Возможности игрового движка Unreal Engine

Приветствую, друзья, с Вами Будуев Антон. В данной статье мы разберём основные возможности игрового движка Unreal Engine (UE4, UE5), рассмотрев его основные функциональные модули. В общем, обсудим, чем хорош Анрил.

Вскоре выйдет моя бесплатная книга по Blueprints для Unreal Engine в PDF формате. Как она выйдет, рекомендую её скачать, чтобы Вы детально изучили блюпринты Анрил Энджин.

Возможности Unreal Engine

В игровом движке Unreal Engine огромное количество встроенных модулей и дополнительных плагинов. Они дают разработчику большие возможности, позволяя воплотить в виртуальном мире абсолютно всё, что ему задумается. Физика, создание реалистичных персонажей, анимация движений у любых объектов (доходя до каждой травинки), игровые механики, звук, окружение и многое другое. Визуализация всего этого с огромной скоростью, о которой только можно мечтать. Ведь философия Анрил Энджин — это творческая свобода, расширение границ инноваций. Чтобы только Вы, а не игровой движок могли определять границы возможного.

Давайте разберем возможности Unreal Engine и его модулей подробнее.

World Building: возможности построения игрового мира в UE4, UE5

В Анрил Энджин имеется множество модулей и инструментов «из коробки» для моделирования, создания и редактирования огромных, реалистичных и быстродействующих игровых миров:

• Unreal Editor (редактор Анрил). Это интегрированная среда разработки игровых уровней и контента, которую можно использовать в любой операционной системе (Windows, MacOS, Linux). Для дизайнеров и художников в редакторе имеется поддержка многопользовательского редактирования контента. А программисты могут работать над одним и тем же проектом, одновременно внося изменения в код.

• Modeling Mode (моделирование, UVS и выпечка в UE5). Данный режим содержит обширные инструменты для моделирования: операции разбиения, динамическое моделирование, сценарии для геометрии, работа с UV-изображениями, обработка текстур, перенос атрибутов сетки и прочее.

• Landscape Mode (инструменты для создания ландшафта и рельефа местности). Модуль в Unreal Engine для создания масштабных открытых миров с ландшафтами, полями, долинами, горами и даже пещерами. Он позволяет редактировать ландшафты с помощью слоев и пользовательских кистей в Blueprint. А также адаптировать их на основе других элементов.

• Foliage Mode (масштабируемая растительность). Движок позволяет процедурно, на автомате покрывать огромные пространства различными видами растительности (травами и цветами), камнями или другой сеткой по вашему выбору. Создавать обширные леса, заполненные множеством различных видов деревьев и кустарников с имитацией роста леса с годами.

• World Partition (разделение мира). Модуль ускоряет и упрощает создание больших открытых миров. На автомате разделяя весь мир на сетку, выделяя только необходимые ячейки. С помощью него разработчики могут одновременно редактировать одну и ту же часть игрового мира. Нисколько не мешая друг другу. Также в World Partition представлены слои данных, которые позволяют создавать различные вариации одного и того же мира в виде слоев, параллельно существующих в одном и том же игровом пространстве.

• Procedural Content Generation framework (фреймворк процедурной генерации контента).  Фреймворк PCG позволяет автоматически по заданным правилам и параметрам генерировать ресурсы Unreal Engine для заполнения больших игровых миров. С возможностью реакции генерации на изменения геометрии или игрового процесса.

• Asset optimization (оптимизация ресурсов). Анрил позволяет автоматически повышать производительность игр путем подготовки и оптимизации сложных моделей, автоматической генерации LOD (уровней детализации). А также объединения нескольких сеток и их материалов в единую сетку и единый материал, требующих гораздо меньших ресурсов в объединенном состоянии.

• Sky, cloud, environment lighting (освещение неба, облаков и окружающей среды). Компонент UE5, позволяющий создавать реалистичные или стилизованные облака, небо и другие атмосферные эффекты. С полной художественной свободой, в соответствии с текущим временем суток в реалтайме.

• Water system (система воды). Встроенная в движок система генерации воды и водных объектов: океаны, озера, реки и острова. Симуляция реалистичного взаимодействия разных игровых объектов с жидкостями (рябь, брызги, течение и прочее).

