利用虚幻4引擎制作大型游戏场景《失落的文明》
编者按：为了唤醒人们对那些逐渐远去的少数民族文化和历史的追思及重视，内蒙古青年郭勒在去年国外留学期间刚刚完成了他的个人UE4引擎游戏场景作品《失落的文明》并引起国外多家媒体的关注。就在前不久，他受邀在国际知名游戏CG艺术论坛80.LV上发表了这个作品的制作心得，特此翻译成母语中文发表在游咨网上面，希望给有志弘扬民族文化和制作原创大型开放世界游戏场景的中国游戏人一些启迪和帮助。
英文原版地址：
https://80.lv/articles/001agt-003qxl-005cg-lost-of-civilization-organic-environment-art-in-ue4/
Q&A
介绍一下你自己。
大家好！我的名字叫郭勒，蒙古族，我的名字在蒙语中是“河”的意思，所以我也喜欢让我的外国朋友叫我“River”。自从我大一的时候，我就以“幻想如肌肉”（fantasyasmuscle）为艺名混迹在CG圈,目前已经快10年了。
你从哪里来，你是什么样的人，目前的工作是什么？
我来自中国的内蒙古呼和浩特市。在2019年刚刚完成了在美国萨凡纳艺术与设计学院的为其三年的交互与游戏设计专业的研究生进修课程并成功毕业，目前正式入职杭州网易雷火工作室，作为一名高级3D游戏场景构架师（Senior World Building Artist）。我在出国进修前曾经在国内有过将近5年的游戏动画电影原画概念设计工作经验，并且曾经在北京完美世界游戏公司参与过最终幻想正版授权IP端游的场景设计以及天空球matte painting的制作。我本人是学角色原画出生的，工作以后渐渐转行成为了场景原画。出国以后由于所学游戏专业和最大化的利用学校资源，不得不再次转行深入学习虚幻4游戏引擎的有关知识。我们学校游戏专业系主任Aram Cookson所著的《Unreal Engine 4 游戏开发入门经典》相信是全球每个虚幻4引擎学习者的必读著作之一。
你是如何进入游戏制作领域的?是什么让你对它如此感兴趣？
我从小就热爱电子游戏，初中的时候就正式开始接触主机游戏，并且爱上了最终幻想和生化危机系列，高考的时候曾经因为文化课差8分落选了北京电影学院的游戏设计专业，我觉得我从事游戏事业就是一件水到渠成自然而然的事情。在国内一线游戏大厂工作几年后，我选择出国留学攻读交互与游戏设计专业也是为了更深入的了解游戏开发流程早日帮助中国游戏制作出自己的3A大作。这个游戏场景是作为我研究生阶段的毕业设计来完成的，历时将近半年时间，从零开始制作，期间经历过一次推倒重来和无数次修改迭代。我非常喜欢将我的想象变为现实的这个过程，即使是在虚拟世界中能够短暂的扮演上帝的角色也能让我感到无比的兴奋。在过去，我是一位专业的2D概念艺术家，我有很多奇妙的想法。但是在之前的工作中，等待我的奇思妙想经过漫长的制作流程实现在游戏的过程是如此煎熬有时候甚至面目全非。那么为什么我不自己学着动手来亲自实现这个伟大过程呢。虽然有时这个想法听起来是如此天真，因为有太多的东西需要学习。但是我时刻提醒自己，幻想让我更加强大，他让我有足够的力量去面对任何挑战和迎接新的事物。这就是为什么我喜欢称自己为“幻想如肌肉”。
让我们来谈谈你所建立的环境。你在这里的主要目标是什么?主要参考文献?你是如何决定着手这个项目的?你想在这里创造什么？
对于个人作品来说，无疑这是一个巨大的项目，在制作它的极为有限的一个多学期（总共4个多月）时间里，充满了很多次自我怀疑，无助推翻重来和思维大爆炸直到最后的奋力一搏。我的目标是希望通过展现一个宏大壮阔的游戏场景唤醒人们对那些失落的文明的追思和重视。我们蒙古族有着悠久而伟大的历史和文明，但是由于某种原因，我觉得我们的文化在这个时代正在逐渐走向消失。这是一件多么悲伤的事情啊。
