《黑客帝國覺醒》:UE5影像制作的美學新體驗

張懿慧 丁友東 蔡婧瑤

上海大學上海電影學院,上海 200072

計算機系統的進步推動CG 影像制作邁向了更高的臺階,隨著游戲引擎的迭代升級不斷拓寬影像的創作空間,在“影游融合”的語境下,擁有 “藝術”共性的游戲和電影在復合與互補中呈現跨媒介融合的新態勢。

作為跨世紀科幻經典的 《黑客帝國》系列電影自上映以來就俘獲了全球觀眾的視線,其三部曲更是以優異的票房和口碑成為科幻影史上的一座豐碑。20多年后,《黑客帝國:矩陣重啟》(以下簡稱 《黑客帝國4》) (TheMatrix Resurrections,2021)的上映卻無法延續曾經的輝煌,被貼上了 “票房撲街”“口碑遇冷”等標簽。與之熱度大相徑庭的是在《黑客帝國4》宣發活動中發布的一款由Unreal Engine 5制作的游戲體驗——《黑客帝國覺醒》(The Matrix Awakens),在國內外引起了熱潮。該虛幻引擎體驗以電影短片和游戲Demo穿插播放的形式展現了“平行矩陣世界”,影視級的CG 影像制作讓觀眾難以辨別電影和游戲的界限,喚醒了一代影迷的集體記憶。

1 虛幻引擎: 數字資產的開發與應用

“隨著計算機視覺技術的快速發展和人工智能時代的到來,整個世界都已被數字視覺化了。”步入數字時代后,數字技術的滲透顛覆了各行業的傳統生產方式,技術進步催生新的內容呈現形式在工業生產體系中的表現越來越突出,對于擁有共同技術基礎的游戲和電影而言,正是游戲引擎扮演了連接二者的橋梁角色。游戲引擎的誕生顛覆了游戲產業傳統的制作方式,在一定程度上解決了開發團隊在開發過程中大量重復勞動力的問題。談到游戲引擎,時下呼聲最高的是由美國Epic游戲公司研發的虛幻引擎(Unreal Engine)(以下簡稱UE),代表著引擎的全能化發展走在世界前沿。

1998年《Unreal》游戲發布,虛幻引擎首次在公眾面前亮相,虛幻引擎由此正式誕生。第一代虛幻引擎集成了渲染、碰撞偵測、人工智能 (AI)、圖形、網絡和文件系統,在彩色光照和紋理過濾方面的優異渲染性能表現構建了一個游戲的虛擬世界,精美的建筑和自然環境被賦予游戲特效,在合理的物理結構上打造了游戲體驗感,很快得到了多款游戲的支持。除了游戲之外,虛幻引擎所具有的通用性還被廣泛應用于3D 建模、建筑設計、動作捕捉、電影特效等領域。Epic游戲公司在初代引擎的成功經驗上又推出了第二代虛幻引擎,重新編寫代碼生成了UE2 新的編輯器,支持它擁有更多的功能。UE3問世于Direct X 9時代,計算機技術的助推給予引擎更多的性能提升空間,在光影效果上達到了更高精度的渲染,實現了游戲引擎 “所見即所得”的設計理念,收獲了一大批的忠實用戶,也為第四代虛幻引擎的迭代升級打下了基礎。對于行業制作者來說,項目制作過程中存在很多的不確定因素,設計師、程序員等不同崗位人員的溝通在無法獲得具象參照物時,容易在溝通傳達的過程中出現壁壘和誤差。全能、高效的UE4的發布很好地解決了這一核心問題,“藍圖系統”可視化腳本開發方式,突破了僅編程開發的限制,在實時渲染支持下可以大大提高項目開發團隊的工作效率。與此同時,UE4可支持移動、虛擬現實、臺式機、游戲主機等幾乎所有平臺的軟件開發,Epic游戲公司的前瞻性還體現在其注重引擎在非游戲領域的開拓,例如氣象、建筑、影視等。

“游戲引擎的影像制作是將模型以 ‘數字資產’的方式導入,在引擎系統中進行調整、擺放,并在對角色和場景進行行為函數編寫和光線渲染后形成完整的影像段落。”對于影像制作來說,游戲引擎不同于以往的數字技術是針對制作中的某一環節做輔助,而是可以成為影像的內生動力,從而再建構被導入的“原數字資產”生成 “新數字資產”。UE5則很好地詮釋了這一點,Epic游戲公司在 《初探虛幻引擎5》的官方推文中展示了Demo在PlayStation 5上實時運行的畫面演示視頻 (圖1),驚艷的視覺效果呈現了影視級美術資源的 “數字資產”再建。而后又在 《黑客帝國4》上映之前的造勢活動中發布了《黑客帝國覺醒》游戲體驗,UE5復刻了電影中出現的經典橋段讓觀者分不清是真人演出還是CG 畫面(圖2、3),拉近了游戲與電影在CG 影像制作上的距離。

