UE4在高校設(shè)計(jì)類專業(yè)虛擬現(xiàn)實(shí)課程中的教學(xué)應(yīng)用

摘要：隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，許多高校開設(shè)了虛擬現(xiàn)實(shí)類課程，這類課程大多以講授三維建模、動(dòng)畫、燈光渲染等技術(shù)為主。課程中所完成的作品多以三維動(dòng)畫短片的形式展示。UE4作為一款游戲開發(fā)引擎，所開發(fā)的產(chǎn)品可兼容多款主流沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備。現(xiàn)通過對(duì)UE4所具備的功能模塊以及設(shè)計(jì)行業(yè)內(nèi)工種分類情況進(jìn)行分析，探討了虛擬現(xiàn)實(shí)類課程建設(shè)中UE4內(nèi)容的教學(xué)方向、課程相關(guān)性以及教學(xué)重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：UE4;虛擬仿真;虛擬現(xiàn)實(shí);高校課程建設(shè)

0 引言

對(duì)于大多數(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容產(chǎn)品的開發(fā)者來說，選擇一款功能穩(wěn)定、軟硬件兼容性強(qiáng)、易于開發(fā)與移植、具備良好持續(xù)維護(hù)能力的引擎是項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)優(yōu)先需要考慮的問題。UE4作為一款成熟的游戲引擎，為開發(fā)者們提供了所見即所得、可快速開發(fā)與便捷發(fā)布產(chǎn)品的平臺(tái)。

UE4是由Epic Games公司開發(fā)的開源游戲引擎。該引擎于1998年發(fā)行，一共發(fā)行了UE、UE2、UE2.5、UE3、UDK、UE4多個(gè)版本，截至2020年年中，已更新至UE4.25版，且已發(fā)布了UE5的預(yù)覽視頻及技術(shù)預(yù)告。

UE4采用了免費(fèi)授權(quán)、免費(fèi)下載以及5%游戲流水分成的EULA方式。因此，各高校將該引擎用于教學(xué)及研究是免費(fèi)的，利用UE4制作的展示作品或文創(chuàng)產(chǎn)品，只要不用于商業(yè)盈利，Epic Games公司也不會(huì)收取任何費(fèi)用。

UE4的即時(shí)渲染功能使它的應(yīng)用不僅局限于開發(fā)游戲，還可被用于電視劇場(chǎng)景合成、影視動(dòng)漫制作、室內(nèi)/室外場(chǎng)景漫游以及電影虛擬拍攝等諸多領(lǐng)域。UE4由于引擎功能模塊所涵蓋的范圍較廣，其復(fù)雜程度超過了一般的設(shè)計(jì)類軟件。各高校教師在制定教學(xué)大綱時(shí)，對(duì)UE4引擎的功能點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估，確定哪些功能適合設(shè)計(jì)類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)，就成為了教師在課程建設(shè)中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。

1 基于UE4開發(fā)項(xiàng)目中的職責(zé)分配，確定教學(xué)方向

利用UE4開發(fā)項(xiàng)目的從業(yè)者大致分為美術(shù)類、技術(shù)美術(shù)類、關(guān)卡編輯類和程序開發(fā)類4個(gè)方向。

美術(shù)類工作的從業(yè)人員通常使用Maya、3D Max以及ZBrush等軟件完成角色、物件、場(chǎng)景的建模，UV拆分、角色綁定等工作，通過Substance Painter、Photoshop、BodyPaint 3D、Mari、3DCoat等軟件制作材質(zhì)貼圖。涉及上述幾款軟件的課程目前已經(jīng)在各高校的數(shù)字媒體、動(dòng)畫、產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及景觀設(shè)計(jì)等專業(yè)中開設(shè)，相關(guān)專業(yè)的學(xué)生已初步具備完成美術(shù)類工作的基礎(chǔ)和能力。

技術(shù)美術(shù)類工作的從業(yè)人員負(fù)責(zé)將美術(shù)人員已完成的模型、動(dòng)畫、材質(zhì)貼圖文件等素材導(dǎo)入U(xiǎn)E4引擎，并在UE4引擎中制作對(duì)應(yīng)的材質(zhì)球，編輯地形，布置燈光，創(chuàng)建特效等。這類崗位在UE4開發(fā)項(xiàng)目中為必備崗位。技術(shù)美術(shù)類崗位工作內(nèi)容與學(xué)校課程的關(guān)聯(lián)度較高，學(xué)科差異性較小，較適合藝術(shù)、設(shè)計(jì)與影視類專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。

關(guān)卡編輯類工作通常使用UE4中的藍(lán)圖（Blueprint）功能及編程，藍(lán)圖是一個(gè)完整的可視化游戲腳本系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)思想是使用基于節(jié)點(diǎn)的界面從虛幻編輯器中創(chuàng)建游戲元素。藍(lán)圖為設(shè)計(jì)人員提供了一般僅供程序員使用的工具[1]。藍(lán)圖系統(tǒng)通過節(jié)點(diǎn)的連接，即可將事件、函數(shù)以及變量進(jìn)行關(guān)聯(lián)，創(chuàng)建一些簡單的互動(dòng)事件及流程邏輯。這方面的知識(shí)對(duì)于藝術(shù)與設(shè)計(jì)類學(xué)生來說，可作為選修課程。

