Фотореалистичная зимняя деревня в Unreal Engine 5

Введение

Зимние сцены всегда были кошмаром для разработчиков игр. Добиться того, чтобы снег, лёд и атмосферные эффекты выглядели убедительно в реальном времени? Это было заветной целью, которая ускользала от нас годами. Но с революционными технологиями Unreal Engine 5, такими как Nanite и Lumen, мы наконец-то преодолеваем эти барьеры и достигаем визуального качества, которое может сравниться с предварительно отрендеренными кинороликами.

В этой статье я расскажу о своём пути создания реалистичной зимней деревни, которая не только выглядит потрясающе, но и работает со скоростью 60+ FPS. Я расскажу вам о технических хитростях, поделюсь болевыми точками и покажу, как революционные инструменты UE5 меняют то, что возможно в рендеринге в реальном времени.

Творческая цель

Задача была простой, но амбициозной: создать уютную зимнюю деревню, которая излучает тепло, несмотря на суровые условия. Представьте себе фильм Hallmark, сочетающийся с ценностями производства AAA-игр. Ключевые визуальные принципы были следующими:

• Температурный контраст: тёплый золотистый свет из окон, борющийся с холодным синим снегом.
• Атмосферная глубина: многоуровневые системы тумана, создающие кинематографический объём.
• Живые детали: дым из трубы, сверкающие сосульки, следы на свежем снегу.

Этот проект должен был продемонстрировать:

• Возможности UE5 следующего поколения, доведённые до предела.
• Визуалы производственного качества без ущерба для производительности.
• Масштабируемые решения для более крупных и сложных сред.
• Реалистичное моделирование зимней погоды, которое действительно ощущается живым.

Технический процесс

Началось всё с гибкой модульной системы архитектуры. Каждое здание разбивается на основные компоненты, которые соединяются друг с другом, как кубики LEGO. Эта система позволяет мне быстро создавать вариации зданий, сохраняя визуальную согласованность и автоматически применяя снежное покрытие там, где это имеет физический смысл.

Nanite полностью революционизировал мой рабочий процесс. Я говорю о работе с сетками из 500 тысяч+ полигонов, как будто это лёгкие реквизиты:

• Архитектурные детали: больше не нужно управлять цепочками LOD.
• Автоматическая оптимизация расстояния, которая просто работает.
• Микрогеометрия для реалистичных деталей снежной поверхности, что было бы невозможно раньше.

Субстрат системы материалов

Эта система обрабатывает всё: от снега на крыше до слякоти на тротуаре, автоматически регулируя толщину и полупрозрачность в зависимости от закономерностей накопления.

Динамические ледяные материалы

Для сосулек и ледяных поверхностей я разработал систему, которая разумно реагирует на условия освещения:

• Толщина льда: контролирует интенсивность преломления и глубину цвета.
• Внутренние включения: имитирует пузырьки воздуха и трещины напряжения.
• Температурные эффекты: изменяет прозрачность в зависимости от «температуры» окружающей среды.

Революция в освещении с Lumen

Lumen идеально подходит для зимних сцен. Вот почему это меняет правила игры:

• Реалистичный свет, отражающийся от снега, создаёт естественную холодную атмосферу.
• Динамическое глобальное освещение, реагирующее на изменение погоды.
• Мягкие тени через объёмный туман, которые выглядят как настоящая кинематография.

Система симуляции погоды

Реализована полная система погоды с детальной регулировкой:

• Снегопад Niagara: 6 000+ частиц с реалистичным столкновением.
• Ветровые зоны: влияют на направление снега и поведение дыма из трубы.
• Температурные карты: контролируют эффекты таяния и замерзания в реальном времени.

Оптимизация производительности: заставить её звучать

Оптимизация на основе расстояния:

• 0–50 м: геометрия с полной детализацией со всеми эффектами.
• 50–200 м: сокращение полигонов на 50%, упрощённые материалы.
• 200 м+: имитатор — упростить сетку для отдалённых зданий.

