[中字] 虚幻引擎 5 光照入门：精通 Lumen（中文字幕

英文视频教程） 欢迎来稿翻译 课程架构 （一）课程总览 课程主要分为 “Introduction”（介绍）和 “Course”（课程主体）两大部分。“Introduction” 部分为课程开篇引导，让学习者初步了解课程主旨与大致方向。而 “Course” 部分则是课程核心，涵盖了丰富且深入的光照知识与实践内容。 （二）课程主体内容 光照基础（Fundamentals of Lighting） 这部分从最基础的光照原理讲起，让学习者理解光的本质，包括光的传播、光与物体的相互作用等物理现象。通过对基础原理的学习，学习者能够明白不同类型光源（如点光源、聚光灯、方向光等）的特性，以及如何通过控制光源参数（如强度、颜色、衰减等）来实现不同的光照效果。例如，在一个简单的室内场景中，通过调整点光源的强度和颜色，可以营造出温馨的暖光氛围，或是明亮清冷的冷光效果。这部分内容为后续复杂场景的光照设置打下坚实基础。 虚幻引擎 5 光照介绍（Introduction To Lighting In Unreal Engine 5） 此部分深入讲解虚幻引擎 5 特有的光照系统架构，重点引入 Lumen 技术。学习者将了解 Lumen 如何实现全动态全局照明和反射，与传统光照方法相比，它具有实时更新、无需预烘焙等显著优势。比如在游戏场景中，玩家移动一个发光的道具，Lumen 能即时计算光线反射和间接照明的变化，让场景呈现更加自然流畅。课程会详细介绍 Lumen 的工作流程和基本设置，帮助学习者快速上手这一强大的工具。 产品照明（Product Lighting） 在虚拟环境中展示产品时，产品照明尤为关键。课程中这部分将教授学习者如何通过精心布置光源，突出产品的形状、材质和细节。针对不同类型的产品，如家具、电子产品等，有不同的光照策略。例如展示一个木质家具，需要通过合适的漫反射光来凸显木材的纹理质感；而展示一个玻璃制品，则要巧妙利用反射和折射效果来表现其通透特性。课程中还提供了相关的素材，如 “BackgroundPlane.fbx” 和 “brown_photostudio_07_4k.hdr”，帮助学习者在实践中更好地理解和运用产品照明技巧。 汽车照明（Lighting a Car） 汽车照明场景具有独特的挑战和要求。学习者将学习如何模拟汽车在不同环境（如展厅、户外等）下的光照效果，强调对汽车车身曲线、金属质感和玻璃反射的精准表现。例如，在模拟汽车展厅场景时，要通过巧妙布置聚光灯和环境光，突出汽车的光泽和线条美感；而在户外场景中，则需要考虑自然光的照射角度和强度，以及周围环境对汽车的反射影响。通过学习汽车照明，学习者能够掌握更高级的光照技巧，提升对复杂场景的把控能力。 室内照明（Interior Lighting） 室内照明涉及到如何为建筑空间营造舒适、真实且富有氛围的光照效果。课程会探讨自然光源（如阳光透过窗户的效果）与人工光源（如吊灯、壁灯等）的结合运用，以及如何根据不同的室内功能区域（如客厅、卧室、厨房等）设置合适的光照。比如，卧室需要营造温馨柔和的氛围，可通过暖色调的低强度光源来实现；而厨房则需要明亮清晰的光线，以满足烹饪操作的需求。学习者将通过实际案例学习如何利用 Lumen 技术实现这些不同的室内照明效果。 室外照明（Exterior Lighting） 室外照明着重于模拟自然环境中的光照，如白天的阳光、傍晚的余晖、夜晚的月光等。学习者将了解如何创建逼真的天空光照效果，以及如何处理不同时间段的光线变化。此外，还会涉及到环境中的散射光、阴影等元素的设置。例如，在创建一个户外公园场景时，要准确模拟阳光透过树叶缝隙产生的斑驳光影效果，以及随着时间推移，光线角度变化对场景的影响。通过学习室外照明，学习者能够打造出极具真实感的户外虚拟世界。 二、Lumen 技术核心解析 （一）Lumen 的优势 实时动态照明 Lumen 最大的亮点之一是实时模拟场景周围的光线反射。