【虚幻引擎基础详解】（1）初识虚幻引擎

游戏引擎是一个由多个子系统组成的复杂系统，几乎涵盖了游戏开发的所有关键环节，是游戏开发流程的核心部分。VR引擎本质上仍是传统的3D游戏引擎，但在此基础上增加了VR插件。这类插件的主要功能包括左右分屏渲染、陀螺仪控制和位置追踪等。目前，Unity3D和Unreal是国内VR项目/游戏项目开发中使用最广泛的两款引擎。

2 虚幻引擎的简介

虚幻引擎（Unreal Engine）是由Epic Games开发并维护的跨平台游戏引擎。自1998年首次发布以来，它已发展成为游戏开发和可视化领域的核心工具之一。

该引擎配备了一套完整的开发工具，涵盖图形渲染、物理模拟、碰撞检测、动画、人工智能、音频处理、网络通信及用户界面设计等功能。开发者可通过蓝图可视化编程系统或C++语言灵活实现项目需求。

在图形处理方面，虚幻引擎采用基于物理的渲染（PBR）技术，精确模拟真实世界的光线行为，能够呈现高度逼真的视觉效果并支持实时渲染。

除游戏开发外，该引擎还广泛应用于虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、影视特效制作及建筑可视化等行业，为开发者提供构建高拟真虚拟环境的完整解决方案，同时确保出色的交互体验与沉浸感。

3 虚幻引擎的发展

3.1 蒂姆·斯威尼

在谈论虚幻引擎时，有一个人物无法绕开：蒂姆·斯威尼（Tim Sweeney）——虚幻引擎的创始人。有趣的是，据传他是电影《头号玩家》中"绿洲"创始人哈利迪的原型。斯威尼自小性格内向，更愿意独自钻研感兴趣的事物，尤其是电子游戏。14岁那年，他痴迷于某款游戏，却在通关后迟迟等不到续作。出于对游戏的热爱与执着，他最终选择亲手开发续作。

从马里兰大学毕业后，斯威尼放弃了微软、IBM等大公司的机会，创立了自己的Potomac工作室，主要从事计算机咨询业务，闲暇时也开发一些小型游戏。然而，咨询业务并不赚钱，反倒是他业余时间制作的《ZZT》意外走红。这让斯威尼陷入思考：是否该转型做游戏？传说中的《ZZT》，正是《头号玩家》最后一关的解谜游戏所致敬的对象。

3.2 虚幻的开始

Epic创立之初与"史诗"之名相去甚远，仅靠开发低成本2D游戏在市场中求存。当ID Software推出划时代的3D游戏《毁灭战士》震撼全球时，斯威尼敏锐意识到游戏产业正迎来革命性转折，毅然决定转型开发3D游戏。历时一年的全力开发，《虚幻》横空出世——其精细的人物建模、炫目的爆炸与烟雾特效、逼真的光影渲染，配合精心打造的剧本，迅速征服北美市场，首月销量即突破百万大关。

3.3 虚幻引擎1

尽管《虚幻》取得了成功，但真正对后世产生深远影响的并非游戏本身，而是其配套的开发工具——Unreal Engine 1.0。

1998年，这款引擎首次引入了可视化配置界面，使非编程专业的游戏设计师能够轻松搭建场景、调整光影、设计关卡，并将渲染、碰撞检测、AI、图形处理、网络通信及文件系统整合为一体化解决方案，显著降低了游戏开发的技术门槛。

当时，即便是引擎创始人斯威尼可能也未预料到它对Epic公司的意义——在3D加速、色彩渲染、光影表现及材质处理等关键领域，这款引擎的表现力已全面超越卡马克的Doom引擎。

3.4 虚幻引擎2

2002年，第二代《虚幻》引擎最初是为《虚幻竞技场 2003》开发的。该版本采用 Unreal ED3 代码库进行了全面重构，不仅整合了《虚幻竞技场 2004》中改进载具模拟的 Karma 物理引擎 SDK，还大幅优化了多项核心功能。该引擎兼容 PlayStation 2、Xbox 和 GameCube 三大主机平台。

3.5 虚幻引擎3

Epic Games凭借虚幻3引擎（Unreal Engine 3）的推出，真正跻身引擎技术领域的第一梯队。该引擎不仅支持64位高精度动态渲染、多样化光照系统及高级动态阴影特效，还能以较低的计算资源实现卓越的画质表现。其强大的开发工具链更实现了"所见即所得"的高效开发体验。2009年，Epic Games与NVIDIA合作发布了免费版的虚幻引擎3开发套件（Unreal Development Kit）。多年来，虚幻3引擎以出色的画质表现、广泛的多平台兼容性及强大的开发工具等优势，被诸多知名游戏采用，包括《生化危机》《战争机器》《蝙蝠侠》《质量效应》《剑灵》《逆战》《光荣使命》等经典作品。

3.6 虚幻引擎4

2014年发布的虚幻引擎4（Unreal Engine 4，简称UE4）是一款功能全面的开发平台，为各类应用场景提供从项目启动到产品发布的一站式解决方案，涵盖企业级应用、影视制作以及高品质的PC、主机、移动、VR和AR游戏开发。

核心优势

高效开发工具：世界级工具套件配合直观的工作流程，支持开发者快速迭代创意并实时预览效果，无需编写代码即可实现原型设计。

开源灵活性：完全公开的源代码赋予开发者社区自由修改和扩展引擎功能的能力。

技术特性

实时高保真渲染

可视化编程工具蓝图（Blueprint）

稳定的多人游戏框架

先进的粒子系统（Niagara及级联粒子）

模块化材质编辑器

电影级后期处理管线

全能动画制作套件

非线性实时动画编辑器Sequencer

智能AI系统

VR/AR/MR专项支持
通过与全球顶尖软硬件厂商的战略合作，UE4为虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合现实（MR）领域提供行业领先的解决方案。

