小怿学习日记（七） | Unreal引擎灯光架构

灯光的布局对于HMI场景中车模的展示效果有着举足轻重的地位。本篇内容将简单介绍ES3.1的相关知识，再深入了解Unreal引擎中车模的灯光以及灯光架构。

一、关于ES3.1

1.1 什么是ES3.1

ES3.1这个概念对于美术的同学可能比较陌生，ES3.1指的是OpenGL ES3.1，这是移动设备和嵌入式系统常用的图形API。我们可以理解为是一种渲染方式，或者是渲染算法，类似于换一个渲染器或者渲染管线。

Unreal引擎中启用ES3.1之后，由于算法不同，灯光效果会发生改变，如图1.1.1和图1.1.2所示。

图1.1.1 PC环境下的场景效果

图1.1.2 ES3.1环境下的场景效果

1.2 为什么要用ES3.1

市场上的量产车型项目中，使用Unreal引擎时都会选择OpenGL ES3.1（ES3.1）环境。主要是源于芯片算力限制、平台兼容性、开发成本与车规级稳定性需求的综合权衡，这个只需简单了解，不必深究。

我们在制作Unreal 项目的时候，需要与市场上普遍应用的开发环境相适配，所以选择ES 3.1作为开发环境进行项目制作。

1.3 怎么启用ES3.1

在界面顶部找到：设置——预览渲染级别——Android ES3.1，选择即为启用。待加载完成即可。

图1.3.1 启用ES 3.1

二、灯光的选择

从项目落地的角度出发，我们需要控制性能开销在一定的范围内，并且要保证帧率、发热量。灯光的使用会很大程度影响性能的开销，所以我们必须保证开销低的情况下去制作灯光架构。

2.1 可移动光源

一般工程里面会尽量避免使用可移动光源，可移动光源虽然效果好，但是需要以很大的性能开销为代价，满足不了性能的需求。可移动光源包括定向光源、点光源、聚光灯、矩形光源等多种光源的可移动模式，如图2.1.1所示。

图2.1.1 可移动光源

其中定向光源、点光源、聚光灯、矩形光源由于其光照的方向性或者衰减较强，如果不使用可移动性的话，只能通过静态烘焙的方式制作灯光效果。静态烘焙的灯光效果不在本篇灯光架构讨论范围内，所以本篇不会展开讨论。

2.2 Skylight

Skylight通常作为环境光的整体照亮，即可以调整默认的天空环境去使用，也可以选择HDRI之类的环境贴图来处理光照。Skylight既有360°环绕光照，又具备开销低的特性。非常适合在ES3.1的开发环境下使用。

图2.2.1 切换立方体贴图

2.3 HDRI Backdrop

HDRI Backdrop与使用HDRI贴图的skylight类似，但区别在于skylight上的HDRI贴图在环境中不可见。我们可以在设置——插件里面找到HDRI Backdrop，勾选启用并重启Unreal 引擎。

图2.3.1 启用HDRI Backdrop

启用HDRI Backdrop之后，可以在光源集合里面找到新增了一个HDRI背景，直接将其拖入到场景中，便可以完成调用。

图2.3.2 调用HDRI Backdrop

2.4 反射捕捉

反射捕捉有球体反射捕捉和盒体反射捕捉，两者在使用上并没有什么区别。反射捕捉并不属于光源的类别，属于视觉效果的类别中。所以它的性能开销也是很小的。反射捕捉与skylight相同的是：都可以切换指定的立方体贴图。所以我们可以通过HDRI贴图去控制环境中的反射效果，也可以通过修改HDRI贴图去强化类似腰线等结构的反射效果。

图2.4.1 视觉效果

三、灯光的搭配

3.1 反射捕捉+HDRI Backdrop

反射捕捉用来提供车身的高光反射。我们将反射捕捉放入场景中，调整大小到比车模稍大两三倍即可。

图3.1.1 调整反射捕捉的大小

然后在HDRI上画出和车身腰线匹配的高光弧线，以此构建车身的基础反射和腰线高光，如图3.1.2。

图3.1.2 绘制HDRI的高光

将HDRI填充进反射捕捉中，我们可以看到车身上已经有了不错的反射效果。但是车身的基础照亮还没有处理，所以看上去的效果还不是很正确。

图3.1.3 反射捕捉的照明效果

HDRI Backdrop用来提供车身的基础亮度和可视化背景，可以看到图3.1.3里面，天空背景的颜色都是黑色，和车身上的反射效果并不匹配。在我们给场景添加HDRI Backdrop，给上和反射捕捉相匹配的HDRI，车身上的基础照亮和天空的可视化背景也得到了完善。

图3.1.4 添加HDRI Backdrop

3.2 反射捕捉+Skylight+球体背景

如果我们需要将可视化背景和车身基础亮度的照射分开的话，就需要使用Skylight去提供车身的基础照明，另外通过制作背景模型去提供背景的可视化。需要注意的是，背景不能提供任何光照以及反射效果，如图3.2.1所示，仅启用背景模型时，车模上不会有任何被照亮或反射的效果。

图3.2.1 可视化背景不参与光照

反射捕捉和3.1所提及的内容相同，不再赘述。图3.2.2是仅开启反射捕捉的效果，相比图3.1.3的示例去掉了湖面等环境元素，但车身上的反射效果是一致的。

图3.2.2 仅反射捕捉

Skylight可以直接拖入场景当中，填充对应的HDRI即可满足基础的底色光照。对比图3.2.2与图3.2.3，很明显可以看出车身上的轮胎，塑胶件和车漆底色的照明效果发生了改变。

图3.2.3 添加Skylight

背景模型的使用需要看具体情况来选择，如果旋转的视角限制在很小的角度，或者固定视角，那背景可以使用一个面片填充贴图，用最简单的方式即可满足开发需求。当需要360°旋转甚至俯仰角度的旋转时，就需要一个球形的模型来作为背景支撑。与球形UV相对应的，不管是制作的渐变背景还是天空背景，我们的贴图样式都需要与HDRI的展开方式一致。

首先制作一个巨大的球形，并将其材质的着色模型修改成无光照，并勾选双面选项，这样我们从内部才能看到球形的背景模型。

图3.2.4 修改材质类型

然后我们将准备好的HDRI背景贴图导入材质编辑器，右键将纹理节点转换成参数，如图3.2.5所示。

图3.2.5 贴图转化为参数

在贴图参数的前面简单链接上几个节点控制HDRI贴图的旋转即可，如图3.2.6。

图3.2.6 控制HDRI旋转

我们也可以再增加多一些参数，结合上简单的运算，比如对比度、强度、亮度等，如图3.2.7所示，可以方便在Unreal 引擎中直接调整贴图展示的最终效果。

图3.2.7 简单的参数运算

图3.2.8 加上模型背景

3.3 添加地面反射

在完成了灯光制作之后，可能最终效果还稍显瑕疵，这时候我们可以通过添加地面反射的方式，为场景添加一些层次。如图3.2.8中，模型背景的效果比较素，车模与场景拉不开空间感。这时候就可以在地面增加对车模的反射，提升车模与场景的融合度，增加层次感，如图3.3.1。

图3.3.1 增加地面反射

本篇笔记说明了Unreal 引擎中选择ES3.1环境进行项目制作的缘由，介绍了Unreal引擎中各种灯光在ES3.1环境下的适配情况，并介绍两种灯光架构制作场景的打光。如果想了解更多关于Unreal HMI 3D解决方案的信息，欢迎发送邮件至[e-mail]联系我们。