一开始，我试着去寻找我祖先文化的一些线索，我甚至在美国的大学里选了一门非常困难的中世纪建筑史课去寻觅那段遥远的历史，我发现现在古代蒙古帝国的遗迹已经所剩无几，很少有文献能够充分记载他们，很多人甚至不知道北京就是因为元大都才建立的。另外，我走访了很多美国的图书馆和网络信息资料平台，似乎很难找到蒙古族相关文献的蛛丝马迹。相反我发现美国人似乎对非洲土著的历史文化特别感兴趣，经常可以看见整排的书架摆满了介绍非洲某个部落原始的风俗和文化的图书，看来占美国人口很大一部分的非裔美国人还是很怀念他们先辈的文化的。有时候即使我能找到了一些有限的资料，上面仍然有很多的错误。而且现在一些新兴的电子游戏(比如《对马岛之魂》)有可能会让全世界玩家产生我们蒙古族是非常残忍和狡猾的民族的刻板印象。但事实上，我们蒙古族是一个热爱和平的与人为善的民族，我们从小是伴随着无数爱我草原爱我母亲的动人歌谣长大的。那些歌曲非常优美动听，如果你有机会，你真应该试试。
我希望通过我的作品，我可以重现我祖先的光辉历史面貌，同时提高人们保护那些逐渐远去的历史文明的意识。我认为很多史诗般的3A游戏大作都实现了这个目的，比如《战神》和《零点黎明》分别成功展现了那些遥远的北欧维京文化和印第安人文化，这也将是我一生的目标。
我的参考资料主要是来自于我青少年时期对家乡的一些记忆以及回家旅游的时候拍摄的很多名胜景点和博物馆里的照片。我试图从蒙古族的一些标志性元素中寻找灵感。例如，我在传统服装上发现很多非常漂亮的图形，通过提炼元素，他们可以成为我的建筑上的一些装饰性元素。马，三叉戟，蒙古包，敖包，草原这些元素在我的作品中都有变形和展现。
你是如何设计自然景观的?这些山脉背后的技术是什么？
关于自然景观，我收集了大量的自然图片，它们开阔了我的视野，激发了我创造一个开放的世界的热情，同时参考一些成功游戏的画面风格对我来说也很重要，学习和感受它们的表现手法可以明确我的制作方向以及想象它最后完成时候的样子。我还画了很多简单的草图和概念设计，我想让场景有自己的特色和原创性，而不是简单的多元素混搭或者直接照搬别人的东西。最后，我还从一些古典油画中寻找一些好的构图和色彩灵感。
像很多其他艺术家一样，我的游戏场景的构建过程中充满了各种调整变化甚至是推倒重来。在初期立项阶段，学校里的那些导师非常不赞同我想营造一个庞大游戏场景的想法并几乎否定了我的全部想法，这让我感到非常无助。是遵循美国人的建议制作一个平淡无奇的村落一角还是放开手脚大干一场呢呢？最终我还是选择了遵循自己的内心，让压抑多年的创作激情得以充分爆发。在中期阶段，我推翻了很多我原来的想法，几乎重新搭建了大部分场景。这对我来说是一个非常艰难的时刻，我开始怀疑我是否能实现我的最初目标。但是木已成舟，冷静下来，我发现我花了太多的精力和世界在那些建筑的设计上，我甚至还制作了城堡的内部布局以及迷宫。我迷失在那些无穷无尽的细节中。当我从埋头苦干中回过神来，我发现我不可能在有限的时间内完成我所有的想法。所以，我简化了地形，用海洋淹没了草原，让我的建筑的形状更加简单和清晰。我将创作重心重新集中在塑造前景和中景，我还重新绘制了地表，并且增加了高低差，大胆尝试了很多灯光和改变画面风格。
对于地形的造型，我使用带有纹理通道的雕刻工具来创建地面的起伏。我使用点击绘制以代替传统的拖拉绘制。当我需要绘制像石头一样的坚硬地表的时候，我选择了边缘更加锐利的形状通道来绘制，反之亦然。
我用Zbrush来雕刻山脉，和那些中型和小型的岩石。这个制作过程时常让我发疯。也许你很难相信，我几乎花了一周的时间每天雕刻这些石头。在雕塑之后，我发现他们仍然有很多问题，比如不同的风格，不像来自同与同一个场景。但现在，我认为Houdini程序化生成石头材质可以显著的帮助我大大提高这方面的工作效率。
你是如何在土地和道路的生产上工作的？对于这个项目的这一部分，您需要构建哪些网格？
在景观的营造和物体的摆放上，我遵循了一些基本的构图和视觉引导原则，事实上，你应该始终牢记，画面中最重要的部分以及第二和第三重要元素这间的关系(PST)。所有元素的方向和位置都应该考虑到视觉指导，即作者希望玩家的视线首先能够停留的地方，而后依次游走在次级重要的部分，最终玩家视线应该有序的游走在画面中，不知不觉的照顾到场景中的每个元素，而不是找不到重点来回跳跃，最终有可能遗漏关键信息。例如，我使用了那些路边的火把来引导玩家的眼睛首先跟随这条隐形的引导线指向画面中最重要的地方。这种方法同样也可以适用于角色的设计身上，道理都是共通的。
当然，还有很多其他的方法可以让你的作品看起来更好。例如，我使用丰富的场景区块横向穿插来增强整个画面的层次感，使用垂直穿插的树木来打破画面的单调，链接起画面中的各个层次。黄金比例也是画面构图中的一个重要规则。我特意在黄金分割点上放置了一些关键元素，从而起到了很好的切割画面保持了画面平衡的目的。
