虚幻引擎开发基础与实践

本书介绍虚幻引擎的基本理论知识, 以及面向虚拟现实、数字人、元宇宙数字新技术领域的前沿产业, 内容涵盖虚幻引擎理论基础、核心功能模块、可视化蓝图脚本编辑和行业应用案例, 采用知识点和案例化教学应用相结合的方式构建完整的虚幻引擎知识与应用体系。

第1章 虚幻引擎概述 1 1.1 UE简介 1 1.2 UE的下载及安装 3 1.3 UE编辑器 5 1.3.1 UE基本概念 5 1.3.2 常见UE编辑器 5 1.3.3 UE开发模板 10 1.4 UE项目创建和管理 10 1.4.1 新建项目 10 1.4.2 打开已有项目 13 1.5 UE 4入门实践 14 1.5.1 创建第一个UE 4案例 14 1.5.2 Marketplace资产 14 1.5.3 UE?4插件的使用 15 第2章 虚幻引擎关卡 16 2.1 关卡设计和搭建 16 2.1.1 关卡背景 16 2.1.2 关卡资源 16 2.1.3 关卡搭建 17 2.2 UE编辑器视口 17 2.2.1 视口导航 17 2.2.2 场景对象操作 18 2.2.3 视口类型 20 2.2.4 视口其他设置 21 2.3 UE内容浏览器 23 2.4 Actor对象 25 2.4.1 创建Actor对象 25 2.4.2 资产导入 25 2.5 地形编辑 25 2.5.1 地形创建 25 2.5.2 地形雕刻 27 2.5.3 地形样条线 29 2.6 植被工具 30 2.6.1 植被工具的使用 30 2.6.2 碰撞设置 32 2.7 虚拟世界创建案例 33 2.7.1 虚拟世界地形创建 33 2.7.2 湖水创建 34 2.7.3 建筑物添加 35 2.7.4 场景丰富 36 2.7.5 雾效、光设置 37 2.7.6 虚拟世界漫游 38 第3章 蓝图 39 3.1 蓝图概述 39 3.1.1 蓝图的基本概念 40 3.1.2 蓝图的类型 41 3.1.3 蓝图编辑器 45 3.2 事件节点 48 3.2.1 Event BeginPlay事件节点 49 3.2.2 On Actor Begin Overlap事件节点和On Actor End Overlap事件节点 52 3.2.3 On Component Begin Overlap事件节点和On Component End Overlap事件 节点 55 3.2.4 Event Tick事件节点 59 3.2.5 键盘响应事件节点 61 3.2.6 鼠标响应事件节点 62 3.3 变量 65 3.3.1 变量概述 65 3.3.2 结构体变量 66 3.3.3 对象变量 68 3.3.4 枚举变量 69 3.3.5 数组变量 71 3.4 Math类型节点 73 3.4.1 加法节点 73 3.4.2 减法节点 74 3.4.3 乘法节点 75 3.4.4 除法节点 76 3.5 构建脚本 76 3.5.1 随机散布工具的概念 77 3.5.2 变量的创建 80 3.5.3 碰撞网格体的添加 86 3.5.4 随机流的实现 89 3.6 循环 95 3.6.1 For Loop节点 95 3.6.2 For Loop With Break节点 96 3.6.3 For Each Loop节点 98 3.6.4 While Loop节点 100 3.7 蓝图通信 102 3.7.1 直接通信 102 3.7.2 类型转换通信 106 3.7.3 蓝图接口通信 110 3.7.4 事件分发器通信 114 3.8 蓝图应用实例 118 3.8.1 昼夜交替 118 3.8.2 关卡跳转 121 3.8.3 关卡内瞬移 124 第4章 材质 126 4.1 材质的基本概念 126 4.2 认识材质编辑器 126 4.2.1 新建材质 126 4.2.2 材质编辑器界面 127 4.3 材质节点 130 4.3.1 主材质节点 130 4.3.2 常量节点 131 4.3.3 变量节点 132 4.3.4 运算节点 134 4.3.5 函数节点 134 4.4 材质编辑器的使用 135 4.4.1 新建材质节点 135 4.4.2 新建材质实例 136 4.4.3 新建动态材质 137 4.4.4 新建材质函数 138 4.5 地形材质 141 4.5.1 搭建标准材质函数 141 4.5.2 地形材质编辑 144 4.6 认识UV 146 4.6.1 UV贴图 146 4.6.2 UV创建 147 4.6.3 UV在UE中的使用 148 4.7 材质编辑实例 151 4.7.1 材质变化效果 151 4.7.2 涟漪材质效果 153 4.7.3 分层材质效果 156 第5章 光照 169 5.1 光照概述 169 5.1.1 光源概念 170 5.1.2 阴影 170 5.1.3 反射 171 5.2 光源 171 5.2.1 光源类型 171 5.2.2 光源属性 174 5.2.3 光源的移动性 181 5.3 光照函数 183 5.3.1 光照函数材质 183 5.3.2 贴花材质 186 5.4 全局光照 189 5.4.1 Lightmass全局光照系统 189 5.4.2 静态全局光照 192 5.4.3 动态全局光照 194 5.5 光照案例 197 5.5.1 室外场景日光模拟 198 5.5.2 舞台灯光实现 202 5.5.3 室内场景日光模拟 207 第6章 视觉效果 209 6.1 视觉效果概述 209 6.2 Niagara视觉效果 