张司钰
使用虚幻引擎4制作的《柯娜：精神之桥》（图片／由Ember Lab提供）。
人类自创造电子游戏以来，一直追求沉浸式的游戏体验和更逼真的视觉效果。如今，依赖先进的游戏开发工具，無论是雄伟的城堡还是神秘的远古遗迹，甚至夕阳晚霞、狂风骤雨都可以即刻出现在眼前。
1991年，Tim Sweeney创立Epic Games，几年后，他以帮助开发者提供一个灵活、高效和可定制的游戏开发平台为目的，带领团队开发了第一代虚幻引擎。虚幻引擎的诞生标志着游戏开发进入了一个全新时代—因为采用了并行计算和GPU（图形处理器）加速技术，使游戏制作流程极大程度简化，以较低成本开发高品质游戏也成为可能。
随着技术进步，虚幻引擎也在不断迭代。在今年5月新推出的虚幻引擎5.2版本中，除功能改进和稳定性改良，新版本还增加了一种名为Substrate的创作工具，它可以修改游戏中现有的材质系统，模拟多层材质，甚至可以在同一表面上模拟—比如，你可以在眨眼间让一辆墨绿色的吉普车外壳“贴满”炫酷的珠光碎片，或是让枯朽的树木焕发生机，就像一位魔法师一样。自此，影片制作者拥有更多的创意控制权。
虚幻引擎宛如一台时间机器，将我们从模糊的过去带到细致入微的未来。如今，游戏中的角色已从曾经的像素方块变成栩栩如生的人物，甚至每一根头发、每一丝皱纹都格外逼真。当我们在游戏的开放世界中探索时，眼前的树林阴翳、彩霞满天更像是摄影大师的杰作。或许到了未来，当戴上VR眼镜置身游戏世界，我们都能和故事里的主人公共情共感。
什么是真实？什么是虚幻？这个世界的数字化程度会有多高？自然与人工的界限又在哪里？这些疑问暂时没有标准答案。不过，当20年前《黑客帝国》电影中的图像通过游戏引擎以实时、互动的方式再现，2021年年底发布的《黑客帝国觉醒：虚幻引擎5体验》又复刻了《黑客帝国》电影中的世界后，我们都能意识到，游戏开发与影视创作的时代，的确已经不同了。
进化之路
在谈论虚幻引擎带来的革命性突破前，我们首先需要了解什么是游戏引擎。
游戏引擎对于游戏，就像发动机之于汽车，负责控制和协调游戏的各项功能，一个完善的游戏引擎需要涵盖建模、动画、光影、粒子特效等方面的工具，同时还需要具备文件管理、网络特性、专业编辑工具和插件等功能。
想象一下，当你玩一款角色扮演游戏时，游戏角色在潜行过程中踩着树叶，发出沙沙的响声，周围的草丛随风摇动，抬头望向远处，山峦在夕阳中散发着橙黄色的光影。从绚丽的图景到逼真的物理动效，从交互式玩法到多样的音效、剧情、关卡设计、美工效果、音乐，玩家与游戏角色的每一次互动、看到的每一帧画面都与游戏引擎有关。
在3D游戏开发中，制作引擎往往需要耗费大量时间。为了节约成本、缩短开发周期和降低风险，越来越多的开发者选择使用现成的第三方引擎来制作自己的游戏。一旦游戏的框架（即引擎）搭建完成，关卡设计师、建模师和动画师等只需将内容填充进去即可。
因此，相较于花费大量时间和精力在引擎开发上，游戏开发者可以更专注于游戏的内容和创意。游戏制作团队Epic Games开发的第三方游戏引擎虚幻引擎，由此成为游戏和影视剧制作中的“常客”。
第一代虚幻引擎推出时，玩家还只是惊叹于游戏人物的皮肤纹理和面部表情竟如此逼真，但随着技术的不断进步，随后推出的虚幻引擎2、虚幻引擎3不仅使角色变得栩栩如生，环境也变得真实可感。玩家可以看到树叶随风摇晃、水滴落在湖面一圈圈晕开，能在玻璃窗上看到自己的倒影，甚至听出在沙地、水泥地等不同地面上行走时脚步声的差别。游戏世界与现实世界的边界正变得越来越模糊不清。
2012年，虚幻引擎4的发布为开发者们打开了全新的大门。不同于前三代旨在最大程度“还原现实”，第四代是一个彻底重写的版本，使“超越现实”成为可能。在音效的加持下，玩家可以在游戏中亲眼目睹建筑物倒塌、火焰熊熊燃烧，甚至感受到角色的情绪与心跳。
虚幻引擎发展历史
数据来源：根据公开资料整理 注：不依赖外部程序包的虚幻引擎5.2已于2023年5月发布。
刚接触虚幻引擎4时，朝垣科技工作室的3D视觉设计师子玠就感到惊艳，当时，她需要为一个直播间设计敦煌主题的虚拟背景，由于敦煌主题已有的素材在游戏中难以跨平台迁移，她便想到用虚幻引擎4复现游戏中的场景与特效。令她惊讶的是，游戏中的场景已经能通过虚幻引擎4在直播间完整还原—主播与观众互动时，敦煌莫高窟的九色鹿会出现在主播的背后，《鹿王本生图》的彩绘近在咫尺。
