UE4在高校設計類專業虛擬現實課程中的教學應用

摘要：隨著虛擬現實技術的不斷發展與成熟，許多高校開設了虛擬現實類課程，這類課程大多以講授三維建模、動畫、燈光渲染等技術為主。課程中所完成的作品多以三維動畫短片的形式展示。UE4作為一款游戲開發引擎，所開發的產品可兼容多款主流沉浸式虛擬現實設備。現通過對UE4所具備的功能模塊以及設計行業內工種分類情況進行分析，探討了虛擬現實類課程建設中UE4內容的教學方向、課程相關性以及教學重點。

關鍵詞：UE4;虛擬仿真;虛擬現實;高校課程建設

0 引言

對于大多數虛擬現實內容產品的開發者來說，選擇一款功能穩定、軟硬件兼容性強、易于開發與移植、具備良好持續維護能力的引擎是項目立項時優先需要考慮的問題。UE4作為一款成熟的游戲引擎，為開發者們提供了所見即所得、可快速開發與便捷發布產品的平臺。

UE4是由Epic Games公司開發的開源游戲引擎。該引擎于1998年發行，一共發行了UE、UE2、UE2.5、UE3、UDK、UE4多個版本，截至2020年年中，已更新至UE4.25版，且已發布了UE5的預覽視頻及技術預告。

UE4采用了免費授權、免費下載以及5%游戲流水分成的EULA方式。因此，各高校將該引擎用于教學及研究是免費的，利用UE4制作的展示作品或文創產品，只要不用于商業盈利，Epic Games公司也不會收取任何費用。

UE4的即時渲染功能使它的應用不僅局限于開發游戲，還可被用于電視劇場景合成、影視動漫制作、室內/室外場景漫游以及電影虛擬拍攝等諸多領域。UE4由于引擎功能模塊所涵蓋的范圍較廣，其復雜程度超過了一般的設計類軟件。各高校教師在制定教學大綱時，對UE4引擎的功能點進行評估，確定哪些功能適合設計類專業學生學習，就成為了教師在課程建設中需要重點關注的問題。

1 基于UE4開發項目中的職責分配，確定教學方向

利用UE4開發項目的從業者大致分為美術類、技術美術類、關卡編輯類和程序開發類4個方向。

美術類工作的從業人員通常使用Maya、3D Max以及ZBrush等軟件完成角色、物件、場景的建模，UV拆分、角色綁定等工作，通過Substance Painter、Photoshop、BodyPaint 3D、Mari、3DCoat等軟件制作材質貼圖。涉及上述幾款軟件的課程目前已經在各高校的數字媒體、動畫、產品設計以及景觀設計等專業中開設，相關專業的學生已初步具備完成美術類工作的基礎和能力。

技術美術類工作的從業人員負責將美術人員已完成的模型、動畫、材質貼圖文件等素材導入UE4引擎，并在UE4引擎中制作對應的材質球，編輯地形，布置燈光，創建特效等。這類崗位在UE4開發項目中為必備崗位。技術美術類崗位工作內容與學校課程的關聯度較高，學科差異性較小，較適合藝術、設計與影視類專業的學生進行學習。

關卡編輯類工作通常使用UE4中的藍圖（Blueprint）功能及編程，藍圖是一個完整的可視化游戲腳本系統，其設計思想是使用基于節點的界面從虛幻編輯器中創建游戲元素。藍圖為設計人員提供了一般僅供程序員使用的工具[1]。藍圖系統通過節點的連接，即可將事件、函數以及變量進行關聯，創建一些簡單的互動事件及流程邏輯。這方面的知識對于藝術與設計類學生來說，可作為選修課程。

程序開發類工作涉及C++開發、API編寫、自定義藍圖節點、插件編寫以及前后端開發等，這方面工作需要設計人員具備編程基礎，這方面內容和藝術與設計類學生所學知識體系的關聯度較低，更適合計算機類、軟件工程類專業的學生進行學習。

2 基于官方教程，確定教學框架和學時安排

目前國內完整而系統化的UE4教材較少，多數初學者會使用Epic Games官方網站所提供的視頻教程進行學習。學校在開展UE4教學時，可參考官方教學視頻制定教學大綱。對于藝術與設計類學生，他們主要的學習內容還是集中在技術美術方面，目前官方教學視頻已更新至224集，Epic Games官網視頻教程結構表如表1所示。

官方網站教學視頻總時長為近36 h，其中適合藝術與設計類學生的內容包含第1章UE4界面及操作入門，第2章UE4室內關卡（場景）創建實例，第9章UE4中材質和紋理的制作，第10章UE4中的粒子系統以及第18章UE4材質補遺。

官方視頻教程主要側重于對基本流程做講解，并不強調教程中的重點，或是就重點知識點展開講解。因此，教師在設計教學大綱與課程時，需要對每一個章節的內容的重點和難點進行整理、補遺，并追加練習實例，以便學生更好地掌握知識。

在實際教學中，教師讓學生掌握UE4引擎中藍圖和編程以外的技術美術類基礎知識與技能，約需32個學時，但教師需額外安排32～64個學時，指導學生完成一個中長期作業。因此，較為合理的課時安排為64～96個學時。

3 結語

對于藝術與設計類學生來說，開展UE4課程的主要目的是使學生具備參與到UE4項目中，承擔技術美術類工作的能力。教學內容建議包含UE4的基本操作、材質節點創建及連接、模型紋理的導入、場景創建、地形編輯以及燈光和粒子系統。教學重點可以放在節點的連接上，讓學生理解各節點數據輸出與輸入的關系以及不同節點的功能。

從課程相關度方面來說，UE4的課程建議接續在Maya或3D Max等三維動畫軟件課程之后，學生對三維動畫技術有一定了解后，學習UE4會較為容易。當學生學習過Maya的節點系統后，可以很快理解UE4中的節點系統。教師如有額外的課時，可以補充藍圖的入門知識以及學習Matinee板塊，這些知識可以讓學生在單純的漫游場景中加入互動元素與事件，并創建過場動畫。

藝術與設計類學生掌握UE4引擎的基礎知識，可以創建出用于沉浸式虛擬設備體驗的虛擬場景;建筑設計類、景觀設計類、影視動畫類學生可以基于此技術將所設計的作品更好地進行展示，供觀眾體驗。高校將UE4相關內容引入課程，能夠幫助學生了解VR、AR以及MR等產品的開發思路與流程，拓寬學生就業渠道。

[參考文獻]

[1] 李楠，王曉寧，傅文豪，等.基于虛幻4的Steam VR交互功能的實現[J].北華航天工業學院學報，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：三維動畫、游戲策劃、VR/AR產品策劃及開發。