圖1① UE5在PlayStation 5上實時運行的畫面

圖2② 電影 《黑客帝國》中的Neo

圖3③ UE5實機演示中的Neo

數字技術顛覆了影像創作原有的模式,游戲引擎作為當下熱門的影像創作手段,對于影像制作來說,引擎的應用不僅只在視覺效果層面上帶來了革新,更重要的是它與生俱來的性能優勢改變了虛擬制作原有的格局,在進入電影生產后展現的可視化能力,彌補了電影制作流程中存在的問題。從虛幻引擎的迭代與升級中可見兼容性與開放性的朝向,對影像制作的探索具有重要意義,因其本身所具有的“游戲化”特征可以將 “影游融合”的新態勢進一步推向現實。

2 UE5: 視覺保真度的代際飛躍

虛幻引擎的此次升級主要圍繞 “改變游戲規則的保真度”兩大核心技術,分別是Nanite虛擬微多邊形幾何體和Lumen動態全局光照,二者的結合將重塑游戲影像的形態,打造高質量畫面下沉浸感和逼真度驚人的游戲體驗,讓游戲實機畫面朝著 “電影級畫面”邁進 。UE5高視覺保真度的影像制作的表現,模糊了游戲與電影的界限,為媒介跨越的實現提供新的能量。

2.1 細節的刻畫——Nanite虛擬微多邊形幾何體

虛擬微多邊形幾何體系統Nanite(圖4)的引入代表了游戲引擎在美術方面的跨越式進步。在此之前,美術師為了滿足畫面幀率要求而消耗大量的時間進行優化資源創建多細節層次技術 (Levels of Detail,LOD),甚至降低品質。Nanite技術的出現則突破這一困境,虛擬微幾何體能支持直接渲染高精度的Mesh 資產,是基于Mesh Shader或GPU Driven Rendering的幾何管線,用較高級的自適應動態細分或遮擋剔除,從而達到一個三角形和一個像素等效對應級別的渲染。它將實現分成兩個過程,首先是預處理過程,在模型導入或引擎中修改模型設置時處理,把高精度模型預處理成一簇簇的三角形簇,建立分層分頁結構用于渲染和加載,這一步對應的是Nanite的Builder過程;其次是運行過程,分為流式加載部分及渲染流程部分,流式加載套用了UE的Pixel Streaming (像素流技術)系統并為Nanite定制特化,渲染使用部分為數據準備、剔除及光柵化等幾個子步驟。

圖4① Nanite虛擬微多邊形幾何體演示

在Nanite技術支持下,美術師可以直接使用影視級別的美術資源進行游戲制作,如Zbrush模型、攝影測量掃描資源、CAD 數據等可以直接導入引擎,無需擔心高面數模型帶來的內耗。同時Nanite幾何體可以被實時流送和縮放,解決了圖形制作中需要考量多邊形數量預算、多邊形內存預算以及繪制次數預算的問題。美術師也不用再按部就班將細節烘焙到法線貼圖或手動編輯LOD,依然可以保持高質量的畫面效果。可以說Nanite技術解決了引擎存儲空間、加載時的磁盤IO、渲染時海量的三角形數量所帶來的頂點渲染(Vertex Shader,VS)計算量和光柵化壓力的問題。

2.2 光影的建構——Lumen動態全局光照

Lumen是UE5中的一種全動態全局光照解決方案(圖5),其最主要的特點是無需硬件就能實現光線追蹤的效果,并且支持實時的全動態全局光照(Global Illumination,GI),無需預先烘焙,間接光照會根據直接光照或幾何體的變動實時發生改變。例如根據時間改變太陽光照射角度、人物角色打開手電筒或沖向一扇通向戶外的門等情景,Lumen對室內外場景光影的把控均可以達到高質量的平衡。

圖5① Lumen動態全局光照演示

在技術實現層面上,Lumen 使用多種光線追蹤方法來解決全局照明和反射,它通過有向距離場(Signed Distance Fields)使用軟件光線追蹤,與此同時啟用硬件光線追蹤在支持的視頻卡上獲得更高質量。針對軟件光線追蹤,Lumen使用有向距離場加速軟件光線追蹤,在啟用生成網格距離場后,渲染器將“網格距離場”合并為 “全局距離場”以加快跟蹤速度。另外,為了平衡近距離和遠距離的追蹤質量與效率,Lumen的軟件光線追蹤提供了兩個追蹤選項,分別是細節追蹤,跟蹤單個網格的距離場以獲得最高質量;以及全局跟蹤,針對全局距離場進行跟蹤以獲得最快的跟蹤。最后Lumen的全局光照還綜合了其他的照明方法以適應不同環境,實現了實時光線反彈、動態漫反射間接光照、天空光照的最終采集,提供無限次數的漫反射,它使游戲不必再受到世界必須是靜態的束縛,并能夠以更快的速度迭代技術自身。

