UE4实时头发制作
实时游戏，虚拟制作（尤其是数字人类）中最复杂的问题之一是模拟移动并看起来逼真的头发。
去年12月，Epic发布了UE4 v4.24，对于致力于创作更可信的角色，生物和数字人类的艺术家，它首次展示了Epic的新型基于头发的毛发和毛皮系统。该系统使艺术家能够以实时帧速率模拟和渲染成千上万的逼真的头发。
Charles de Rousiers是瑞典电子艺术公司Frostbite引擎团队的前软件工程师。他是该项目的主要工程师之一。
Gaelle Morand是Epic Games的高级技术艺术家，曾是在San Francisco在Industrial Light＆Magic从事外观开发和照明工作的美容主管，为期5年。作为一名经验丰富的艺术家，她对新系统的开发速度以及该实验性早期发行版能做什么有深刻的印象。尽管Charles de Rousiers对于实时性能的这种变化一直不太谨慎，但是在检查了新系统之后，我们同意Morand的说法，即“ Charles和团队已实施的功能非常出色”。
The Groom在新系统中使用完整几何
传统上，实时头发是使用基于卡的渲染或其他近似方法创建的。在基于卡片的工作流程中，少量的大平板用于提供大量单个头发的近似形状和运动。使用UE4.24中新的头发渲染和模拟功能，现在可以渲染每根头发。通过渲染每个单独的头发，艺术家可以极大地提高实时模拟头发的视觉保真度。
大约5年前，NVIDIA提供了一种名为HairWorks的头发解决方案。 HairWorks工具集包括DCC工具集成以及对头发的实时渲染和模拟。较新的UE4版本不再支持Hairworks。在发布之时，Hairworks很有帮助，但它实际上是一个黑匣子，操作起来有些困难。
最近，Epic Games从乔·艾特（Joe Alter，他于2019年11月加入Epic）手中购买了《Shave and a Haircut》。也许令人惊讶的是，该公司随UE4.24一起提供的新Epic理发工具根本不涉及该软件。自从获得Shave and Haircut以来，Epic Games已在GitHub上提供了它的v9.6 Maya插件和相关的着色器，既作为源代码又是编译的二进制文件。这些都是免费的，每个人都可以在Unreal Engine 4 EULA下使用。认为《Shave and a Haircut》现在将成为UE4解决方案的关键部分可能是合理的，但事实并非如此。 Epic知道，修饰工具的市场并不大，并没有主导那个领域，该团队热衷于与Peregrine Labs及其Yeti软件等一系列公司合作。 Epic显然可以凭借其庞大的研发预算和市场影响力几乎淘汰掉这些较小的公司，但是Epic非常专注于为这些规模较小的专业美发公司提供长期支持。
Epic目前正在与Ornatrix，Yeti和Houdini的Groom一起测试其新的Hair。 Ornatrix和Yeti都可以“即插即用”的Alembic出口到UE4的新Hair中，但是工作室并不局限于这些软件包。实际上，任何事情“现在都可以进入虚幻”，Morand解释说。 “Grooms可以是ILM的Haircraft或Weta Digital的Barbershop –只要符合Alembic出口和我们在输入时寻找的属性集，就可以了。当UE4使修饰成为引擎时，UE4正在寻找一组真正构成修饰的标准属性。”她补充道。修饰不仅仅是一组曲线-还有一些重要的属性，例如宽度和颜色，而这组元数据至关重要。
Epic购买Shave and Haircut的附带好处与专利有关。该市场领域一直是专利雷区，因此一些软件无法在美国销售。现在，由于Epic拥有Shave和Haircut的专利，并且拥有雄厚的法律实力，该公司放弃了涉及的任何专利问题，这为Yeti和Ornatrix的广泛应用扫清了道路。虚幻引擎产品管理总监Sebastien Miglio补充说，两家公司现在都知道自己受到Epic的保护是安全的，而且“它们可以以前所未有的方式在全球进行商业化”。
进入UE4的基本DDC Hair管道虽然目前不存在用于Hair Grooms的标准文件导入/导出格式，但是此新的实验性Hair工具提供了一种命名约定方案，用于使用Alembic文件提取从标准DCC工具导出的Groom数据。这也为单个Alembic文件中的多个头发组提供了支持（例如，头发，桃子绒毛，胡须，睫毛和眉毛）。
通常，模拟和渲染头发都是昂贵的。 UE4 4.24中可达到的头发帧速率取决于修饰的大小，分辨率和运行它的基础硬件，但作为指导，人们可以预期人类修饰的2080Ti的帧速率为30fps或更高（40K +股）的1080p分辨率。 Morand与之合作并演示的测试Grooms绝不是骗子，他们是长长的金色Groom，这是最难使用的案例之一。查尔斯·德·鲁西耶斯（Charles de Rousiers）解释说，目前的表现只是实验性的，因为“目标是将所有内容都放在适当的位置，而不是着眼于当前的特定表现。”团队很快指出，当前的头发表现并不像人们想象的那样，Epic很快就能实现。
Miglio解释说，在第一个实验软件版本中，团队专注于“确保我们提供出色的视觉质量和物理模拟”。 “说实话，今天，当您将Alembic引入虚幻引擎时，几乎所有内容都是不可编辑的。即使编辑简历，也几乎没有能力。我认为，随着时间的流逝，我们会逐步改进它，并允许UI提供更多的调整，更多的修改，但是还有很长的路要走。
可以调整头发的外观和渲染，但不能调整Grooms本身。正如莫兰德（Morand）指出的那样，“我们要确保我们保持对话的畅通。我们已经与Peregrine Labs进行了初步讨论。他们有兴趣与我们合作，但可能不会在下一版本中……但是某些系统可以使用户拥有实时链接，如果有人在Ap中进行修饰，则更新将自动通过引擎。”
头发受以下三个因素驱动：BRDF，几何形状以及发束之间的反应，或者光从发束间反弹到发束的方式同时还带有阴影。 UE4使用了许多最先进的方法来实现实时性能，具体取决于艺术家的实时预算。例如，系统对Grooms进行体素化并使用深阴影贴图。该修饰可以通过MSAA进行超采样，每个像素8个样本。尽管使用全路径跟踪对头发的某些解决方案相对容易，但是它们的成本很高，因此Epic团队使用了一系列巧妙的方法来加快渲染速度，同时生成完全由几何形状和响应组成的自然外观的头发。可能是背光，自阴影和照明（有关详细信息，请参见视频）。
导入时，曲线也可以标记为引导线以驱动模拟。大多数头发模拟并不均等地模拟所有头发，而是使用权重机制从一组特殊引导头发中传播出去。这很重要，因为UE4不仅提供渲染和着色，而且还提供使用UE4的Niagara进行的动力学模拟。
来源：FX Guide
