VR交互动画短片《拾梦老人》的开发经历

作为VR交互动画短片《拾梦老人》的开发者，笔者从引擎选取、技术创新、填坑之路以及后期展望等多个角度，为我们细细道来了他们的开发故事。

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笔者去年写了一篇关于如何打造高逼格耀斑效果的文章，很荣幸得到大家的关注。本人平日乐于分享自己工作中的点滴技术心得，欢迎大家联系我进行技术相关的交流学习。

今年笔者在PintaStudio，这是我在中科院的同学创立的一家VR电影工作室，我们希望用游戏引擎实时渲染的方式来表达艺术家的思想。同时，我们制作的VR沉浸式感受也是一种全新的观影体验。接下来，我将简述整个开发的历程。

VR交互动画短片《拾梦老人》剧照

一、引擎的选择 （Unity VS UE）

立项阶段，我们遇到了引擎选择上的分歧。我们想做的是重量级大作，所以最初的想法是采用一个重量级引擎。早期做端游时，我们了解得最多的是CRY ENGINE（下称“CE”）和UNREAL ENGINE（下称“UE”）了，这两个引擎就是引擎界的“西门吹雪”和“叶孤城”，长期霸占着国外的大作市场。CE这些年在国内推广不利，所以在最初阶段，更多的小伙伴希望用UE来做我们这个电影。我的加入，给团队带来了新的选择—Unity。相比前两个引擎，Unity可以说是后起之秀，尤其近3年手游的兴起，才把Unity引入大众的视线。我们主要对UE和Unity两个引擎进行了比较：

1. 在视觉效果上，UE的完成度更高。引擎自带了比较多的效果如Light
   Propagation、各种Volume效果；UE的实时光照用的是经典PBR光照模型，更加接近艺术家们要求的Maya效果；UE的ShaderTree，更是给人一种“屌丝图形码工可以退休”的感觉。反观Unity，自带的效果比较有限(不考虑庞大逆天的AssetStore情况下)，而且引擎中增加了一些无端端的优化，造成了一些视觉上的Bug，遭到一些艺术家的诟病。
2. 性能上，UE没有对所有模块做全部测试，但是Unity经历了90%以上手游的考验，相信可以保证影片的流畅性；同时因为有更多的移动开发案例，所以小胜UE。
3. 操作上，UE更强大的功能必然会导致编译时间较长；对于喜欢改装引擎的老司机，修改UE代码需要对它所有的模块都熟知；加上是基于C++的开发，程序需要格外小心内存、指针等各种问题。再看Unity，Unity把一些固定代码做了封装，改装引擎最多只能是对某些模块进行重写(当然，这样改装的结果可能导致性能略低，但是对于我们项目而言，不涉及过多硬件交互)，不太容易出现问题；Unity是基于C#的开发，程序也相对耐操一些，对于支持VR的PC硬件，内存不是最致命的问题，但怕GC太多。

综上所述，我建议团队采用Unity引擎。尽管后来被几个大坑坑得鼻青脸肿，但是从项目进度以及结果来看，这个引擎基本上达到了我们想要的效果。

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二、技术创新

Unity引擎本身的画质相对来说是较为简朴的，但是对于电影来说，艺术家希望能有一些更丰富的画面表现。我之前在公司运营团队写的一篇文章里也简单提过，大家可以参考：
https://mp.weixin.qq.com/s/TozfSpORF8mb89pao-t4rg

在这里我们举个简单小例子:

如上图这个光影效果，上面窗户衍射效果就有很多种实现方法。先对Depthmap做边缘的blur，然后计算光照是一种办法；直接对Render Target做局部的bloom也是一种方法；OffScreenRenderTarget，渲染一张低分辨率的光照贴图，然后合成回MainTarget，也不失为一种好方法。

对于地上阴影的边缘效果，怎么实现呢？CookieTexture？错误，你没有办法用CookeTexture去解决不规则的阴影衍射，更何况阴影的边缘颜色是艺术家幻想的。那怎么办？其实不难，它是软阴影算法的变种，所以，利用概率采样ShadowMap的方法得到阴影边缘，然后在边缘地区做颜色叠加即可实现。

我们再举一个小例子：

这狗的耳朵是不是有点透明？其实这就是个SSS效果，实现方法是：对于一个表面，沿着视线方向做一个延伸，取到次表面的光照，再叠加到前表面的颜色上。仔细看Unity树叶的Shader（Unity内置Terrain里的Shader），有个变量backcontrib，是把树叶背面的颜色叠到前面来，其实也是sss的变种。

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三、重重阻碍

我们项目的开发进程充满艰辛，在此列举部分，给可能要入坑的同学提个醒：

1. 普通物件Standard材质
因为进度原因，我们仍然采用了Unity自带Standard里的PBR光照模型，这个光照模型是经典模型的简化版，对于大多数渲染对象来说还是可行的。但Unity自带的StandardShader在支持半透物件时，就会出现瘫痪的情况。如下图：

左图为正确效果，右图为UnityStandard的错误效果。这是由于StandardShader里Transparent 没有 Z Buffer 导致。那么有同学又会问“我用cut out不就行了么？”但是cut out是用RenderQueue来解决问题的，我希望上面这个腿和靴子来个半透明效果，它就没办法实现了。比如下图这个淡出效果:

此外，Unity还有一个致命的“优化”，就是在OpaqueQueue之后会把ShadowMap给销毁掉。所以半透明物件无法接受阴影。另外，关于点光源，如果光源范围内没有任何物体，Unity会把Lightmap也“优化”掉。类似这样的小细节Bug比较多，但需求不会因为引擎的Bug而减少或者降低标准。一个坑一个坑地填起来，也花费了我们相当大的精力。

2. 特效
如果说普通物件的材质是被Unity坑了一下，那么特效就是被VR的SDK给坑得鼻青脸肿。当时我们用的是HTC VIVE的Steam VR的SDK。研发完成之后才发现，这个SDK对RenderCommand和OffScreenCamera支持极差(OffScreenCamera没有办法左右眼矫正)，也就是说所有的特效必须写在固定管线里，比如这种Volumetric Light。我们需要离线烘焙好ShadowMap，然后再前向渲染时，用RayTrace去模拟它的attention。

上面两张图中，左图是正确的效果，右图是SteamVR里可能看到的效果（因为OffScreen Camera位置没有经过左右眼矫正，所以位置看上去是偏移的，甚至不在屏幕里）。

3. 其他
在VR的开发中，相机也是个坑。因为传感器会实时地重置相机位置，所以你没有办法去动态改变相机，只能通过反向移动场景的方式来实现相机的动态切换。这也消耗了我们很多的时间来填这个坑。

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四、展望

Unity 引擎自带的渲染模块基本都有些许欠缺，但是近年来随着Compute Shader、Render Command这些接口的提出，给我们引擎开发者提供了很大的可扩展空间。正如我多次在UWA技术群（465082844）里呼吁的：引擎是用来帮助开发者减少工作量的，不是用来完全依靠的。没有一款引擎能满足所有项目都通用的需求，所有引擎都需要根据不同的项目来做修改。一个不会造发动机的人，可以开车，甚至简单地维修汽车，但是你没法成为造车场的老司机或者职业赛车手。

附《拾梦老人》1分钟唯美预告片：

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这是侑虎科技第226篇原创文章，感谢作者张言丰（资深TA，QQ：306566807）供稿。当然，如果您有任何独到的见解或者发现也欢迎联系我们，一起探讨。（QQ群：793972859）

作者也是U Sparkle活动参与者，UWA欢迎更多开发朋友加入U Sparkle开发者计划，这个舞台有你更精彩！