Part1UE5简介

UE5（虚幻引擎5）于2022年4月初发布正式版，告别了面世十几年的UE4。UE5最大的特点是自动化：将UE4中许多需要手动设置的优化方法变成了一键开启、开箱即用的功能。UE5尽可能地将图形学和美术分离，让美术师免于理解复杂的图形学知识。下面分享一下最近1个月研究UE5的心得。

Part2虚拟网格体（Nanite）

UE5不仅将UE4中繁琐的LoD设置给自动化，而且采用了全新的内部格式来实时调度三角簇，可以理解为“单个物体内部的HLoD”，而物体之间的HLoD则基于世界分区系统，因此Nanite和世界分区结合是性能优化的至高手段。根据官方说法，任何网格体都可以开启Nanite，即使是那些不需要Nanite的物体（如天空盒）也可以开启，而不用担心任何性能损耗。

在某种程度上，虚拟网格体可以类比网页中的虚拟DOM，都是通过强大的调度算法来生成一堆只存在于视野范围内的“虚拟的”元素，从而节省内存，开发者也就不用考虑这方面的性能优化，可以将更多的精力用于业务、美术的开发。

	Nanite虚拟几何体	网页虚拟DOM
图形维度	三维	二维
解决的问题	网格体三角面过多	页面UI元素过多
问题的根源	三角形数量 >> 像素数量	元素总面积 >> 屏幕面积
原理	在GPU渲染线之前生成新临时的三角面	在CSS渲染线之前通过diff算法生成临时的UI标签
效果	将视野内三角面数降至几万	将挂载的dom元素降至几百

Nanite可以通过以下几种方式来管理：

● 模型导入时开启Nanite
● 模型单独开启Nanite
● 资产管理器中批量开启Nanite
● 计算HLoD时开启Nanite
● 全局Nanite查看器

Nanite对材质的要求比较严格，只支持不透明材质，不支持以下材质功能：

● 遮罩或半透明材质
● 延迟贴花
● 线框材质
● 双面可视材质
● 像素深度偏移
● 世界位置偏移
● 自定义实例数据

Nanite对操作系统和显卡驱动的要求比较高，只支持2019年以后的Windows版本，DirectX12以及最新的nVidia显卡驱动。

Part3世界分区系统

为了支持单一地图的大世界，UE5支持自动的场景流送，取代了UE4的手动场景流，而且新建场景默认是开启世界分区的。所有地图都推荐开启世界分区，即使场景特别小，开了世界分区也没有什么性能损耗。在世界分区中，没有从前“子地图”的概念了：所有的物体都共存于一个连续的正交空间中，只有靠近流送引源（streaming source）的物体才存在于内存中，默认的流送引源就是玩家控制器（可关闭），也可以在世界的其他地方放置流送源。

对于每个物体，可以设置是否参与大世界的流送（默认开启），如果想让一些对象永远存在（如POI点）则可单独让它禁用世界流送。除此之外，还可以设置流送的距离、粒度、优先级、是否堵塞，既可以全局设置也能对物体单独设置。

● 运行时网格名称：选择使用哪种网格配置
● 按空间加载：是否参与网格流送

Part4分层细节层次（HLoD）

和UE4不同，UE5的HLoD是基于世界分区系统的，将大世界的俯视图划分为一个个网格，当远处物体被卸载（流出）时，在那个地方生成代理网格体，这样玩家就看不到流送的过程了。这对于“又远又大”的物体非常有用，例如远处的山和建筑，即使距离很远仍然能看到轮廓。

开启HLoD之后，无法直接感受到变化（不像世界分区一样能直观地感受到远处物体的卸载和加载），此时可以将视图模式切换为【HLoD可视化】，就能清楚地通过颜色来感知LoD的变化。

Part5大世界坐标（LWC）

浮点数能精确表示的最大整数（以单位1为1厘米）：
● 32位单精度的最大整数：2^24（168公里）
● 64位双精度的最大整数：2^53（0.01光年）
UE5支持使用double双精度浮点数来存储各种坐标，运行时通过自动的原点偏移来转换成GPU支持的32位浮点数。在UE4中需要手动原点偏移来实现大世界，否则只有21公里（可精确到毫米）以内的物体才能够【在肉眼底下】平滑地运动。在UE5中则可以一键开启大世界坐标（默认关闭）。