Персонажи и анимация в Анрил Энджин

• Animation Blueprints (анимационные блюпринты). Специализированный вид блюпринтов в Анрил Энджин. Используется для управления сложным поведением анимации персонажей путем покадрового контроля каждой кости скелета в пространстве. А также смешивания различных анимаций друг с другом.
• Character animation authoring (создание анимации персонажей). Unreal Engine позволяет полностью настраивать для персонажей правдоподобные движения. Делается это с помощью множества встроенных инструментов: прямая и обратная кинематика, State Machines (машины состояний), Blend Spaces (смешивание пространств), физическая анимация Ragdoll, система Control Rig и др.
• Live Link data streaming (прямая трансляция данных по ссылке). Плагин UE5 Live Link позволяет в реальном времени подключать к движку поток данных из внешнего источника. То есть анимацию персонажей, камеры и освещение с легкостью можно транслировать в Анрил прямиком из программ Maya или Motionbuilder. А также из различных систем захвата движения, в том числе из Apple ARKit face tracking, которая позволяет снимать выражение лица с iPhone.
• Take Recorder (запись на диктофон). Программа записи дубляжей, записывающая анимацию игрового процесса, живые выступления и другие источники непосредственно в Unreal Engine для последующей работы с ними в Sequencer.
• Character retargeting (ретаргетинг персонажей). Набор инструментов, позволяющий повторно использовать существующие анимации одного персонажа на другом персонаже с совершенно другим скелетом и пропорциями.
• Sequencer nonlinear editing and animation (секвенсор, нелинейное редактирование и анимация). Нелинейный кинематографический инструмент редактирования анимации в реальном времени. Определяет и изменяет освещение, блокировку камеры, персонажей и декораций для каждого кадра. Разработчики имеют возможность работать над целыми эпизодами одновременно.
• Runtime animation tools (инструменты анимации в реальном времени). С помощью данных инструментов имеется возможность дополнять и изменять анимационные последовательности прямо во время их воспроизведения. Это помогает адаптироваться к разным сценариям игрового процесса. Например, можно динамически настраивать движения корня персонажа или подбирать расстояния для управления скоростью воспроизведения анимации.