在传统的游戏开发或虚拟场景构建中，全局光照往往需要在离线状态下进行光照贴图烘焙，这一过程耗时较长，且一旦场景中有动态元素（如可移动的光源、物体等），光照效果就难以实时更新。而 Lumen 能够让玩家在游戏过程中自由改变游戏世界的任何方面，间接照明会自动更新。例如，玩家在游戏中破坏建筑物，Lumen 能立即计算出光线在新环境下的反射和散射，使场景呈现更加真实自然。 高质量全局照明 Lumen 能够以高质量解决全局照明问题，包括渗色和间接阴影等效果。它支持无限漫反射反弹，在具有明亮表面的场景中，如白色墙壁的房间，能准确模拟光线在墙壁之间多次反射产生的均匀照明效果。同时，Lumen 还解决了天空阴影问题，使室内环境的光照与室外环境的光照过渡更加自然，避免了室内过暗或光照不协调的情况。 反射效果出色 Lumen 可以动态地解决任何表面、任何粗糙度的反射，取代了反射捕获等预先计算的反射形式，以及平面反射和屏幕空间反射等有限技术。它支持涂层材料的反射效果，如汽车车漆，能够真实地呈现出外层镜面反射和内层光泽反射的层次感，让物体的材质表现更加逼真。 （二）Lumen 的工作原理 光线追踪 Lumen 使用光线追踪技术来解决照明特征，它通过场景的近似版本来实现更快的光线交叉。默认情况下，Lumen 使用网格距离场（一种软件光线追踪技术），这种技术不需要具有硬件支持光线追踪的显卡。网格距离场以一种与光线相交非常快的方式表示网格的表面，即使有许多重叠的网格，也能提供快速的光线交叉。例如在大型建筑场景中，大量的墙壁、地板等网格重叠，Lumen 通过网格距离场能高效地计算光线与这些网格的交互。同时，Lumen 也可以通过项目设置使用硬件光线追踪，硬件光线追踪更准确但计算成本更高，并且能够处理更多类型的几何模型，如蒙皮网格，尤其在需要高质量镜面反射效果时，硬件光线追踪能发挥重要作用。 表面缓存（Surface Cache） 当光线照射到表面时，Lumen 需要评估材质和入射光。为了提高效率，Lumen 将光照信息缓存在默认启用的 Surface Cache 中。Lumen 通过选择从哪个方向捕获每个网格，确保其所有表面都被覆盖。随着玩家在世界中移动，Lumen 不断将附近网格的材质属性重新捕获到 Surface Cache 地图集中。例如在一个大型开放世界游戏中，玩家在城市街道中穿梭，Lumen 会实时更新玩家周围建筑物等网格的表面缓存信息，从而加速全局光照和反射等功能的计算。需要注意的是，Surface Cache 更适用于具有简单内部结构的网格，对于复杂的内部结构，如包含大量家具的单个房间网格，可能无法很好地支持。 最终聚集和去噪 光线追踪计算成本高，为了在保证画质的同时提高效率，Lumen 采用了一系列优化技术。对于漫反射全局照明，Lumen 使用基于辐射缓存的高级最终聚集算法。它通过屏幕空间辐射缓存对主屏幕的全局照明计算进行大量下采样，下采样的间接照明与全分辨率材质数据集成以产生全分辨率着色。同时，Lumen 非常谨慎地选择跟踪光线的方向，检查最后一帧有明亮照明的方向，这种技术称为入射光的重要性采样，通过这种方式，Lumen 能够在较少的光线追踪次数下获得与追踪更多光线相近的质量效果。此外，Lumen 还通过世界空间辐射缓存技术，将附近的光照与远处的光照分开，追踪更多的光线来解析远处的光照以减少噪点，从而在不同场景下都能提供高质量、低噪点的照明效果。 三、课程学习收益 （一）技能提升 通过本课程的学习，学习者将全面掌握虚幻引擎 5 中 Lumen 照明系统的使用，从基础的光照设置到复杂场景的高级照明技巧都能熟练运用。无论是从事游戏开发、建筑可视化、影视制作还是虚拟场景设计等领域，都能够凭借所学的 Lumen 技术，显著提升作品的光照质量和真实感，使其在视觉效果上更具竞争力。 （二）创意实现 Lumen 强大的功能为创作者提供了更多创意实现的可能性。学习者可以根据自己的创意想法，自由地在虚拟场景中构建各种独特的光照效果，无论是奇幻的异世界场景，还是高度写实的现实场景，都能通过 Lumen 技术将创意完美呈现，打破传统光照技术对创意的限制，实现更加丰富多样的视觉表达。