● 64位浮点数的最大安全整数：https://developer.mozilla.org/zh-CN/docs/Web/JavaScript/Reference/Global_Objects/Number/MAX_SAFE_INTEGER
● Number.MAX_VALUE：1.7976931348623157e+308（最大的整数）
● Number.MAX_SAFE_INTEGER：9007199254740991（最大的安全整数）

Part6建模工具

UE5推出了官方的建模插件，许多简单的建模都可以在UE5中完成，不必再依赖3dMax、Blender等专业的建模软件。至此，虚幻引擎将建模到渲染的整个流水线都囊括了，一些小型团队只需要一台UE5便能开发一款完整的3D游戏。在我们三维可视化项目中，难免会遇到模型本身的小问题，像UV拉伸、法线歪斜、三角面反向、局部缺损或多余的问题都可以顺手修复，免去了导入导出的繁琐。

Part7查看材质复杂度

● 视图模式热键：Alt + 8
● 控制台命令：viewmode shadercomplexity
● 原理：根据GPU指令计数

快速查看场景内每个像素的shader复杂度，用以评估每个材质的性能，视图中绿色的地方表示高效的材质，红得发紫的地方表示需要优化了，如果某一块严重到发白则表示GPU资源不足了，总之，场景中越绿越好。从网上下载的材质，都要先看看它的复杂度，再决定用不用，如果渲染的很好看但代价是高昂的GPU使用率和骤降的帧率，那也得不偿失。

Part8单文件组件（OFPA）

UE5中，地图中的每个对象（actor）都存储在单独的文件中，不再与地图（map）耦合在一起，这样大大提升了小组协作的效率：每个人更新并提交不同的actor而不产生冲突，同时也避免了因为修改单一actor而影响整个地图的情况。需要注意的是，OFPA（One File Per Actor）只存在于编辑器中，打包之后所有actor都存入了所在的map文件中，若需要打包后再解耦则需要使用DLC功能来生成chunk文件。

三维可视化的工程源文件都特别庞大，如果用版本控制软件（如perforce）来维护，其历史记录可能会大到存不下，但OFPA文件夹（/Content/ExternalActors/）里只存储每个actor的属性信息，而不存储内容信息，因此体积小许多，可将OFPA文件夹加入到版本控制系统中来管理。

Part9单元测试

从前单元测试是基于场景地图（level）的，最后通过父子场景组装形成整个游戏，【避免每次测试都要启动整个世界】，现在由于UE5提倡单一场景（大世界），弱化了子地图的概念，取而代之的是基于网格的“自由组合”，可以将任意网格区块内的物体作为一个整体进行编辑，在编辑器中无需加载全部物体以免内存吃紧，因此开了世界分区以后，默认所有单元格都是卸载状态。同时，运行时只要开启了世界流送，每次想要测试一个局部的功能，只要从这里开始游戏即可，不管世界有多大，启动都很快。

Part10分块打包（DLC）

编译打包之后的可执行文件也是可分的，对于游戏后续更新内容和补丁都可以增量打包，不用全部打包一遍，也不用全部覆盖，对于业务与模型的分离很友好。例如，发布之后若是想要更新某个参数只需单独打包所在的模块，生成补丁文件，将它上传到服务器上就可以了。

Part11全局动态光照（Lumen）

UE5默认开启了全局动态光照，UE4中和光照有关的许多优化手段可以省去了。

Part12全局环境管理器

虚幻提供了一个窗口用来专门管理所有环境相关的对象，包括天空、太阳、月亮、大气、光源、云雾，不用和世界大纲里的其他对象混在一起了，管理起来非常方便。

Part13内置浏览器（chromium84）

UMG中内置的浏览器插件使用了开源的CEF（Chromium嵌入式框架），目前的内核是84版本（2020年发布），足够支持大部分网页功能，可以借此实现前端UI界面，使前后端在一台设备上运行（客户端-服务器架构），以避免使用像素流带来的不便。为了测试chromium84可以去官方按照步骤下载这个旧版本：https://www.chromium.org/getting-involved/download-chromium/。