与第四代相比，虚幻引擎5有了更进一步的突破，其Nanite虚拟几何体系统与Lumen全局光照和反射系统可以更好地处理高细节模型，创建更逼真的场景。
其中，Nanite支持导入和渲染上亿三角形的高精细度模型，同时保持高帧率，从而提高了虚幻引擎5处理高密集模型的能力。比如此前，物体碰撞时只会简单地反弹或者停止运动。而在虚幻引擎5中，物体或角色碰撞后会发生更加复杂的相互作用，比如弹跳、滑动、旋转等等。这样一来，游戏中的物体行为更加真实；
Lumen则可通过计算光线与几何体的交互数据，生成更逼真的软阴影、彩虹反射等效果，光照设计工作变得更加简单直观—设计师不需要手工设置光照贴图，也无需预先计算光照信息。
当画面能自动生成时
随着这款开发工具的不断迭代，子玠的工作已经有些离不开它，更何况第五代虚幻引擎已经具备自动生成人物角色的功能—今年3月，Epic Games发布的虚幻引擎5新应用MetaHuman Animator可以快速模拟真人面部动 作。
在Epic Games的演示中，一位女演员拿着iPhone，对着前置摄像头讲述了一段约10秒钟的台词，短短2分钟之后，虚幻引擎5就以极高的精确度将这段讲话视频还原到了建模的人脸上，呈现出了演员在讲话时面部的每一处细节。
与MetaHuman Animator相似，虚幻引擎原先有一个功能叫Live Link Face，这是一个实时的面部捕捉和动画传输系统，开发者可以使用摄像头或深度传感器等设备实时捕捉、处理演员的面部表情，并通过分析将其转化为数值化的数据，在虚拟角色中呈现。
此前，Live Link Face只能通过iPhone捕捉到大致的脸部肌肉控制；
现在，从嘴唇的动作到眼神的变化，从面部肌肉的微小运动到光影的反射，虚幻引擎5已经可以在配合声音的同时高度还原。“3D动画和游戏都要变天了”，一位开发者看了MetaHuman Animator的演示后表示。
此外，2020年虚幻引擎5发布时，就具备了一个与生成式AI技术关联紧密的功能，可以更加准确地模拟物体之间的碰撞和摩擦力。比如，当一个球撞向一个方块时，在之前的版本中，方块会像石头一样滑动或停止运动。而在虚幻引擎5中，方块会像真实世界中一样被球推动或者旋转。而其最新的Epics MetaHumanCreator功能采用的AI技術，支持开发者通过调整参数定制人物的外貌、特征、动作，即通俗意义上的“捏 脸”。
虚幻引擎5中的新技术
子玠很快将虚幻引擎5应用在了她的个人作品《想得美》中。这个作品源自一句诗“气岸遥凌豪士前，风流肯落他人后”，讲述一个青年在梦中找到传送门穿越时空，年少高楼醉卧，年老陋室安坐，最终再次找到传送门回归现实的故事。在MetaHuman Creator的帮助下，子玠不需要建模生成毛发、绘制贴图就可以快速生成主人公的人物模型，在软阴影、全局光照、高精细渲染的辅助下，主人公的皮肤、眼睛、毛发格外逼真。
不过，Epics MetaHuman Creator也存在缺陷。一方面，这款工具生成的人物角色相对统一，虽然设计师可以自定义人物模型的特征，但总体来看，不同人物之间的差异度还不够，亚洲人的脸也不太符合东方审美，在生成发型的选择上，其真实度也有改进的空间。另一方面，模型与表情虽然逼真，但动作仍然僵硬，在面部控制的时候，人物的嘴很明显无法闭合—这些问题不知在下一代版本中能否解决。
但无论如何，虚幻引擎正改变以动漫为首的很多行业。如今，近一半的游戏都在通过虚幻引擎制作，诸如《曼达洛人》等影视剧以及洛天依之类的虚拟偶像中也应用了这一技术。而ChatGPT的流行，也让它和虚幻引擎的结合成为当下一个最新研究方向，即通过AI算法，让虚拟世界中的人物角色间的对话更加真实和自然。就在今年5月底，国外一位开发者还利用虚幻引擎5.1、ChatGPT和Google地图制作了一个虚拟空间传送系统，用户可以通过输入地点等信息实现空间穿梭，俯瞰全球各地的美景，感受不同地理位置的建筑风格和地貌变化—正如同哆啦A梦的“任意门”。
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