Возможности рендеринга, освещения и материалов

• Nanite & Virtual Shadow Maps (наниты и карты виртуальных теней). С помощью Nanite Micropolygon и Virtual Shadow Maps (VSM, виртуальных теневых карт) в UE5 можно создавать игровые миры с большим количеством деталей. Эти технологии интеллектуально отображают и обрабатывают только те детали, которые игрок может увидеть в данный момент. Это позволяет разработчикам импортировать высокодетализированные художественные ресурсы, состоящие из миллионов полигонов, и размещать их на карте множество раз. При этом сохраняется высокая частота кадров в реальном времени без заметной потери точности воспроизведения.
• Virtual Texturing (виртуальное текстурирование). Unreal Engine поддерживает использование очень больших текстур, разделяя их на небольшие фрагменты и загружая из них только видимые. Это достигается двумя способами: виртуальным текстурированием во время выполнения (RVT) и потоковым виртуальным текстурированием (SVT).
• Lumen dynamic global illumination (глобальная динамическая подсветка люмен). Lumen — это полностью динамичное решение для глобального освещения и отражений. Эта технология позволяет создавать правдоподобные сцены, в которых непрямое освещение автоматически адаптируется к изменениям геометрии. Например, оно может меняться в зависимости от того, под каким углом светит солнце в разное время суток, от того, включён ли фонарик, или от того, открыта ли наружная дверь.
• Photoreal ray tracing in real time (фотореалистичная трассировка лучей в реальном времени). Ray Tracing позволяет получить отражения, тени, полупрозрачность, окружающее перекрытие, освещение с точными эффектами динамических мягких теней, а также с требуемой производительностью.
• Temporal Super Resolution (сверхразрешение). TSR позволяет достичь высокого качества изображения, близкого к разрешению 4K. При этом сокращая вдвое время обработки кадров графическим процессором.
• Flexible Material Editor (редактор материалов). С помощью редактора физических материалов Unreal Engine можно получить контроль над внешним видом персонажей и других объектов игрового мира. Редактор, используя узлы (ноды), дает возможность быстрого создания широкого спектра поверхностей, слоев материалов с точной настройкой на уровне пикселей.
• Sophisticated lighting (продуманное освещение). Реалистичные эффекты освещения как внутри помещений, так и на улице. Реалистичное изображение солнца и неба, объёмный туман, световые карты. Всё это позволяет поддерживать высокую производительность в режиме реального времени.
• Post-process and screen-space effects (эффекты постпроцесса и экранного пространства). Unreal Engine предлагает инструменты постобработки пленочного качества. Вы можете настроить общий вид Вашей сцены, используя такие эффекты, как HDR Bloom, отображение тонов, блики объектива, глубину резкости, хроматическую аберрацию, виньетирование и автоматическую экспозицию. Отражения в пространстве экрана, окружающее перекрытие, глобальное освещение и многое другое. И все это доступно с минимальными затратами ресурсов.
• Movie Render Queue (рендеринг фильмов). Создавайте высококачественные мультимедийные материалы для кинематографа, маркетинга и развлечений с помощью Анрил Энджин. Вам не потребуется дополнительная постобработка благодаря возможности рендеринга фильмов и фотоснимков с накопленным сглаживанием и размытием в движении. Функция плиточного рендеринга позволяет создавать изображения, предназначенные для печати с очень высоким разрешением.
• Forward rendering (прямой рендеринг).Технология визуализации с прямым затенением позволяет ускорить базовую обработку и сделать рендеринг более быстрым. Это может повысить производительность на платформах виртуальной реальности, а также на некоторых консолях, например, Nintendo Switch. Поддержка многовариантного сглаживания особенно полезна для приложений виртуальной реальности. Отслеживание головы приводит к постоянному субпиксельному перемещению, которое может вызвать нежелательную размытость при использовании временного сглаживания. Многовариантное сглаживание помогает решить эту проблему.
• Advanced shading models (расширенные модели затенения). Улучшенные функции затенения в Unreal Engine позволяют создавать более реалистичные эффекты для различных объектов и поверхностей. Эти функции включают в себя: освещённое и неосвещённое покрытие, прозрачное покрытие, подповерхностное рассеяние, реалистичное изображение кожи и волос, реалистичная двусторонняя листва, тонкая прозрачность и др.

Эффекты симуляции в игровом движке

• Niagara particles and visual effects (частицы Ниагары и визуальные эффекты). Создавайте реалистичные визуальные эффекты в режиме реального времени, такие как огонь, дым, пыль и вода, используя полностью настраиваемые системы частиц в редакторе визуальных эффектов Niagara. Управляйте Вашей сценой с помощью подсветки частиц. Создавайте сложные движения частиц с помощью векторных полей. Используйте эффекты, такие как флокирование и цепочки, где данные передаются от одной частицы к другой. Кроме того, Вы можете использовать интерфейс передачи данных аудиоволн, чтобы частицы реагировали на музыку или другие источники звука.
• Clothing tools (инструменты для одежды). Создавайте модели одежды и других текстильных изделий с помощью инструмента Chaos Physics Solver. Данная система предоставляет возможность в редакторе Unreal задавать параметры одежды и сразу же наблюдать результаты. Это позволяет быстро и удобно повторять процесс создания моделей. Имеется возможность интуитивного выбора областей сетки, которые будут вести себя как ткань, и определения степени их взаимодействия с физическими условиями.
• Chaos physics and destruction system (физика хаоса и система разрушения). Chaos — это высокопроизводительная физическая система, разработанная на базе нового поколения движка Unreal Engine. С помощью функции разрушения Chaos можно разрушать масштабные сцены с кинематографическим качеством и беспрецедентным уровнем художественного контроля. Кроме того, Chaos интегрирован с Niagara, что позволяет создавать вторичные эффекты, такие как пыль и дым.
• Strand-based hair and fur (волосы и мех на основе прядей). Пакеты DCC от Grooms дают возможность в Unreal Engine имитировать и визуализировать сотни тысяч фотореалистичных волос со скоростью, близкой к реальному времени. Это позволяет создавать более убедительных персонажей с реалистичными волосами. А также пушистых, волосатых или пернатых существ. Система оснащена усовершенствованным шейдером для волос и системой рендеринга. Благодаря этому пряди волос могут повторять деформации кожи, создавая максимально реалистичный мех и растительность на лице.

