《飞向月球》4K超高清纪录片实时渲染技术应用解析

数字资产对实时渲染引擎来说，是一切可视化的核心。实时渲染引擎技术，是未来4K 超高清制作工艺的主流，其完善的资产平台给数字资源储备带来可能。本文介绍了实时渲染引擎Unreal Engine 在《飞向月球》4K 超高清纪录片的特效实现过程中的具体应用。

实时渲染 数字资产 Unreal Engine 4 虚幻引擎4

《飞向月球》4K 超高清纪录片特效部分，是在全4K （注：广电标准分辨率3840×2160，帧速率50P ）制作流程中运用实时渲染引擎技术完成的。因为在难度与渲染速度上，以4K 为标准的制作是传统制作的8倍以上，无法满足制作周期上的需求，所以运用实时渲染引擎技术进行制作成为目前唯一的选择。

《飞向月球》4K 超高清纪录片特效分为两部分：第一部分是虚拟拍摄，它是将虚拟背景效果与真实人物结合打造出的有别于传统制作方式，将后期前置的全新工作流程；第二部分是离线制作，它体现在先将前期制作形成的不同元素资产化，再进行实时渲染调节的模式工作，从而实现所见即所得。

实时渲染引擎是指Unreal Engine 4，中文名为虚幻引擎4，它是一套完整的创新设计工具，能够满足制作者需求，同时具备足够的灵活性。作为一个业内领先的渲染引擎，它实现了无需代码的蓝图创作；可通过完整的C++代码自定义调试整个引擎；具有由专家设计的非线性、动态剪辑、动画运镜的实时动画工具；基于物理的渲染、高级动态阴影选项、屏幕空间反射和光照通道等进行视觉效果调节。

对于特效制作来说，数字资产是一个新名词。数字资产是什么？广义来讲，它是指可以进行交易、应用的数字类可视化产品。Unreal Engine 4给数字资产进行库的系统整理，让数字资产应用形成平台化。而数字资产对实时渲染果，才会在灯光气氛的烘托下渲染出美好的画面。而在以往传统特效制作中无法形成资产的概念，是因为模型、材质、灯光以及动画等因在不同镜头的制作中针对性过强无法便捷地进行调用，而不能成为资产库。

1. 《飞向月球》的背景资产

在《飞向月球》的制作中，背景主要分为三类：一是宇宙空间；二是月球表面；三是室内书房与博物馆。

（1）宇宙空间资产

宇宙空间有别于地球的环境，真实的宇宙空间除了太阳这个发光体以外是一片漆黑的。但有些镜头背景如果太黑会影响表述效果，所以一个巨大的星空环境就有所必要，并且这个资产具备根据需求进行星星数量与亮度的可调。

（2）月球表面资产

月球表面环境资产是由虚幻引擎4的地形系统来制作的，这是一种另类的资产。系统的“世界场景”可以创建如：山脉、山谷、起伏或倾斜的地面，甚至洞穴的开口等地形，而且通过使用一系列工具轻松修改其形状和外观。有别于其他资产可以存储在内容浏览器里进行可视化甄别，它是存储在关卡里的。比如，月球的表面主要由石头与沙土组

室内的资产主要是分为书房与博物馆的内容，各种桌

子、椅子、书架、房屋墙壁、画作、窗户等。制作相较直观——

建模、贴图、材质形成资产化。

2. 《飞向月球》角色资产

在《飞向月球》的制作中，角色分为：伽利略望远镜；

地球、月球、太阳、各大行星等；嫦娥一号二号卫星；嫦

娥三号四号月球着陆器；月兔车；鹊桥号中继卫星等。

（1）伽利略望远镜——高精度的雕刻资产制作

在任何影视级的三维特效里，高精度的雕刻即ZBrush

一直是吸引眼球的主体。但其制作工艺的复杂性也是制作

其他元素无法比拟的，ZBrush的出现解放了艺术家们的双

手和思维，告别过去那种依靠鼠标和参数来笨拙创作的模

式，完全尊重设计师的创作灵感和传统工作习惯。而在伽

利略望远镜的制作中完全参照高清大图进行雕刻（图1），

并且运用多次拓扑与UV贴图的绘制，再通过Substance来

完成与虚幻引擎4的对接，最终形成一个可在任意环境、

陆地之分，不同的反射状态、不同的粗糙度、太阳的光照

范围应用到不同的区域；中层主要是云层效果，在制作中

要考虑云的体积感与光影变化；外层是大气层效果，主要

通过数学节点连接形成大气雾过渡效果（制作示意见图3）。

月球的制作就相对简单，只要考虑到地形一层，只要得到

高精度的Color、Normal、Displacement 贴图就能完成一个

产品级的月球（制作示意见图4）。但如果要再近一步细化，

就要考虑使用月球数据来进行程序建模。太阳也是由三层

来形成效果，分别是太阳耀斑效果的粒子层、太阳内核的

星等资产

嫦娥卫星、嫦娥月球着陆器、月兔车、鹊桥号中继卫星，如图6至图9所示，是片中的主要角色。因为在太空环境中，材质方面反射状态与光照环境未知，所以对于其模拟宇宙环境的效果只能反复尝试，由于是金属，所以光泽成为重要的考虑方向。这种角色资产是带有骨骼绑定动画的，在虚幻引擎4中角色类动画有动画库，这种资产叫Skeletal Mesh Actor ，又称动画骨骼网格物体，是一种特殊类型的Actor ，用于显示在外部3D 动画程序中创建的复杂动画数

据。动画骨骼网格物体与静态网格物体不同，因为动画骨骼网格物体在其内部具有复杂的骨架，有助于移动骨架网格物体的各个顶点以匹配当前正在播放的动画。由于能够使用复杂的骨骼，它们通常用于角色、生物、复杂机械或任何需要变形或显示复杂运动的东西。

3. 《飞向月球》特效资产

在《飞向月球》的制作中，特效资产分为：爆炸效果；喷射火焰；星云效果；路径标记线；文字标注；X 光扫描线；屏幕放映效果等。

（1）粒子特效资产

片中的爆炸、火焰、烟雾等是通过虚幻引擎4中的级联粒子系统来完成的。这是一个完全整合并模块化的粒子特效编辑器。级联为编辑特效提供了实时的反馈，能够让即便是非常复杂的特效，制作过程也变得更为快捷容易。粒子系统和每个粒子上使用的各种材质以及贴图紧密相关。粒子系统自身主要功能是要控制粒子的行为，整体看粒子系统最终的展现效果则通常取决于材质的做法。

（2）Niagara 模块化粒子系统

片中的星云效果通过Niagara Systems 来完成，Niagara Systems 完全采用模块化将构成粒子系统的各个发射器分开。Niagara Systems 不是让粒子系统包含每个发射器，而