影像制作中畫面細節的處理對視覺效果有決定性作用,也是虛擬影像制作一直以來的難點,而光影的建構又是影像制作的重中之重,對于光影的把控也會直接影響觀者在視覺上的接受從而決定心理認同,可以說Nanite和Lumen技術的集合帶來的逼真度和自由度體驗,不論是對從業者還是玩家都是一份紅利,萬眾期待的次世代畫面不再是一個抽象的概念。

3 “電影” 與“游戲” 的次世代交互體驗

游戲作為新的“第九藝術”,在發展的過程中同電影一樣融合了其他多種藝術形式,但受到技術的限制,游戲畫質始終無法如同電影級畫面一般達到極致。如前文所述,美術級別的資源在UE5的建構下能夠輸出電影級畫面,帶來的視覺高保真度體驗達到了人們對“互動的影視級別畫面”的向往,“電影”與“游戲”的交融正在走向一種跨媒介的美學。

在《黑客帝國覺醒》的開頭,熟悉的綠色數字雨瞬間喚醒了體驗者們的集體記憶,以演員基努·里維斯的聲音開啟UE5體驗,喚醒了由引擎打造的《黑客帝國》中正在電腦面前沉睡的Neo,而后鏡頭又切換到了基努·里維斯的身上,來到 “矩陣”初體驗地 (圖6)。隨即拋出了電影中的經典問題:“我們怎么知道什么是真實?”進一步將體驗者帶入情景。鏡頭跟隨里維斯的視角進入鏡子——由UE5打造的 “平行矩陣世界”。在這樣的鏡頭語言安排下,達到了無法區分實機演示和真人表演的目的。電影鏡頭部分演示結束后,轉變成一場包括快節奏汽車追逐和第三人稱射擊操作的互動體驗。在Neo和Trinity談話中巧妙安排了代表玩家視角的新角色登場,通過第一視角和第三視角的交織,展開與矩陣特工們的激烈對決,這段難辨 “游戲”與 “電影”的交互體驗最后以 “子彈時間”的經典再現完美落幕。雖然是很短小的體驗,但實時渲染生成的畫面與電影級畫質如出一轍,足以讓體驗者感受到UE5建構虛擬世界的逼真性。UE5打造的 《黑客帝國覺醒》也被稱之為“未來交互式敘事與娛樂”。

圖6③ “矩陣”初體驗地

數字時代影像的真實感不再僅僅是對現實的復現,視覺呈現愈發趨向于 “創構性”發展,正如鮑德里亞所提出的 “超真實”概念,經由數字技術可以進入超越現實的影像真實世界。在 “影游融合”的語境下,電影和游戲的無縫銜接不僅停留在對可見影像的建構。在進入影像真實世界的基礎之上,更要強調觀者的主體性提升,即使這段UE5的體驗還無法支持VR 等設備,但卻在一定程度上已經具備了“互動性”與 “敘事性”融合的特點。以電影情節和互動體驗的形式進行組合,具有天然的游戲“互動性”,超越了體驗者視覺層面對所見影像的認同,又將電影中具有代表性的元素植入到互動體驗中,增強了體驗者與影像的互動所形成的心理認同,達成體驗者對美學的更高追求。

“虛擬制作不僅是一種新技術形式,未來會發展為一種新的文化美學形態,并且隨著不同領域研究者們的深入研究、應用,必將形成一套屬于各個領域全新的創作‘方法’理論和實踐模式體系”。數字技術給各領域帶來影響的同時又促進它們轉型,游戲引擎為游戲而生但不止于游戲開發,在計算機技術的鍛造下,歷經迭代升級并朝著多元化應用趨勢發展,不同領域數字資產的共享性成為游戲引擎生產力的催化劑。

4 結語

虛幻引擎作為當下最先進的游戲引擎,不僅是游戲開發的主力軍,還被廣泛應用于影視、建筑、汽車運輸等行業。UE5在細節刻畫和光影建構上的革新為影像制作創造了新的可能,游戲實機畫面向“電影級畫面”逼近,游戲與電影的界限將更難以區分,無論是游戲玩家,還是電影觀眾都會擁有全新的美學體驗。在數字時代,技術迭代更新的腳步不會止步,或許通過一定的互動設備,未來在UE5建構的虛擬世界里可以實現沒有邊界的終極娛樂體驗。

注釋

①圖片來源:https://mp.weixin.qq.com/s/BIpc Y2Q7n Tw A8 tcqeFea4Q。

②圖片來源:影片 《黑客帝國》。

③圖片來源:https://www.unrealengine.com/zh-CN/blog/introducing-the-matrix-awakens-an-unreal-engine-5-experience。