UE4實時頭發發展
實時遊戲，虛擬制作（尤其是數字人類）中最復雜的問題之壹是模擬移動並看起來逼真的頭發。
去年12月，Epic發布了UE4 v4.24，對於致力於創作更可信的角色，生物和數字人類的藝術家，它首次展示了Epic的新型基於頭發的毛發和毛皮系統。該系統使藝術家能夠以實時幀速率模擬和渲染成千上萬的逼真的頭發。
Charles de Rousiers是瑞典電子藝術公司Frostbite引擎團隊的前軟件工程師。他是該項目的主要工程師之壹。
Gaelle Morand是Epic Games的高級技術藝術家，曾是在San Francisco在Industrial Light＆Magic從事外觀開發和照明工作的美容主管，為期5年。作為壹名經驗豐富的藝術家，她對新系統的開發速度以及該實驗性早期發行版能做什麽有深刻的印象。盡管Charles de Rousiers對於實時性能的這種變化壹直不太謹慎，但是在檢查了新系統之後，我們同意Morand的說法，即“ Charles和團隊已實施的功能非常出色”。
The Groom在新系統中使用完整幾何
傳統上，實時頭發是使用基於卡的渲染或其他近似方法創建的。在基於卡片的工作流程中，少量的大平板用於提供大量單個頭發的近似形狀和運動。使用UE4.24中新的頭發渲染和模擬功能，現在可以渲染每根頭發。通過渲染每個單獨的頭發，藝術家可以極大地提高實時模擬頭發的視覺保真度。
大約5年前，NVIDIA提供了壹種名為HairWorks的頭發解決方案。 HairWorks工具集包括DCC工具集成以及對頭發的實時渲染和模擬。較新的UE4版本不再支持Hairworks。在發布之時，Hairworks很有幫助，但它實際上是壹個黑匣子，操作起來有些困難。
最近，Epic Games從喬·艾特（Joe Alter，他於2019年11月加入Epic）手中購買了《Shave and a Haircut》。也許令人驚訝的是，該公司隨UE4.24壹起提供的新Epic理發工具根本不涉及該軟件。自從獲得Shave and Haircut以來，Epic Games已在GitHub上提供了它的v9.6 Maya插件和相關的著色器，既作為源代碼又是編譯的二進制文件。這些都是免費的，每個人都可以在Unreal Engine 4 EULA下使用。認為《Shave and a Haircut》現在將成為UE4解決方案的關鍵部分可能是合理的，但事實並非如此。 Epic知道，修飾工具的市場並不大，並沒有主導那個領域，該團隊熱衷於與Peregrine Labs及其Yeti軟件等壹系列公司合作。 Epic顯然可以憑借其龐大的研發預算和市場影響力幾乎淘汰掉這些較小的公司，但是Epic非常專註於為這些規模較小的專業美發公司提供長期支持。
Epic目前正在與Ornatrix，Yeti和Houdini的Groom壹起測試其新的Hair。 Ornatrix和Yeti都可以“即插即用”的Alembic出口到UE4的新Hair中，但是工作室並不局限於這些軟件包。實際上，任何事情“現在都可以進入虛幻”，Morand解釋說。 “Grooms可以是ILM的Haircraft或Weta Digital的Barbershop –只要符合Alembic出口和我們在輸入時尋找的屬性集，就可以了。當UE4使修飾成為引擎時，UE4正在尋找壹組真正構成修飾的標準屬性。”她補充道。修飾不僅僅是壹組曲線-還有壹些重要的屬性，例如寬度和顏色，而這組元數據至關重要。
Epic購買Shave and Haircut的附帶好處與專利有關。該市場領域壹直是專利雷區，因此壹些軟件無法在美國銷售。現在，由於Epic擁有Shave和Haircut的專利，並且擁有雄厚的法律實力，該公司放棄了涉及的任何專利問題，這為Yeti和Ornatrix的廣泛應用掃清了道路。虛幻引擎產品管理總監Sebastien Miglio補充說，兩家公司現在都知道自己受到Epic的保護是安全的，而且“它們可以以前所未有的方式在全球進行商業化”。
進入UE4的基本DDC Hair管道雖然目前不存在用於Hair Grooms的標準文件導入/導出格式，但是此新的實驗性Hair工具提供了壹種命名約定方案，用於使用Alembic文件提取從標準DCC工具導出的Groom數據。這也為單個Alembic文件中的多個頭發組提供了支持（例如，頭發，桃子絨毛，胡須，睫毛和眉毛）。
通常，模擬和渲染頭發都是昂貴的。 UE4 4.24中可達到的頭發幀速率取決於修飾的大小，分辨率和運行它的基礎硬件，但作為指導，人們可以預期人類修飾的2080Ti的幀速率為30fps或更高（40K +股）的1080p分辨率。 Morand與之合作並演示的測試Grooms絕不是騙子，他們是長長的金色Groom，這是最難使用的案例之壹。查爾斯·德·魯西耶斯（Charles de Rousiers）解釋說，目前的表現只是實驗性的，因為“目標是將所有內容都放在適當的位置，而不是著眼於當前的特定表現。”團隊很快指出，當前的頭發表現並不像人們想象的那樣，Epic很快就能實現。
Miglio解釋說，在第壹個實驗軟件版本中，團隊專註於“確保我們提供出色的視覺質量和物理模擬”。 “說實話，今天，當您將Alembic引入虛幻引擎時，幾乎所有內容都是不可編輯的。即使編輯簡歷，也幾乎沒有能力。我認為，隨著時間的流逝，我們會逐步改進它，並允許UI提供更多的調整，更多的修改，但是還有很長的路要走。
可以調整頭發的外觀和渲染，但不能調整Grooms本身。正如莫蘭德（Morand）指出的那樣，“我們要確保我們保持對話的暢通。我們已經與Peregrine Labs進行了初步討論。他們有興趣與我們合作，但可能不會在下壹版本中……但是某些系統可以使用戶擁有實時鏈接，如果有人在Ap中進行修飾，則更新將自動通過引擎。”
頭發受以下三個因素驅動：BRDF，幾何形狀以及發束之間的反應，或者光從發束間反彈到發束的方式同時還帶有陰影。 UE4使用了許多最先進的方法來實現實時性能，具體取決於藝術家的實時預算。例如，系統對Grooms進行體素化並使用深陰影貼圖。該修飾可以通過MSAA進行超采樣，每個像素8個樣本。盡管使用全路徑跟蹤對頭發的某些解決方案相對容易，但是它們的成本很高，因此Epic團隊使用了壹系列巧妙的方法來加快渲染速度，同時生成完全由幾何形狀和響應組成的自然外觀的頭發。可能是背光，自陰影和照明（有關詳細信息，請參見視頻）。
導入時，曲線也可以標記為引導線以驅動模擬。大多數頭發模擬並不均等地模擬所有頭發，而是使用權重機制從壹組特殊引導頭發中傳播出去。這很重要，因為UE4不僅提供渲染和著色，而且還提供使用UE4的Niagara進行的動力學模擬。
來源：FX Guide
