Lumen 等技术有望在 VR/AR
领域得到更广泛应用，为虚拟现实和增强现实体验提供高度逼真的照明效果和沉浸式场景。同时，随着硬件技术的发展，UE5 将能够更好地利用硬件性能，提升
VR/AR
应用的视效质量和流畅度。程序化内容生成框架（PCG）可能会不断完善和成熟，让艺术家能够更轻松地创建大规模、复杂的场景和资产。通过自定义规则和参数，自动生成多样化的环境、建筑、植被等内容，大大提高创作效率，同时也为游戏和其他应用带来更多的变化和新鲜感。
光线追踪技术是如何应用在UE5虚幻引擎视效中的？
一、核心应用场景：从局部效果到全局光照
实时光线追踪阴影（Ray Traced Shadows）
传统阴影技术（如阴影贴图）在处理复杂场景（如毛发、透明物体、微小细节）时容易出现锯齿、漏影或精度不足的问题。UE5
的光线追踪阴影通过追踪光线从光源到物体的路径，精确计算阴影的边界、柔和度和透明度（如树叶缝隙的投影、玻璃后的阴影衰减），尤其适合表现高细节物体（如角色的发丝阴影、金属网格的投影）。
例：在阳光照射的森林场景中，光线追踪能实时计算每片树叶投射的动态阴影，随风吹动呈现自然的晃动效果。
光线追踪反射（Ray Traced Reflections）
对于金属、玻璃、水面等高光反射材质，传统的 “屏幕空间反射”（SSR）只能反射屏幕内可见的物体，容易出现
“反射断裂”（如远处物体在镜面中不显示）。UE5
的光线追踪反射可追踪光线反弹路径，准确反射场景中所有物体（包括屏幕外的物体），并支持多层反射（如两面镜子相互反射），让金属盔甲、雨天路面的水洼等反射效果更贴近现实。
例：科幻场景中，光滑的金属墙壁能清晰反射远处的飞船和灯光，且反射随视角移动实时更新。
光线追踪折射（Ray Traced Refractions）
针对玻璃、水、宝石等透明或半透明材质，光线追踪可模拟光线穿过介质时的折射效果（如透过水杯看到的扭曲物体、三棱镜的分光现象），并结合材质的折射率参数（如水的折射率
1.33、玻璃 1.5）计算光线偏折角度，解决了传统折射效果（如基于贴图的模拟）缺乏物理准确性的问题。
光线追踪全局光照（Ray Traced Global Illumination）
全局光照（GI）指光线在场景中经过多次反射 / 漫反射后对环境的间接照明（如阳光照在红色墙壁上，反射的红光使旁边的白色物体略带红色）。UE5
支持光线追踪
GI，通过追踪光线在物体间的多次反弹，计算间接光照的颜色、强度和范围，尤其适合表现封闭空间（如室内、洞穴）的自然光照层次，避免了传统预计算 GI
无法动态调整的局限。
二、与 UE5 核心技术的协同：平衡画质与性能
与 Lumen 的互补工作流
Lumen 是 UE5 的实时全局光照系统，默认采用 “软件光线追踪”（基于光栅化的启发式算法），而光线追踪技术可作为 Lumen 的
“增强模式”：在高端硬件（支持 DirectX 12 Ultimate 或 NVIDIA RTX）上，Lumen 可切换为 “硬件光线追踪”
模式，通过 GPU 加速计算更复杂的光影反弹，同时保留 Lumen
对动态场景的适应性（如动态光源、移动物体）。这种组合既保证了实时性，又提升了光照精度。
与 Nanite 的细节适配
Nanite 的超高精度模型（如千万面的雕塑）对阴影和反射的细节要求极高。光线追踪技术能适配 Nanite 的动态
LOD（细节层次），在计算阴影或反射时，自动匹配当前视角下模型的精度，确保高细节区域（如近处的雕像纹理）的光影效果不丢失，避免了传统技术在简化模型时导致的光影失真。
混合渲染策略：按需启用，优化性能
UE5 允许开发者根据硬件性能和场景需求，选择性启用光线追踪功能：
对性能敏感的场景（如开放世界游戏），可仅在关键区域（如角色面部、重要道具）启用光线追踪反射 / 阴影，其他区域使用传统技术；
对画质要求极高的场景（如虚拟制片、影视渲染），可全场景启用光线追踪，结合 UE5 的 “路径追踪器”（Path Tracer）实现接近电影级的离线渲染效果（支持光线追踪的多次反弹，生成无噪点的终画面）。
实际应用领域：从游戏到虚拟制片
游戏领域：在 3A 游戏中，光线追踪技术用于强化关键视效，如《原子之心》中的金属机器人反射、《赛博朋克 2077》（UE 定制版引擎）的雨夜街道倒影，提升玩家的沉浸感。
虚拟制片：在 LED 虚拟影棚中，光线追踪能实时计算虚拟场景的光影反射（如演员站在虚拟玻璃幕墙前，其影子和反射可实时呈现在 LED 屏上），让实拍画面与虚拟环境的融合更自然，减少后期合成工作量。
