遊戲場景比電影大片更真實——《虛幻5》引擎的未來之戰

2021-02-07 任易

遊戲比電影更接近真實的時代到來了


5月14日,EPIC發布了虛幻5引擎,並放出了一段牛掰到炸裂的Demo,怎麼說呢,表現力上完全超越了我的想像,人類距離數字空間漫遊、線上旅遊、身臨其境、腦機接口又近了一步。

你能想像,遊戲實時計算的畫質,簡直比BBC的紀錄片還要精美麼?我想像不到,但《虛幻5》引擎做到了。

你能想像,我們有可能分不清楚虛幻與現實麼?我想像不到,但《虛幻5》引擎做到了。

你能想像,這是一張遊戲實時生成的巖石,而不是一張實景照片麼?我想像不到,但《虛幻5》引擎做到了。

你能想像,這樣宏偉的建築,是在遊戲中而不是用現場搭建而成的麼?

2017年拍攝《貓妖傳》的時候,陳凱歌可是真真正正搭建了一座唐城,但現在有了《虛幻5》引擎,真的有可能做到在虛擬空間中進行拍攝了,我們有可能在虛擬空間中再現輝煌的長安。

這是遊戲

這是電影

你能想像,我們以後有可能在遊戲中重溫秦始皇陵和兵馬俑的震撼麼?而且是身臨其境的感受,可以四處漫步,查看每個細節?這張是視頻截圖,放了幾百個塑像,在不同的光影下,美得讓人心醉。

有這樣的技術,在虛擬空間複製一個始皇陵兵馬俑,不再是不可實現的事吧?

2008年,我剛剛加入IBM,那一年IBM跟故宮一起合作,製作了一個《跨越時空的紫禁城》,用戶上線之後,可以以太監的身份(笑哭,其實還有別的,我選的太監)進入紫禁城閒逛,但那時做出的效果是這樣的,這粗獷的線條讓人想哭,這可不是我夢想中的紫禁城。

2019年,巴黎聖母院起火損毀,之後,刺客信條限免,因為玩家可以在遊戲裡在巴黎聖母院裡爬上爬下,人類文明的瑰寶在玩家的屏幕上層層打開——此處致敬《後浪》。


有了虛幻5之後呢?我們能否有朝一日帶著VR頭盔,在萬向步跑步機上飽覽虛擬世界裡的巴黎聖母院?

看看這神奇的光影,在虛幻5引擎的實時追光技術,不同的光照和反射,會給整個建築增色多少?

把時鐘再撥回2009年那個充滿希望的年代;新中國建國六十周年,高考擴招已經實行九年,但誰也沒想到短短十一年,時過境遷,科技巨變。

十年前,中國動漫產業基地在無錫、常州等城市剛開始落地,國家開始大力補貼發展動漫產業,每播出1分鐘國產動畫,創作方就能得到政府1000元的補貼,於是2010年就出了部足矣載入史冊、總投資2100萬的《雷鋒的故事》,人物造型全是簡單的多邊形,完全沒有沒有毛髮陰影的人物形象,屬於最基本的3D設計,近似於學生作品,不值一哂。

2019年,劉慈欣的《流浪地球》被改編成電影,雖然拍攝成本較低,特效成本只有1億,但震撼的情節和精美的特效,讓看慣了光滑3D的國人驚喜不已,《流浪地球》有望成為中國有史以來最高票房,直接提高了人民群眾的欣賞水平。 

《流浪地球》中的行星發動機一角。

當我們將2010年《雷鋒的故事》中橢圓形的雷鋒頭像與2019年《流浪地球》中無比精細的行星發動機進行對比,看見傳統只能出現在美國大片中的陰影、細節、外觀、表面建模、修飾等特效終於出現在國產電影中,會不會有今非昔比的感覺?


那麼當我們將《流浪地球》中的特效跟基於《虛幻5》引擎生成的實時場景進行對比,我們真的能分得出孰優孰劣麼?會不會有一天,我們的電影可以在《虛幻5》引擎中拍攝?


