《黑客帝国觉醒》:UE5影像制作的美学新体验

张懿慧 丁友东 蔡婧瑶

上海大学上海电影学院,上海 200072

计算机系统的进步推动CG 影像制作迈向了更高的台阶,随着游戏引擎的迭代升级不断拓宽影像的创作空间,在“影游融合”的语境下,拥有 “艺术”共性的游戏和电影在复合与互补中呈现跨媒介融合的新态势。

作为跨世纪科幻经典的 《黑客帝国》系列电影自上映以来就俘获了全球观众的视线,其三部曲更是以优异的票房和口碑成为科幻影史上的一座丰碑。20多年后,《黑客帝国:矩阵重启》(以下简称 《黑客帝国4》) (TheMatrix Resurrections,2021)的上映却无法延续曾经的辉煌,被贴上了 “票房扑街”“口碑遇冷”等标签。与之热度大相径庭的是在《黑客帝国4》宣发活动中发布的一款由Unreal Engine 5制作的游戏体验——《黑客帝国觉醒》(The Matrix Awakens),在国内外引起了热潮。该虚幻引擎体验以电影短片和游戏Demo穿插播放的形式展现了“平行矩阵世界”,影视级的CG 影像制作让观众难以辨别电影和游戏的界限,唤醒了一代影迷的集体记忆。

1 虚幻引擎: 数字资产的开发与应用

“随着计算机视觉技术的快速发展和人工智能时代的到来,整个世界都已被数字视觉化了。”步入数字时代后,数字技术的渗透颠覆了各行业的传统生产方式,技术进步催生新的内容呈现形式在工业生产体系中的表现越来越突出,对于拥有共同技术基础的游戏和电影而言,正是游戏引擎扮演了连接二者的桥梁角色。游戏引擎的诞生颠覆了游戏产业传统的制作方式,在一定程度上解决了开发团队在开发过程中大量重复劳动力的问题。谈到游戏引擎,时下呼声最高的是由美国Epic游戏公司研发的虚幻引擎(Unreal Engine)(以下简称UE),代表着引擎的全能化发展走在世界前沿。

1998年《Unreal》游戏发布,虚幻引擎首次在公众面前亮相,虚幻引擎由此正式诞生。第一代虚幻引擎集成了渲染、碰撞侦测、人工智能 (AI)、图形、网络和文件系统,在彩色光照和纹理过滤方面的优异渲染性能表现构建了一个游戏的虚拟世界,精美的建筑和自然环境被赋予游戏特效,在合理的物理结构上打造了游戏体验感,很快得到了多款游戏的支持。除了游戏之外,虚幻引擎所具有的通用性还被广泛应用于3D 建模、建筑设计、动作捕捉、电影特效等领域。Epic游戏公司在初代引擎的成功经验上又推出了第二代虚幻引擎,重新编写代码生成了UE2 新的编辑器,支持它拥有更多的功能。UE3问世于Direct X 9时代,计算机技术的助推给予引擎更多的性能提升空间,在光影效果上达到了更高精度的渲染,实现了游戏引擎 “所见即所得”的设计理念,收获了一大批的忠实用户,也为第四代虚幻引擎的迭代升级打下了基础。对于行业制作者来说,项目制作过程中存在很多的不确定因素,设计师、程序员等不同岗位人员的沟通在无法获得具象参照物时,容易在沟通传达的过程中出现壁垒和误差。全能、高效的UE4的发布很好地解决了这一核心问题,“蓝图系统”可视化脚本开发方式,突破了仅编程开发的限制,在实时渲染支持下可以大大提高项目开发团队的工作效率。与此同时,UE4可支持移动、虚拟现实、台式机、游戏主机等几乎所有平台的软件开发,Epic游戏公司的前瞻性还体现在其注重引擎在非游戏领域的开拓,例如气象、建筑、影视等。

“游戏引擎的影像制作是将模型以 ‘数字资产’的方式导入,在引擎系统中进行调整、摆放,并在对角色和场景进行行为函数编写和光线渲染后形成完整的影像段落。”对于影像制作来说,游戏引擎不同于以往的数字技术是针对制作中的某一环节做辅助,而是可以成为影像的内生动力,从而再建构被导入的“原数字资产”生成 “新数字资产”。UE5则很好地诠释了这一点,Epic游戏公司在 《初探虚幻引擎5》的官方推文中展示了Demo在PlayStation 5上实时运行的画面演示视频 (图1),惊艳的视觉效果呈现了影视级美术资源的 “数字资产”再建。而后又在 《黑客帝国4》上映之前的造势活动中发布了《黑客帝国觉醒》游戏体验,UE5复刻了电影中出现的经典桥段让观者分不清是真人演出还是CG 画面(图2、3),拉近了游戏与电影在CG 影像制作上的距离。