代表性作品
《绝地求生》《堡垒之夜》《和平精英》《黎明杀机》等热门游戏均基于UE4开发。

3.7 虚幻引擎5

在2022年推出的虚幻5引擎中，两大核心技术——动态全局光照系统Lumen与虚拟几何体系统Nanite，为真实感体验提供了突破性支持。其中，光是实现逼真效果的核心要素，Lumen能够实现全动态光照，例如根据时间动态调整太阳角度，或模拟开门及手电筒照射时的光线变化。该系统通过无限反弹的间接光照和间接镜面反射，渲染出细腻的漫反射效果，即使在广阔而精细的环境中，也能凸显最微小的细节。

艺术家和设计师不再受限于预计算光照烘焙到纹理的静态场景，这大幅节省了开发时间。他们可在编辑器中直接查看光照更改结果，无需重建光照或为单个静态网格体设置光照贴图UV。此外，Lumen采用高效的软件光线追踪技术，确保全局照明和反射在各种显卡上稳定运行，同时支持硬件光线追踪以实现高端视觉效果。

Nanite的虚拟化微多边形几何系统为游戏开发者提供了强大的工具，能够轻松实现超精细几何细节的游戏制作。该系统支持直接导入影视级的高精度模型，包括ZBrush雕刻作品或摄影测量扫描数据，即使模型包含数百万个多边形，也能在场景中重复放置数百万次，同时保持实时流畅的帧率且不损失视觉保真度。Nanite会智能地根据玩家视角动态调整和处理可见细节，从而有效突破传统三角形数量和绘制调用的限制。这项技术让开发者可以摆脱耗时的手工优化流程，如烘焙法线贴图或手动创建LOD层级，从而将更多精力投入到创意设计中。

4 虚幻引擎的应用

4.1 游戏行业

虚幻引擎作为一款业界领先的实时交互渲染引擎，在游戏开发领域展现出强大的核心优势。它不仅能够高效处理复杂的图形渲染任务，还支持物理模拟、动画系统和多平台部署，为开发者提供了一站式解决方案。凭借其卓越的性能和易用性，虚幻引擎已成为全球游戏开发的首选工具之一，成功孵化了众多爆款游戏。例如，《绝地求生》以其逼真的战场环境和流畅体验风靡全球；《和平精英》则通过移动端优化，实现了大规模玩家对战；《鸿图之下》展现了策略类游戏的深度；而《八方旅人》则以其独特的艺术风格和叙事魅力获得广泛赞誉。这些作品的成功，充分证明了虚幻引擎在PC、主机和移动等多元平台上的强大兼容性与稳定性。

在全球开发者生态中，中国用户群体表现尤为突出，其数量位居世界第二，这反映了中国游戏产业的快速崛起和技术创新活力。腾讯作为中国互联网巨头，持有Epic Games约48.2%的股份，这一战略投资不仅加强了虚幻引擎在中国市场的渗透力，还促进了本土化工具开发和资源整合，助力更多国产游戏走向国际舞台。总体而言，虚幻引擎凭借其深厚的技术底蕴和生态支持，已成为游戏行业不可或缺的基石。

4.2 买量视频

买量视频是近年来兴起的一种专门用于产品引流的视频广告形式。与传统广告不同，这类视频主要面向游戏产品，通常采用炫酷的视觉效果吸引用户点击，从而实现引流目的。我们在各类APP首页、视频暂停页面以及网站侧边栏广告位都能看到这类广告内容。虚幻引擎凭借其完整且易用的工具链，能够高效产出相关视频素材，因此被众多买量视频制作公司广泛采用。

4.3 影视合成

虚拟拍摄是一种将虚拟三维场景与实景拍摄实时合成的技术，广泛应用于广告、影视及电视直播等领域。依托虚幻引擎强大的渲染能力和高效迭代特性，能够快速构建超写实场景，实现实时效果合成，显著提升制作效率，打造出极具真实感的视觉呈现。

4.4 数字人

数字人是指数字信息与生命科学的融合产物，是数字化过程中的必然产物。虚幻引擎在数字人领域走的非常靠前，通过使用虚幻引擎的高效渲染手段，实时捕捉技术，将人的面部数据信息转换为驱动模型表情运动数据。从而达到超逼真的虚拟角色构建。在未来的世界中，数字人将会成为包括直播，影视，传媒，游戏，虚拟现实等领域的核心技术。

4.5 汽车领域

沃尔沃汽车公司在仪表盘方面投入了大量人力物力，为其一系列新款纯电动汽车构建了人机界面（HMI），旨在更好地为驾驶员提供周围的状况信息，让他们不仅可以在驾驶途中保持安全感，还能在需要时做出更明智的决定。过于复杂的图表足以让驾驶员在途中分心，甚至有可能引发更多事故。虚幻引擎成为了解决方案中的一环。使用虚幻引擎，是因为需要一种能够帮助我们实时创建高保真可视化结果的技术。接收到了大量信息，需要传递给用户，以一种情境化方式展示这些信息，帮助用户理解。呈现真实的内容更容易让人理解，而这项技术能够帮助我们以这种方式逼真地渲染和展示事物，并将大量信息叠加在一起。

在后面的课程中，我们将逐步深入学习虚幻引擎！

游戏开发技术专区

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