作为一名专业的3D游戏场景艺术家，我认为学习一些游戏特效也是非常有用的。我用虚幻4的粒子发射器系统来制作火炬，我还使用动态材质和视差贴图技术来完成那个传送门的特效。他们在场景的视觉引导上起到了非常突出的作用，而这些特效效果也丰富了我场景的元素和故事性。同时场景中一些悬浮的尘土和颗粒，也能够增加整个场景的动感。因此，我认为作为一个优秀的3D场景编辑人员，了解一定的游戏特效的基本知识并且能够灵感运用也可以有效的提高你作品的最终效果。
你是如何完成那些很棒的场景3D建筑模型的。你能谈谈你一直以来的工作方式吗？
一切都始于那个传送门，最初我只是在Marmoset里，简单的制作了一个遗迹区域作为课上作业，然后我把它们导入虚幻4引擎中，对它进行了惊天动地的修改，改变了原来场景的风格和基调，重新设计了大门顶部的图案和周围的环境，加强了场景的高低差。我还添加了传送门的概念，使环境具有更多的故事性。
对于远景那个巨大的宫殿，最初我设计了很多版本。我希望它们能够结合一些我在美国所闻所见的宏伟当代建筑以及一些蒙古族传统建筑元素。最终我不得不对他们进行了一些简化处理以确保我能在有限的时间内完成我的作品。
对于场景建筑物的材质编辑上，我很幸运我能在CGMA上学到了如何编写和使用虚幻4引擎里的节点材质系统。我创建了自动顶点着色材质，它可以自动识别模型的朝向，并且始终在模型的正上方增加一层青苔或者尘土。我还制作了顶点着色材质，他可以手动绘制并融合4钟不同的材质纹理，增加裂缝或者脏迹来丰富场景细节。这些都可以使整个游戏场景更加生动并值得玩味。
在大门上创造这些复杂图案的过程是怎样的？你是怎么制作出那些如此漂亮的的材质和复杂的模型的？
关于材质的制作，有很多种办法。关于那些二方连续材质，我选择了一种相对传统的方法。首先，我在Maya 2018中制作了高模，然后在Marmoset中烘焙出normal，AO和ID map贴图，然后在Substance Designer中添加最初的颜色和粗糙度细节，最后通过ID map在Substance Painter中添加金属部分和更多的细节。同时，我为每个Tile贴图制作了两种不同类型的材质来增加材质的复用率。我还在Substance Designer中制作了一些复杂的形状或图案。使用SVG 这个节点可以帮助我轻松地创建那些复杂的形状。
我首次尝试使用一些扫描技术在场景中创建那些复杂的雕像。现实捕捉绝对可以节省我的很多时间和精力，它可以快速和便捷的在游戏世界中创造出我在现实生活中可以找到的几乎任何物体。这个过程是如此的有趣和愉快，我几乎很难停下来把我的所有手办和模型都扫描进游戏世界中。
我也使用Zbrush来创建那个半人马战士的雕塑。我绘制了一些马人战士的概念草图，我觉得我们蒙古族就是一个马背上的民族，人马这个概念非常贴切与我所想创造的这个世界观。所以我把它作为场景中的一个重要的象征元素来完善游戏的故事性。我很难花太多时间去雕刻一个非常精致而又写实的人马战士雕像，因为它们只是一些饱经风霜洗礼的雕塑。所以我不需要关注太多的细节，只要注意力集中到外轮廓的塑造上，确保比例正确，人物剪影帅气，并在最终添加一层石头破损纹理和切割以完成它们的制作。
你是怎么处理这个空间里不同的植被的？如果你能分享一些在这里学到的重要的经验，并给我们一些关于如何建造这些美丽的红色花朵，如何在树上和其他像常春藤之类的东西上工作的建议，那就太好了。它在游戏空间中是如何工作的？
植物的制作也有很多种方法，我使用Zbrush来雕刻那些植物的高模以及进行色彩的绘制，然后烘烤成一出色彩，法线和透明贴图，并导入到Substance Designer中进行最终的合成，生成roughness和AO贴图。当然，我也使用SpeedTree去制作那些各种各样的树木和灌木。
由于在这个项目中有大量的植物，所以为了快速完成植物材质的制作，我选择在Quixel Mixer中使用扫描材质来帮助我快速创建它们。该软件以前是必须付费购买点数才能下载材质的，但是现在它对所有UE4用户都完全开放并且免费，这对我们每个UE4游戏开发人员来说都个天大的好消息。