图1① UE5在PlayStation 5上实时运行的画面

图2② 电影 《黑客帝国》中的Neo

图3③ UE5实机演示中的Neo

数字技术颠覆了影像创作原有的模式,游戏引擎作为当下热门的影像创作手段,对于影像制作来说,引擎的应用不仅只在视觉效果层面上带来了革新,更重要的是它与生俱来的性能优势改变了虚拟制作原有的格局,在进入电影生产后展现的可视化能力,弥补了电影制作流程中存在的问题。从虚幻引擎的迭代与升级中可见兼容性与开放性的朝向,对影像制作的探索具有重要意义,因其本身所具有的“游戏化”特征可以将 “影游融合”的新态势进一步推向现实。

2 UE5: 视觉保真度的代际飞跃

虚幻引擎的此次升级主要围绕 “改变游戏规则的保真度”两大核心技术,分别是Nanite虚拟微多边形几何体和Lumen动态全局光照,二者的结合将重塑游戏影像的形态,打造高质量画面下沉浸感和逼真度惊人的游戏体验,让游戏实机画面朝着 “电影级画面”迈进 。UE5高视觉保真度的影像制作的表现,模糊了游戏与电影的界限,为媒介跨越的实现提供新的能量。

2.1 细节的刻画——Nanite虚拟微多边形几何体

虚拟微多边形几何体系统Nanite(图4)的引入代表了游戏引擎在美术方面的跨越式进步。在此之前,美术师为了满足画面帧率要求而消耗大量的时间进行优化资源创建多细节层次技术 (Levels of Detail,LOD),甚至降低品质。Nanite技术的出现则突破这一困境,虚拟微几何体能支持直接渲染高精度的Mesh 资产,是基于Mesh Shader或GPU Driven Rendering的几何管线,用较高级的自适应动态细分或遮挡剔除,从而达到一个三角形和一个像素等效对应级别的渲染。它将实现分成两个过程,首先是预处理过程,在模型导入或引擎中修改模型设置时处理,把高精度模型预处理成一簇簇的三角形簇,建立分层分页结构用于渲染和加载,这一步对应的是Nanite的Builder过程;其次是运行过程,分为流式加载部分及渲染流程部分,流式加载套用了UE的Pixel Streaming (像素流技术)系统并为Nanite定制特化,渲染使用部分为数据准备、剔除及光栅化等几个子步骤。

图4① Nanite虚拟微多边形几何体演示

在Nanite技术支持下,美术师可以直接使用影视级别的美术资源进行游戏制作,如Zbrush模型、摄影测量扫描资源、CAD 数据等可以直接导入引擎,无需担心高面数模型带来的内耗。同时Nanite几何体可以被实时流送和缩放,解决了图形制作中需要考量多边形数量预算、多边形内存预算以及绘制次数预算的问题。美术师也不用再按部就班将细节烘焙到法线贴图或手动编辑LOD,依然可以保持高质量的画面效果。可以说Nanite技术解决了引擎存储空间、加载时的磁盘IO、渲染时海量的三角形数量所带来的顶点渲染(Vertex Shader,VS)计算量和光栅化压力的问题。

2.2 光影的建构——Lumen动态全局光照

Lumen是UE5中的一种全动态全局光照解决方案(图5),其最主要的特点是无需硬件就能实现光线追踪的效果,并且支持实时的全动态全局光照(Global Illumination,GI),无需预先烘焙,间接光照会根据直接光照或几何体的变动实时发生改变。例如根据时间改变太阳光照射角度、人物角色打开手电筒或冲向一扇通向户外的门等情景,Lumen对室内外场景光影的把控均可以达到高质量的平衡。

图5① Lumen动态全局光照演示

在技术实现层面上,Lumen 使用多种光线追踪方法来解决全局照明和反射,它通过有向距离场(Signed Distance Fields)使用软件光线追踪,与此同时启用硬件光线追踪在支持的视频卡上获得更高质量。针对软件光线追踪,Lumen使用有向距离场加速软件光线追踪,在启用生成网格距离场后,渲染器将“网格距离场”合并为 “全局距离场”以加快跟踪速度。另外,为了平衡近距离和远距离的追踪质量与效率,Lumen的软件光线追踪提供了两个追踪选项,分别是细节追踪,跟踪单个网格的距离场以获得最高质量;以及全局跟踪,针对全局距离场进行跟踪以获得最快的跟踪。最后Lumen的全局光照还综合了其他的照明方法以适应不同环境,实现了实时光线反弹、动态漫反射间接光照、天空光照的最终采集,提供无限次数的漫反射,它使游戏不必再受到世界必须是静态的束缚,并能够以更快的速度迭代技术自身。