建筑可视化：通过光线追踪模拟真实光照条件（如不同时段的阳光角度、室内灯光的反射），帮助设计师预览建筑的终光影效果，优化采光设计。
课程简介
光线追踪技术在 UE5 中并非 “取代” 传统渲染，而是作为一种 “增强工具”，通过模拟真实光线物理特性，解决了传统技术在阴影、反射、全局光照等方面的精度缺陷。
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其核心价值在于：在实时渲染的基础上，让视效更接近人眼对真实世界的感知，同时通过与
Lumen、Nanite 的协同，平衡了画质与性能，使其能适应从游戏到影视的多样化创作需求。随着硬件（如 GPU 光追性能）的进步，UE5
的光线追踪应用还将向更复杂的光线交互（如次表面散射、体积光追踪）拓展，进一步模糊实时渲染与离线渲染的界限。
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UE5 视效的核心技术基础
1
Nanite 虚拟几何体技术
传统引擎中，高细节模型（如千万面的雕塑、复杂的植被）会因硬件性能限制被迫简化。而 Nanite 能直接加载
“影视级高精度模型”（甚至是扫描的真实世界物体），通过动态 LOD（细节层次）技术，只渲染当前视角下必要的细节，实现 “无限多边形”
的视觉效果，且不占用额外性能。例：游戏中远处的山脉、古建筑的浮雕，无需简化模型即可呈现毫米级细节。
2
Lumen 全局光照系统
传统视效中，光影计算（如阳光透过树叶的斑驳、室内灯光的反射）往往需要 “预计算光照贴图”，耗时且无法动态调整。Lumen
是实时全局光照系统，能实时追踪光线在场景中的反射、折射和漫反射（包括金属、玻璃、布料等不同材质的光影表现），支持动态光源变化（如昼夜交替、灯光开关），让光影效果更贴近真实物理规律。
例：角色走进房间，灯光突然熄灭，场景的阴影和反光会实时暗下来，无需重新渲染。
3
Niagara 粒子系统
UE5 的 Niagara
是新一代粒子效果工具，支持粒子实时渲染，可模拟火焰、烟雾、雨水、爆炸、魔法粒子等复杂动态效果。它允许开发者通过节点蓝图自定义粒子行为（如受风力影响的飘散轨迹、碰撞后的分裂效果），且能与
Lumen、物理系统联动（如火焰照亮周围环境，烟雾受气流推动）。例：游戏中巨龙喷火的火焰粒子会照亮洞穴岩壁，同时烟雾随气流向上飘散。
4
体积渲染与大气系统
UE5 内置体积云、体积雾、大气散射等工具，可模拟真实的天空、云层、雾霭、沙尘暴等环境效果。例如，体积云能根据时间、风向动态变化，阳光穿过云层时产生真实的光束效果；大气系统可模拟日出日落的色温变化、远距离物体的空气透视（如远山的淡蓝色朦胧感）。
5
材质与着色器系统
UE5 的材质编辑器支持节点化编辑，可创建高度写实的材质（如生锈的金属、湿润的泥土、透明的水），且能与物理属性联动（如雨水打湿地面后反射增强）。此外，通过 “分层材质” 技术，可实现材质的动态变化（如角色受伤后皮肤逐渐变红、物体被火烧后逐渐焦黑）。
UE5 视效的应用领域
游戏领域：是 UE5 **核心的应用场景，用于制作角色技能特效（如魔法光束、剑气）、环境互动效果（如踩过水洼的涟漪、子弹击中墙壁的火花）、场景氛围（如阴森洞穴的幽光、科幻都市的霓虹）。
影视与虚拟制片：传统影视视效依赖后期渲染（单帧可能耗时数小时），而 UE5 的实时渲染让 “虚拟场景”
能即时呈现。在虚拟制片中，演员在绿幕前表演时，背景可通过 UE5 实时渲染并显示在 LED 屏上，导演能直接看到
“**终画面”，无需后期合成；同时，灯光、镜头角度的调整可实时反馈，大幅提升效率。
动画与广告：用于制作高质量动画短片或广告片，支持实时调整角色表情、场景光影，缩短制作周期。例如汽车广告中，可实时渲染不同天气（晴天、雨天）下的车身反光效果。
建筑可视化与数字孪生：通过 UE5 视效还原建筑细节（如玻璃幕墙的反射、室内灯光布局），或模拟城市交通流、天气变化对建筑的影响，帮助设计师和客户直观感受方案。
VR/AR 与元宇宙：在虚拟现实（VR）或增强现实（AR）中，UE5 视效能实时响应用户交互（如挥手触发粒子效果、触摸物体产生光影反馈），提升沉浸感；元宇宙场景中的虚拟城市、自然环境，也依赖其实现高保真视觉呈现。
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