Показатели производительности:

• FPS — 60.
• Память GPU — 5,8 ГБ.
• Количество вызовов отрисовки — 1 247<1 500.
• Количество треугольников — 2,1 М<2,5 М.

Оптимизация атласа текстур:

• Сокращение количества уникальных текстур на 40%.
• Использование общих экземпляров материалов для похожих объектов.
• Оптимизированное UV-отображение для максимальной эффективности упаковки.

Технические проблемы: реальный разговор

Проблема производительности: снежный апокалипсис частиц

Проблема: частицы снега полностью уничтожали частоту кадров в масштабе. Решение: построена гибридная система, которая на самом деле умна:

• Экземпляры статических сеток для снега крупным планом (детали там, где это важно).
• Частицы на GPU для расстояния (производительность там, где это важно).
• Умная отсечка на основе расстояния до камеры и видового усечения.
• Адаптивная плотность частиц в зависимости от расстояния.

Визуальная задача: лёд, который действительно выглядит как лёд

Проблема: стандартные прозрачные материалы выглядели как цветное стекло, а не убедительно как лёд. Решение: техника многопроходного рендеринга с:

• Расчётами преломления на основе глубины;
• Моделированием каустики в реальном времени;
• Моделированием внутренней структуры для аутентичного внешнего вида льда.

Планируемые улучшения

Динамические сезонные переходы:

• Плавные переходы между сезонами с течением времени;
• Изменение состояния растительности с сезонной прогрессией;
• Динамическое смешивание материалов для реалистичных изменений погоды.

Продвинутое моделирование погоды:

• Отображение осадков в реальном времени;
• Моделирование температуры, влияющее на свойства материалов;
• Интерактивные погодные системы для интеграции в игровой процесс.

Оптимизация на основе ИИ: изучение применения машинного обучения для:

• Интеллектуального переключения LOD на основе важности сцены;
• Прогнозируемого потокового отображения текстур для более плавной работы;
• Автоматизированной настройки производительности для различных конфигураций оборудования.

Поворот сюжета: эти амбициозные планы откладываются ради чего-то гораздо большего. Я погружаюсь с головой в новый глобальный проект, который поразит вас — нечто, что превращает эту зимнюю деревню в разминку.

Этот предстоящий проект расширяет границы того, что мы считали возможным в рендеринге в реальном времени, и я буду разбирать его по атомам в своих следующих статьях. Поверьте мне, вы не захотите пропустить то, что будет дальше.

Ключевые выводы: извлечённые уроки

Создание этой зимней деревни довело UE5 до предела и дало результаты качества AAA в реальном времени. Вот что я узнал:

Технические прорывы:

• Интеграция Nanite и Lumen выполняет обещания рендеринга нового поколения;
• Масштабируемые системы материалов необходимы для поддерживаемых проектов;
• Оптимизация производительности по-прежнему имеет решающее значение, даже с учётом новых мощных технологий.

Инсайты по рабочему процессу:

• Раннее тестирование производительности избавляет от серьёзных проблем в дальнейшем;
• Принципы модульного проектирования приносят дивиденды при итеративной разработке;
• Автоматизированные инструменты — это непреложное условие для обеспечения согласованности в масштабе.

Творческие открытия:

• Техническая сложность должна служить художественному замыслу, а не доминировать над ним;
• Атмосферные детали создают эмоциональную связь больше, чем простое количество полигонов;
• Правдоподобные миры строятся на слоях тонких, реалистичных деталей.

Этот проект доказывает, что при правильном техническом подходе и творческом видении мы можем создавать захватывающие среды, которые могут конкурировать с кинематографическим качеством, сохраняя при этом производительность в реальном времени. UE5 — это не просто постепенное обновление — это фундаментальный сдвиг в том, что возможно для рендеринга в реальном времени.

Техники, представленные здесь, едва ли касаются поверхности того, что возможно в современном техническом искусстве. Для всестороннего погружения в продвинутое развитие шейдеров, оптимизацию конвейера и полный инструментарий технического художника ознакомьтесь с моей книгой, где я разбираю эти концепции и многие другие продвинутые техники, используемые в производстве AAA.

Игор Фридман, старший технический художник