影像制作中画面细节的处理对视觉效果有决定性作用,也是虚拟影像制作一直以来的难点,而光影的建构又是影像制作的重中之重,对于光影的把控也会直接影响观者在视觉上的接受从而决定心理认同,可以说Nanite和Lumen技术的集合带来的逼真度和自由度体验,不论是对从业者还是玩家都是一份红利,万众期待的次世代画面不再是一个抽象的概念。

3 “电影” 与“游戏” 的次世代交互体验

游戏作为新的“第九艺术”,在发展的过程中同电影一样融合了其他多种艺术形式,但受到技术的限制,游戏画质始终无法如同电影级画面一般达到极致。如前文所述,美术级别的资源在UE5的建构下能够输出电影级画面,带来的视觉高保真度体验达到了人们对“互动的影视级别画面”的向往,“电影”与“游戏”的交融正在走向一种跨媒介的美学。

在《黑客帝国觉醒》的开头,熟悉的绿色数字雨瞬间唤醒了体验者们的集体记忆,以演员基努·里维斯的声音开启UE5体验,唤醒了由引擎打造的《黑客帝国》中正在电脑面前沉睡的Neo,而后镜头又切换到了基努·里维斯的身上,来到 “矩阵”初体验地 (图6)。随即抛出了电影中的经典问题:“我们怎么知道什么是真实?”进一步将体验者带入情景。镜头跟随里维斯的视角进入镜子——由UE5打造的 “平行矩阵世界”。在这样的镜头语言安排下,达到了无法区分实机演示和真人表演的目的。电影镜头部分演示结束后,转变成一场包括快节奏汽车追逐和第三人称射击操作的互动体验。在Neo和Trinity谈话中巧妙安排了代表玩家视角的新角色登场,通过第一视角和第三视角的交织,展开与矩阵特工们的激烈对决,这段难辨 “游戏”与 “电影”的交互体验最后以 “子弹时间”的经典再现完美落幕。虽然是很短小的体验,但实时渲染生成的画面与电影级画质如出一辙,足以让体验者感受到UE5建构虚拟世界的逼真性。UE5打造的 《黑客帝国觉醒》也被称之为“未来交互式叙事与娱乐”。

图6③ “矩阵”初体验地

数字时代影像的真实感不再仅仅是对现实的复现,视觉呈现愈发趋向于 “创构性”发展,正如鲍德里亚所提出的 “超真实”概念,经由数字技术可以进入超越现实的影像真实世界。在 “影游融合”的语境下,电影和游戏的无缝衔接不仅停留在对可见影像的建构。在进入影像真实世界的基础之上,更要强调观者的主体性提升,即使这段UE5的体验还无法支持VR 等设备,但却在一定程度上已经具备了“互动性”与 “叙事性”融合的特点。以电影情节和互动体验的形式进行组合,具有天然的游戏“互动性”,超越了体验者视觉层面对所见影像的认同,又将电影中具有代表性的元素植入到互动体验中,增强了体验者与影像的互动所形成的心理认同,达成体验者对美学的更高追求。

“虚拟制作不仅是一种新技术形式,未来会发展为一种新的文化美学形态,并且随着不同领域研究者们的深入研究、应用,必将形成一套属于各个领域全新的创作‘方法’理论和实践模式体系”。数字技术给各领域带来影响的同时又促进它们转型,游戏引擎为游戏而生但不止于游戏开发,在计算机技术的锻造下,历经迭代升级并朝着多元化应用趋势发展,不同领域数字资产的共享性成为游戏引擎生产力的催化剂。

4 结语

虚幻引擎作为当下最先进的游戏引擎,不仅是游戏开发的主力军,还被广泛应用于影视、建筑、汽车运输等行业。UE5在细节刻画和光影建构上的革新为影像制作创造了新的可能,游戏实机画面向“电影级画面”逼近,游戏与电影的界限将更难以区分,无论是游戏玩家,还是电影观众都会拥有全新的美学体验。在数字时代,技术迭代更新的脚步不会止步,或许通过一定的互动设备,未来在UE5建构的虚拟世界里可以实现没有边界的终极娱乐体验。

注释

①图片来源:https://mp.weixin.qq.com/s/BIpc Y2Q7n Tw A8 tcqeFea4Q。

②图片来源:影片 《黑客帝国》。

③图片来源:https://www.unrealengine.com/zh-CN/blog/introducing-the-matrix-awakens-an-unreal-engine-5-experience。