我当时在Quixel Mixer的海量素材库中花了很多的金钱来精心挑选了一些我需要的植物素材，并在MAYA 2018中对它们进行了UV的切割和模型切片整理，并且按照群组摆放整理这些植物。然后进去修正顶点法线来改变法线方向和顶点颜色，这可以确保它们在UE4中有正确的显示和进行动态摆动效果的制作。
打开Display-Polygon-Custom Polygon Display，调整参数，然后在显示-多边形中选择该植物的开放顶点法线，这样你就可以看到该植物的法线方向。接下来，我们需要让它们的法线都指向外面。然后创建一个球体，也显示它的正常方向。
接下来，你需要通过转移法线方向。首先让需要通过的法线部分重合，然后选择球体，再选择植物，点击mesh-transfer attributes，根据图形进行选择，然后开始通过顶点法线。成功后，植物的正常方向会变成黄色，然后它们会像球体的重叠方向一样指向外面。
然后你可以改变植物的顶点颜色。使得模型从顶部到底部的顶点颜色从绿色到黑色形成渐变。这样它就可以和虚幻4的节点材质想结合，使植物产生随风摆动的效果。在制作藤条的过程中，我用EP曲线工具来绘制曲线，然后再制作一个9边形。我选择这条曲线，然后再选择9边线，再使用挤压工具沿着曲线挤压出藤条的形状。
在制作各种树根和藤条模型的时候，可以给他们绑上骨骼并刷上一些权重，这样可以极大的方便之后的调整形态以及资源复用。植物的摆放需要一定的美感和大量的时间，这对艺术家耐心是一种考验。
最后在我在UE4中制作了植物的材质Shader，实现了植物的3S半透明效果和实现了随风摇摆的动效。
显然，对于游戏来说，让所有内容都得到优化并正常工作是非常重要的。您能谈一下您是如何构建网格并找出不同的技术限制来优化环境的吗?
关于场景优化方面，其实我这个场景并不算很复杂。我可以确保这个场景在我的电脑上运行的时候基本保障在30到45帧之间。当可以看见大面积水面效果的时候帧数可能掉到20帧左右，所以海面材料还有很大的优化空间。另外，我没有在这个场景中使用现在比较流行的光线追踪技术，因为我觉得这个场景没有太多高反射率的东西，打开光线追踪虽然可以得到更准确的光影，但是性价比太低。效果不是很明显。
你是怎么做地面材料的？它们看起来非常有趣，有落叶、泥土和岩石。你是怎么画这整个空间的?我很想听听你的想法。
对于地面材质，我使用虚幻4的节点材质制作了地表材质着色器。不像普通的顶点颜色材质只能融合4种纹理。地表材质着色器可以结合许多种不同的地表纹理，它给了我更多的自由来绘制丰富的地形。这些材料都来自Quixel Mixer的扫描材质库。
另外根据我朋友的建议，我使用抖动节点使岩石和地面更自然地融合。这个节点非常简单，但是非常有用。
你是如何设计这些空间的照明的？你有几个照明设置显示。你能给我们一些关于你如何决定接近这个环境的照明的提示吗？
在灯光方面，我在制作这个场景后期阶段才开始系统的学习虚幻4的灯光，所以一开始我也尝试了很多种不同的灯光效果以让这个场景看起来更漂亮。有时我甚至不小心把白天调成了夜晚，但是意想不到得到了很好的效果。灯光是一门学问，只有通过不断的尝试和去学习研究大量优秀游戏里面灯光设置，才能达到理想的效果。在设置灯光的时候，这让我感觉自己仿佛回到了以前画画的日子。有了光就有了色彩，而色彩其实就是在构建一个冷暖系统。这方面它们有很多共通的道理。
同时我找到了很多游戏截图和自然风景照片作为灯光的参考。他们给了我一个方向和感觉。当然配合后期里面的color lookup table也可以帮助我快速达到理想的效果。
每一种类型的灯光，我都调整和渲染过6次以上只为达到我想要的结果。有时候一觉醒来再看之前的渲染完成图就会发现有地方不够满意。于是我就会重新修改再次渲染，然后和之前渲染图进行对比查找提升空间。我只是想说，你总是可以通过一遍又一遍的改变来使你的作品越来越好，这个有过工作经验的人应该都会明白。好的作品都是改出来的。
最后，我很高兴游资网给了我这次分享我的作品的制作心得和激发的机会。这个世界上没有什么比梦想成真更令人兴奋的事了。我非常热爱我所从事的事业，希望以后有更多的机会参加更多给力的项目与大家分享自己工作和学习收获和心得。感谢我的家人、朋友和游资网。我会继续努力的！
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