如何在UE4中創建真實的草？

大家好，今天將繼續給大家帶來一篇翻譯文章。續上篇 如何製作程序草叢 ？之後，這個草地的解決方案會與之前的略有不同，希望能夠給你的項目開發過程中帶來一些靈感。

1、介紹

大家好！我叫Nils Arenz，是一名來自德國的Junior 3D Environment Artist。今年早些時候，我完成了計算機圖形和圖像處理領域的學習。在我的畢業論文中，我使用Nvidia PhysX庫開發了一個用來模擬不同類型的雪崩應用程序。我的主要研究領域是C++和OpenGL編程，但是，我更喜歡將現有的計算機圖形領域的知識，引入到數字藝術領域。我在大學的時候也常常參加遊戲或電影藝術項目，並提高我對虛幻引擎的了解。然而我畢業後，不得不做出選擇：作為一名程序員工作？還是追隨我的夢想並努力成為一名3D Environment Artist？我選擇了最後一個，我對這個決定非常滿意！

我的主要興趣領域是盡可能地設計出複雜詳細的大自然，但要以非常有效的方式做到這一點。由於我的3D計算機圖形方麵的背景，對我後麵工作中的優化設計有很大幫助，因為，我知道所有計算背後的數學原理。

2、創建基礎植被

在我概念裏麵，植被的創建將分為五個部分。首先是視覺質量要非常的高，一個草的葉子或是其他部分，不僅僅是綠色的簡單模型片。我創建的所有的植被貼圖，都是在一個可移動的工作室裏掃描的，可以是在樹林裏，也可以是在家裏，以獲得最好的照明設置

其次，我們的方案還需要一些風的動畫，其實，你在森林裏能看到的植被並不是靜止的。

 第三，你需要某種與植被互動的效果。如果，你的腳踩到常春藤樹枝，那麼樹枝應該會有一定的反應。（譯：你的腳踩下去時候，植物會塌下去，腳離開後，植物又會恢複原狀。）

你的植被應盡可能複雜/獨特，但同時要高效。如果您隻使用5種不同的草葉來設計草叢，這看起來不太好。當你擁有的植物種類越多，效果就會越好。當然，你後麵要優化的也越多，對你的設計感到滿意的人就越多。

3、構建草叢

最常見的製作草的方法是在albedo貼圖中，把草的葉片並排排列起來，並使用一個平麵UV將其映射到一個麵片上。然後，把這些平麵，以不同的角度相互堆疊。如果你垂直向下看草，你就會看不到下方的草葉。更好的方法是在每片草葉周圍放置一個較小的平麵模型，並將這些草葉作為一個結構。

這兩種方式都有兩大缺點：四邊形（alpha通道）的透支和Shader 複雜度非常高。減少這些問題的唯一方法是單獨對每片草葉進行建模，以便盡可能的降低透明通道的使用，這也將降低四邊形（alpha通道）透支的問題。這種方法的缺點是頂點數比其他方法高。另外，要使用 Unreal Engine Pivot Painter Tool 2.0這個工具，這樣，我們就需要一個更精細的網格來模擬風吹擺動的效果。此外，我們在UE4使用的是樹葉實例，這也使得頂點數變得不那麼重要。

4、多元化的草

你可以跟著我的工作流程掃描素材，你可以割草，它會保持新鮮約一個小時，這與花不同。因我住在鄉下，我可以在外麵搜集一大堆草，有一點要留意，選擇高度多樣化不同種類的草很重要。接下來，我將草帶回家中，為了以後獲得最佳的效果，你還需要挑選各種不同外觀的葉子，你可以從下圖看到這點。

對於每種草，我挑選了大約5-10種不同的獨特葉片。為了獲得最佳性能，我將所有這些都打包放在了一張Albedo貼圖中。總的來說，我在紋理處理階段提取出了84種不同的草葉。每個對象都進行了建模，多次複製，然後轉換成不同的形狀。所以，我想出了150多種不同外觀的草葉。

下一步是創建草叢，你可以使用foliage刷出來。對於這個資產，我製作了82個草的筆刷組件，為你提供了高度的樹葉變化。這些草叢是由100-200個草葉組成，每個草叢的平均頂點約為1200個。畫筆作為對象實例工作，那麼頂點數就不是很重要。使用虛幻引擎，您必須在 x、y 和 z 軸上添加大約+-20% 大小的自由變換，即草地Landscape的每個部分看起來都完全不同。

由於較低的Shader複雜性和較低的四邊形透支，與其他草葉相比，性能更高，即使當前這個版本的頂點數更高。目前的LOD是由虛幻引擎自動生成的。我正在研究一個新的方案，它通過減少每個草葉的高度間隔來降低頂點數。為了測試性能，我製作了一個簡單的場景並在其中放置了30k個草叢實例。在GeForce 1070 GTX情況下，幀數也能維持在 80 到 120 之間。

5、動畫

草叢的動畫是當前資產的關鍵特征。虛幻引擎中最常用的草和樹葉運動動畫是Simple Grass Wind節點。它的主要功能是彎曲整個草叢集群。缺點是彼此相鄰的草葉具有非常相似的動畫，因為，它們會以相同的強度向同一方向彎曲。盡管如此，我在項目的前期，還是使用此功能來創建風吹動草地滾動效果。

但是，後來我對這樣的效果並不滿意，所以，我做了一些研究並發現了Pivot Painter Tool 2.0。經過數周的反複試驗，我大致掌握了管道的創建和所有參數的控製。Pivot Painter Tool將風動畫是應用在草叢的每一片葉子上，而且所有計算都在Shader中完成。每個對象的這些變換都是基於其軸心點進行的。所以，頂點數越高，動畫就越流暢。現在所有的對象移動完全不同，但是卻都以相同的方式由參數控製。虛幻引擎已經完善了所有重要參數，如風強度、風向、彎曲強度、隨機風向變化等等。

另一個重要步驟是，分別繪製所有草的葉片頂點。如果側葉的移動量大於草的莖，則動畫效果會更好。這種方法的缺點是，每個草叢都需要一個單獨的材質實例，因為，需要告訴材質軸點的位置以及軸點指向的方向。

由於項目需要一個獨特的Material Instance，因此，你也可以單獨分配所有風參數，高草叢受風的影響比短草要多。此外，你還可以更改場景中的風向和其他值，使用這種方法，你隻需點擊幾下，就可以改變整個植被係統的風向、風力、風的湍流和更多參數，這將使您的植被看起來非常活躍。

6、未來計劃

草的組件是我推出的Biome組件必備組件的一部分。這將是一個包含所有植物、花卉、草以及更多的東西，可以很好地填滿你的地形。當然，所有元素都會有風吹動的動畫和優化後的效果。我將把這個Biome組件分成三個部分，第一部分是草，這是最重要的，它將是一個大組件，目前登陸UE4Marketplace，更多信息將在虛幻市場論壇上發布。另一個組件，將是野生草甸花卉和地麵植物。在這之後，我打算做一個森林樹葉包，裏麵有森林蕨類植物、小灌木、小樹等元素。而在在這裏，草地、風和角色之間的相互作用才是本次的重點。

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