209 6.2.1 Niagara概述 209 6.2.2 Niagara插件的启用与Sprite粒子系统的创建 211 6.3 粒子特效 219 6.3.1 粒子特效概述 219 6.3.2 粒子系统的创建与编辑 219 6.4 后期特效 220 6.4.1 后期特效概述 220 6.4.2 抗锯齿 221 6.4.3 曝光设置 221 6.4.4 后期处理材质 222 6.5 视觉效果实例 224 第7章 音频系统 230 7.1 音频系统概述 230 7.2 导入音频资源 230 7.3 给场景添加音效 231 7.3.1 添加背景音效 232 7.3.2 音效衰减 232 7.3.3 立体声 233 7.3.4 混响 233 7.3.5 音效类 235 7.3.6 给动画添加声音 235 7.4 Sound Cue 236 7.4.1 Sound Cue编辑界面 236 7.4.2 Sound Cue节点 237 7.4.3 Sound Cue的应用 237 7.5 通过蓝图控制音效 239 7.5.1 触发器的应用 239 7.5.2 通过蓝图实现音效切换 240 第8章 Sequencer过场动画系统 243 8.1 Sequencer概述 243 8.1.1 电影级别序列 243 8.1.2 创建关卡序列 245 8.1.3 Sequencer编辑器 247 8.1.4 Sequencer动画案例 247 8.2 Sequencer轨道 248 8.2.1 镜头切换轨道 248 8.2.2 音频轨道 252 8.2.3 渐变轨道 253 8.2.4 播放速率轨道 253 8.2.5 动画轨道 254 8.2.6 事件轨道 257 8.2.7 主序列 262 8.3 电影渲染设置 263 第9章 物理系统 264 9.1 物理引擎简介 264 9.1.1 碰撞 264 9.1.2 碰撞预设 265 9.1.3 碰撞交互 269 9.2 物理约束 272 9.2.1 物理约束Actor 273 9.2.2 物理约束组件 274 9.3 物理材质 275 9.3.1 物理材质的创建 275 9.3.2 物理材质的使用 276 9.3.3 物理材质的应用 277 9.4 Chaos系统 279 9.4.1 Chaos的使用 280 9.4.2 破坏系统 280 第10章 UE行业应用案例――数字孪生 282 10.1 数字孪生概述 282 10.1.1 数字孪生的内涵与发展 282 10.1.2 数字孪生的特征 283 10.1.3 UE与数字孪生 283 10.2 孪生系统前期策划 284 10.2.1 孪生场景的选择 284 10.2.2 功能需求分析 284 10.2.3 架构设计 284 10.3 开发平台介绍 285 10.3.1 Twinmotion 285 10.3.2 Blender 288 10.3.3 3ds Max 290 10.4 城市模型获取和优化 291 10.4.1 使用Blender获取城市模型 291 10.4.2 使用3ds Max给城市模型贴图 293 10.5 园区场景构建和完善 295 10.5.1 使用3ds Max制作园区具体建筑模型 295 10.5.2 使用Twinmotion完善模型 295 10.5.3 使用UE 4整合与完善模型 299 10.6 交互设计和实现 300 10.6.1 漫游实现 300 10.6.2 射线检测 304 10.6.3 昼夜切换 305 10.7 孪生系统附件模块和案例演示 306 10.7.1 链接可视化图表 306 10.7.2 获取实时天气情况 308 10.7.3 UMG界面制作 309 10.7.4 数字孪生案例演示 309 第11章 UE行业应用案例――虚拟制片 311 11.1 虚拟制片概述 311 11.2 虚拟制片的工作流程 312 11.2.1 初期阶段 312 11.2.2 预演阶段 312 11.2.3 制作阶段 314 11.2.4 后期阶段 315 11.3 虚拟场景设计 315 11.4 摄像机追踪技术 316 11.4.1 摄像机 316 11.4.2 追踪 316 11.4.3 追踪系统 316 11.5 虚拟灯光及音效 317 11.5.1 灯光设计 317 11.5.2 音效设计 317 11.6 虚拟制片案例 318 11.6.1 摄像机跟踪拍摄案例 318 11.6.2 LED幕墙显示案例 319 11.6.3 视效预览案例 319 11.6.4 iPad虚拟拍摄案例 320 第12章 UE行业应用案例――数字人 325 12.1 数字人概述 325 12.1.1 数字人的概念和特征 325 12.1.2 数字人系统 326 12.1.3 数字人的类型 326 12.1.4 数字人的应用场景 327 12.2 数字人的设计原则 327 12.3 数字人技术实现 328 12.4 MetaHuman 329 12.4.1 创建MetaHuman 329 12.4.2 访问和下载MetaHuman 340 12.4.3 将MetaHuman资产通过Quixel Bridge插件导出 341 12.4.4 将MetaHuman资产导出到UE中 342 12.5 LiveLink表情捕捉 344 12.6 LiveLink实时动作捕捉 346 12.6.1 安装LiveLink插件 347 12.6.2 捕捉流程 348 12.7 虚拟抠像与视频合成 350 参考文献 352