Разработка игрового процесса в Unreal Engine

• Robust multiplayer support (поддержка многопользовательской игры). Unreal Engine поставляется с масштабируемой и проверенной клиент-серверной архитектурой «из коробки». Она мгновенно обеспечивает жизнеспособность многопользовательской составляющей любого проекта.
• AI — Advanced artificial intelligence (продвинутый искусственный интеллект). Благодаря системе искусственного интеллекта, управляемой либо с помощью чертежей, либо с помощью «деревьев поведения», персонажи в Unreal Engine могут совершать разумные действия. А также передвигаться, выбирая оптимальный путь на основе динамической сетки навигации.
• Blueprint visual scripting system (визуальная скриптовая система Блюпринт). Blueprint — это удобный инструмент для визуального скриптинга в Анрил Энджин. Он позволяет разработчикам быстро создавать прототипы игровых миров. Программировать поведение игровых объектов и взаимодействие между ними. Модифицировать пользовательские интерфейсы, настраивать элементы управления вводом и многое другое. Всё это можно сделать, не написав ни строчки кода на C++. Кроме того, Blueprint предоставляет мощный встроенный отладчик, который позволяет визуализировать ход игрового процесса, а также проверять свойства во время тестирования игры. Это упрощает процесс отладки и помогает быстро выявлять и исправлять ошибки.
• UMG — Unreal Motion Graphics UI Designer (дизайнер пользовательского интерфейса). UMG — инструмент разработки визуального пользовательского интерфейса. Он даёт возможность создавать графические изображения в игре или приложении, меню или другую графику, связанную с интерфейсом, которую необходимо показать пользователям. Интерфейс создаётся из редактируемых Blueprint-виджетов, которые предоставляют готовые функции, такие как кнопки, флажки, ползунки и индикаторы выполнения.
• Gameplay frameworks (фреймворки игрового процесса). Мощные игровые фреймворки Unreal Engine обладают рядом полезных функций. Например, Mass Entity позволяет создавать большие системы, включающие огромное количество элементов, такие как толпы с десятками тысяч правдоподобных агентов искусственного интеллекта. А Enhanced Input (улучшенный ввод) упрощает обработку входных данных и даёт возможность переназначать управление во время выполнения.

Возможности встроенной поддержки мультимедиа в Unreal Engine

• Профессиональная поддержка ввода-вывода и воспроизведения видео. Unreal Engine обеспечивает возможность поддержки ввода-вывода видео и аудио высокого разрешения. Включая 4K UHD, с высокой разрядностью и частотой кадров для ряда видеосистем AJA и видеокарт Blackmagic. Это позволяет интегрировать AR- и CG-графику в прямые трансляции. Кроме того, Анрил Энджин полностью поддерживает Timecode и Genlock, что обеспечивает точную синхронизацию между различными видеопотоками и устройствами обработки сигналов.
• Unreal Audio Engine (аудио движок). Аудио движок позволяет сделать звучание игры более насыщенным и качественным с помощью широкого спектра звуковых функций. Они включают в себя синтез в реальном времени, динамические эффекты DSP, физическое моделирование распространения звука. А также поддержку OSC, возможность создания многоуровневого звучания, визуализацию звукового поля и многое другое.
• MetaSounds (метазвуки). Meta Sounds — это мощная система, которая даёт полный контроль над созданием звукового графа в источниках звука. Вы можете управлять всеми аспектами звукового рендеринга, чтобы создавать передовой процедурный звук.
• Media Framework (медиа-фреймворк). Media Framework — платформа, позволяющая воспроизводить видео прямо внутри движка Unreal Engine. С её помощью можно управлять воспроизведением видео: останавливать и перематывать назад. Управление осуществляется с помощью кода на C++ или визуальных сценариев Blueprint.

Совет. Вскоре выйдет моя бесплатная книга по Blueprints для Unreal Engine в PDF формате. Как она выйдет, рекомендую её скачать, чтобы Вы детально изучили блюпринты Анрил Энджин.