解决方案，可在光线照射到表面后反射光线。 因此，在演示中，当阳光照射到物体（例如石头）表面时，引擎将正确渲染阴影。 由于光线四处反射，石头的颜色也会受到影响。 该演示展示了场景实时照明的戏剧性变化。 视频中甚至有一段专门展示了开启和关闭该功能的效果对比。
大多数游戏通过提前计算光照贴图、离线渲染然后通过贴图将其“烘焙”到场景中来模拟全局照明。 一个场景通过这样的操作就会有全局光照效果，但是光源不能移动，光照效果和物体是完全静态的。 灯光效果与游戏场景中物体的表面绑定。 不仅如此，光照贴图仅作用于漫射光照效果。 镜面高光，例如金属、水或其他闪亮物体表面的反射，需要以其他方式处理。 例如立方体贴图或屏幕空间反射。
4A Games 的 Metro: Exodus 提供了一种潜在的解决方案，通过使用硬件加速光线追踪来生成动态全局照明，但与使用 Nvidia RT 核心的其他解决方案一样，硬件开销太大。 Lumen是一种更加轻量级的实时解决方案，利用跟踪技术等手段完成最终的图像渲染。 Lumen 为阳光提供多种间接照明。 在演示中，同样的效果也体现在主角的闪光球上。
“Lumen 使用光线追踪来解决间接照明问题，但它不是三角形光线追踪，”Epic 图形技术总监 Daniel Wright 解释道。 “Lumen 根据场景中预设的参数进行光线追踪计算，因此不需要特殊的光线追踪硬件支持。”
（译注：这一段不是很清楚，原文如下，Lumen依据由带符号的距离场、体素和高度场组成的场景表示来追踪光线。因此，它不需要特殊的光线追踪硬件。）
为了实现真正的全动态实时全局照明，Lumen具有特殊的分层架构。 “Lumen 使用一系列技术来有效地执行光线追踪计算，”Wright 继续说道。 “屏幕空间跟踪处理细节，网格距离场处理中等规模的光变换，最后体素处理大规模光变换。”
为了保持性能，团队还使用了另一项关键技术——时间累积，它可以反映每一帧中光线的反射。 例如，在视频演示开始时，如果仔细观察光线的移动，您会发现反射光在移动时与直射光源相比有点滞后。 开发者提到了“无限反射”的概念，本质上是将这些反射光的反射打成一个循环。 这可以使场景中出现大量的光线反射，但是当光线快速移动时会有一点延迟。
Lumen的表现令人惊叹，最终视频的质量代表了Lumen和Nanite的实力。 我们对这次技术演示的可信度也非常满意。 虽然很难相信我们眼前所发生的事情，但当您开始揭开新技术演示的层层时，您将更清楚地了解 Epic 是如何做的。
该公司从一开始就对所有技术细节公开透明。 它没有进行任何“发动机内”演示。 它直接展示了真实发动机的性能，并坦诚地讲述了新发动机的技术限制和性能。 毕竟，对于一家致力于为游戏开发商提供最好的引擎和开发工具的公司来说，这是展示全新的下一代游戏引擎的最佳方式。
因为虚幻引擎是面向所有游戏开发者的游戏引擎，所以Epic没有必要遮遮掩掩。 毕竟这些功能最终都会向所有开发者开放。 那么这些新技术有哪些局限性呢？ 如果有的话，我们会在新引擎正式推出时了解限制是什么。 让我们回顾一下Unreal系列引擎的本质：它是一个通用游戏引擎，旨在让开发者可以制作任何游戏。 新的下一代渲染器肯定会搭配新的易于使用的套件，以帮助开发者更好地使用新小工具，否则 Epic 将搬起石头砸自己的脚。 尽管如此，正如我们之前提到的，从这一代的游戏建模工作流程切换到新的下一代将是一个相当大的变化。
当然，我们还需要再等六个月才能拿到新的游戏主机，而虚幻 5 引擎要到 2021 年初才会正式推出。这个时间点意味着 Epic 还有很多工作要做，但 Brian Karis表示有关Lumen和Nanite的更多细节将在不久的将来公布，我们已经等不及了。