程序開發(fā)類工作涉及C++開發(fā)、API編寫、自定義藍(lán)圖節(jié)點(diǎn)、插件編寫以及前后端開發(fā)等，這方面工作需要設(shè)計(jì)人員具備編程基礎(chǔ)，這方面內(nèi)容和藝術(shù)與設(shè)計(jì)類學(xué)生所學(xué)知識(shí)體系的關(guān)聯(lián)度較低，更適合計(jì)算機(jī)類、軟件工程類專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2 基于官方教程，確定教學(xué)框架和學(xué)時(shí)安排

目前國內(nèi)完整而系統(tǒng)化的UE4教材較少，多數(shù)初學(xué)者會(huì)使用Epic Games官方網(wǎng)站所提供的視頻教程進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)校在開展UE4教學(xué)時(shí)，可參考官方教學(xué)視頻制定教學(xué)大綱。對(duì)于藝術(shù)與設(shè)計(jì)類學(xué)生，他們主要的學(xué)習(xí)內(nèi)容還是集中在技術(shù)美術(shù)方面，目前官方教學(xué)視頻已更新至224集，Epic Games官網(wǎng)視頻教程結(jié)構(gòu)表如表1所示。

官方網(wǎng)站教學(xué)視頻總時(shí)長為近36 h，其中適合藝術(shù)與設(shè)計(jì)類學(xué)生的內(nèi)容包含第1章UE4界面及操作入門，第2章UE4室內(nèi)關(guān)卡（場(chǎng)景）創(chuàng)建實(shí)例，第9章UE4中材質(zhì)和紋理的制作，第10章UE4中的粒子系統(tǒng)以及第18章UE4材質(zhì)補(bǔ)遺。

官方視頻教程主要側(cè)重于對(duì)基本流程做講解，并不強(qiáng)調(diào)教程中的重點(diǎn)，或是就重點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)展開講解。因此，教師在設(shè)計(jì)教學(xué)大綱與課程時(shí)，需要對(duì)每一個(gè)章節(jié)的內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行整理、補(bǔ)遺，并追加練習(xí)實(shí)例，以便學(xué)生更好地掌握知識(shí)。

在實(shí)際教學(xué)中，教師讓學(xué)生掌握UE4引擎中藍(lán)圖和編程以外的技術(shù)美術(shù)類基礎(chǔ)知識(shí)與技能，約需32個(gè)學(xué)時(shí)，但教師需額外安排32～64個(gè)學(xué)時(shí)，指導(dǎo)學(xué)生完成一個(gè)中長期作業(yè)。因此，較為合理的課時(shí)安排為64～96個(gè)學(xué)時(shí)。

3 結(jié)語

對(duì)于藝術(shù)與設(shè)計(jì)類學(xué)生來說，開展UE4課程的主要目的是使學(xué)生具備參與到UE4項(xiàng)目中，承擔(dān)技術(shù)美術(shù)類工作的能力。教學(xué)內(nèi)容建議包含UE4的基本操作、材質(zhì)節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建及連接、模型紋理的導(dǎo)入、場(chǎng)景創(chuàng)建、地形編輯以及燈光和粒子系統(tǒng)。教學(xué)重點(diǎn)可以放在節(jié)點(diǎn)的連接上，讓學(xué)生理解各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)輸出與輸入的關(guān)系以及不同節(jié)點(diǎn)的功能。

從課程相關(guān)度方面來說，UE4的課程建議接續(xù)在Maya或3D Max等三維動(dòng)畫軟件課程之后，學(xué)生對(duì)三維動(dòng)畫技術(shù)有一定了解后，學(xué)習(xí)UE4會(huì)較為容易。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)過Maya的節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)后，可以很快理解UE4中的節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)。教師如有額外的課時(shí)，可以補(bǔ)充藍(lán)圖的入門知識(shí)以及學(xué)習(xí)Matinee板塊，這些知識(shí)可以讓學(xué)生在單純的漫游場(chǎng)景中加入互動(dòng)元素與事件，并創(chuàng)建過場(chǎng)動(dòng)畫。

藝術(shù)與設(shè)計(jì)類學(xué)生掌握UE4引擎的基礎(chǔ)知識(shí)，可以創(chuàng)建出用于沉浸式虛擬設(shè)備體驗(yàn)的虛擬場(chǎng)景;建筑設(shè)計(jì)類、景觀設(shè)計(jì)類、影視動(dòng)畫類學(xué)生可以基于此技術(shù)將所設(shè)計(jì)的作品更好地進(jìn)行展示，供觀眾體驗(yàn)。高校將UE4相關(guān)內(nèi)容引入課程，能夠幫助學(xué)生了解VR、AR以及MR等產(chǎn)品的開發(fā)思路與流程，拓寬學(xué)生就業(yè)渠道。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 李楠，王曉寧，傅文豪，等.基于虛幻4的Steam VR交互功能的實(shí)現(xiàn)[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2018（3）：5-8.

收稿日期：2020-07-24

作者簡介：孔晨（1981—），男，云南昆明人，講師，研究方向：三維動(dòng)畫、游戲策劃、VR/AR產(chǎn)品策劃及開發(fā)。