我們現在是怎麼在數字空間還原真實世界的?這要用到雷射掃描儀。雷射掃描儀不斷向外發射雷射,通過計算雷射反射回來的時間差,計算得到該點與掃描儀間的距離。

雷射掃描儀旋轉一圈後,可以計算出周邊一切物體表面與掃描儀之間的距離,生成點雲文件。再將雷射掃描儀拍攝的全景照片,與點雲文件進行整合,實現像素和點的位置的一一對應,得到帶有色彩信息的點雲文件。


在有了《虛幻5》引擎之後,我們只要能把這個點雲文件導入引擎,理論上就已經能夠構建一個跟真實場景一模一樣的虛擬場景了。數字孿生的夢想,離現實越來越近了。未來,電影真的可能用虛幻引擎來拍攝了。


這有什麼價值?

時間、成本和想像力。

因為無論做動漫,特別是3D動漫,以及特效,都是用maya、3D Marks等軟體進行設計的,而3D動漫渲染非常消耗算力(伺服器CPU和內存資源),所以等到設計完成,就需要消耗大量時間進行渲染。 

目前在遊戲開發中,製作完成3DMAX模型後, 美術人員需要製作低精度版本, 烘培靜態光照貼圖,渲染光影特效和粒子效果,但為了保證遊戲的可玩性,如果在遊戲實測中發現模型面數太多, 性能內存佔用太高, 就需要反覆降低多邊形數量, 混用靜態光照圖和實時光影, 以便於達到性能和畫面質量的折衷,這也是為什麼3A大作的成本極高的原因——一大筆錢花在了優化上。


但是有了《虛幻5》引擎,可能不再需要這冗長的流程,模型做完 (或者用雷射掃描儀掃描完),直接導入引擎就好,模型面數量的優化,開發者完全不用關心,那麼遊戲大作的生產時間會不會大幅縮短?


如果把這個具有超高模型解析度和實時全局光照功能的引擎用在電影拍攝上,直接把模型導入引擎,再用動作捕捉和表情捕捉技術製作高質量的人物角色,我們是不是可以在虛擬空間內進行拍攝了!


不好意思我有點俗,第一時間想到的應用場景是長城裸照和故宮裸照,還有乾清宮VR.avi,我有罪……


而且用這個引擎拍電影的話,最牛逼的點在於渲染啊!以《流浪地球》為例,片長138分鐘,每分鐘60秒,每秒鐘24幀,等於一共是19.9萬幀,如果用單臺4顆CPU16G內存的家用電腦進行渲染的話,平均每幀需要2500分鐘,也就是一臺電腦需要用1.7天完成一幀的渲染,整部電影的渲染時間,達到5億分鐘,833.3萬小時,34.7萬天——將近一千年,只能等我的後輩燒給我看了……


比如《流浪地球》中的洪水場景,所有動畫、陰影、燈光索具/皮膚系統、硬表面建模、外觀、修飾、頭髮模擬,都需要逐幀渲染,這些都需要特效藝術家在軟體上創作,繼而消耗大量算力進行渲染的。


幸好人類有性能更好的伺服器集群,配置24顆CPU,128G內存,還可以把不同幀的渲染工作交給不同的伺服器,所以特效團隊將這些用於渲染的伺服器集群稱為「渲染農場(RenderFarm)」, 


《流浪地球》跟《雷鋒的故事》不同的,是每一個細節都非常精細,令人有身臨其境之感。大家還記得《瘋狂動物城》中,那些纖毫畢現的動物毛髮?那時我們認為中國電影特效工業跟國外差了十幾年;到今天中國電影的特效水平與國外的差距,已經縮短到5年之內,並且仍在快速追趕中。而有了這個引擎,我們的差距會不會進一步縮小,實現彎道超車?

洪水中的遠景

上圖中翻倒的運載車,還有CN171-11救援隊

《流浪地球》的渲染農場有多大?著名特效公司MacroGraph(也做了紅海行動的特效)承擔了《流浪地球》中約500個特效鏡頭的工作,主場景包括了引言、濟寧補給站、遇見王磊、上海中心、洪水、馬尼拉補給站六個場次,請注意,上述場景並不包括蘇拉威西地球發動機。


對於《流浪地球》這個項目,MacroGraph公司也投入了超過300臺伺服器的渲染農場,僅伺服器成本一項就超過5000萬,更不要說高昂的電費。所以流浪地球在渲染的時候,是租用了雲計算公司上千臺伺服器進行渲染的,所以大家明白騰訊提前布局雲計算的意義所在了吧?


公有雲可以讓MacroGraph自行在平臺上租用雲伺服器,確定數量,選擇好要安裝的系統鏡像,5分鐘就能完成雲伺服器的部署,並且馬上就能夠投入《流浪地球》的渲染。雲伺服器按分鐘付費,使用完後就能立即結束租用,不再需要額外費一點心。這些,都保證了《流浪地球》的特效渲染工期,也算是我們IT人為中國電影事業做出的一點點工作。


但是《虛幻5》引擎,是能夠在一臺PS5遊戲主機上運行的,一臺,請注意,一臺。所以幸好大家沒買PS4啊!直接入手PS5才對啊!!!

數字孿生

網易遊戲去年在《逆水寒》中做了一件很酷的事:數字孿生體+線上虛擬城市


《逆水寒》和貴州雷山縣開展扶貧合作,搞了一場文旅消費扶貧實踐。《逆水寒》用數字孿生的思路,把雷山的「西江千戶苗寨」景區在遊戲中進行復刻,把貴州深山的苗寨,用逆水寒的遊戲引擎,在遊戲中搭建了全景還原的線上苗寨,比當年的虛擬紫禁城效果更好更真實。

這是線上的苗寨舞蹈

這是逆水寒玩家小姐姐實地打卡的苗寨舞蹈

這是實景苗寨

這是遊戲中的青天寨

是不是非常相似了?玩家可以在線上感受民族風情,還可以在線上直接購買虛擬物品和農產品,比如雷山原產的苗族服裝、銀飾、農產品,真實的商品就能配送到你家裡了!


但是《虛幻5》的引擎,生成的效果,要比網易遊戲復刻的苗寨更逼真,更接近數字孿生。


我們做工業數位化轉型中,有一大塊工作就是3維工廠、3維管線、數字孿生的工作,可以實現全景的縮放,還有真人在裡面的漫遊,還能拿來做操作培訓,還要做應急演練。


如果《虛幻5》引擎能夠用在這個上面,並且跟現實世界中的車流、人流、信號燈相結合,直接搭建一個線上的城市或工廠,就像上面這樣,你說對城市管理和工業生產有沒有幫助?


再說一個,基於5G傳輸的超實景VR/AR,有沒有可能實現?當然有。現在5G的傳輸速度可以達到300M/s,這樣就足矣傳輸4K甚至8K的視頻信號,那麼在雲計算的幫助下,所有渲染和聯動放在雲端,把實時渲染的高解析度視頻傳到我們的VR眼鏡上,我們是不是同樣能身臨其境參加比賽和演唱會了?


那會不會比Travis Scott x 堡壘之夜演唱會更加酷炫?(在遊戲堡壘之夜中,Travis Scott召開了一場演唱會,2億玩家同時跳舞參與,酷炫不?B站有,搜索「Travis Scott x 堡壘之夜演唱會」即可

當遊戲與城市、工業、文化、扶貧產生了聯結,遊戲變成工具和媒介,連接線上線下的橋梁。越來越多真實的世界將關聯到虛擬世界,你說未來是不是無比美好??我挺期待穿上李白的戰袍,進入王者峽谷打上一場比賽,順便跟露娜面基一下的。


誰能想到,隨著晶片和內存的發展,工業界應用需求的提升,原來在SIGGRAPH上的研究熱點,實時渲染(Nanite)和動態實時光照技術,第一個落地之處,竟然是遊戲行業。因為遊戲行業徹底復現了人們的想像力。


這是一場未來之戰,未來就在門後。

跟理工男一起直指真相。感謝大家關注我的公眾號「任易」,我是南開本科,清華碩士,12年工齡,在IBM做過銷售,在地鐵公司管過項目施工,在石油公司做過項目經理、售前顧問,現在在鵝廠做雲計算,所以對銷售、施工、人力、組織、項目、造價、IT都比較熟,所以對這些線索會非常敏感。

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