一文读懂Unreal Engine游戏引擎如何提升数字孪生场景渲染

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以下案例来自于《数字孪生世界白皮书（2023版）》

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Unreal Engine（下文简称为UE），是一款由Epic Games开发的游戏引擎，用于创建电子游戏、虚拟现实和增强现实应用、数字孪生等内容。UE支持实时渲染、高品质的图形效果和物理模拟、可扩展的蓝图视觉脚本语言，以及跨平台和多语言支持等特性。UE还为开发者提供了完整的工具集，包括编辑器、资源管理器、代码编辑器和调试器等，以便他们在一个集成化的环境中进行开发。UE在数字孪生领域中发挥着重要的作用，可以用于创建高度仿真的虚拟环境，以便实现虚拟演练、测试和模拟，提高效率并降低成本。

1）UE的特性

①强大的渲染引擎和物理模拟系统

UE拥有强大的渲染引擎和物理模拟系统，可以实现高质量的图形渲染和物理模拟。UE的渲染引擎使用了基于PBR（Physically Based Rendering）的渲染技术，可以模拟真实物体的反射、折射、散射等光学效果，从而让场景更真实。同时，UE的渲染引擎还支持全局光照、阴影、体积光等效果，可以让场景更加细腻。

UE的物理模拟系统可以模拟真实世界中物体的运动、碰撞、摩擦、弹性等效果。开发者可以使用UE提供的物理引擎来模拟车辆、物品、角色等的物理运动，同时还可以使用脚本来控制物体的行为，从而实现更加丰富的游戏玩法。

②实时渲染和交互性

UE支持实时渲染，可以让开发者在编辑器中实时预览场景的效果。开发者可以通过编辑器实时调整场景中的元素、光照、材质等参数，以便更好地观察和调试场景。

UE具备较强的交互性，可以实现交互式的游戏和虚拟现实应用。开发者可以通过UE提供的输入设备接口来控制角色、物品等的运动和行为，从而让游戏和应用更加生动、真实。

③可视化脚本语言和蓝图系统

UE提供了一种可视化的脚本语言——蓝图系统，可以帮助开发者快速构建游戏逻辑和应用功能。蓝图系统提供了一系列的节点和连接，开发者可以通过拖拽和连接来构建脚本，而不需要编写代码。同时，UE还支持蓝图与C++代码的混合使用，可以让开发者在需要的时候使用C++代码来增强功能。

蓝图系统

随着UE5的发布，UE游戏引擎有以下新特性可以应用于数字孪生领域：

④Nanite技术

该技术使用UE引擎的光线追踪技术来实现实时渲染，可以呈现数十亿个多边形的场景，而不需要将它们分割成小块进行处理。这使得数字孪生行业的专业人士能够以更高的精度和更快的速度创建更复杂的场景和模型。

⑤Lumen技术

这是一种全局光照技术，可以实时计算光线在场景中的反弹和折射，使数字孪生场景看起来更加真实。

⑥ MetaHumans的新工具

可以轻松创建高度逼真的人物模型。这些模型可以用于游戏、虚拟现实和数字孪生行业中的各种应用。

2）基于UE的数字孪生场景实践

①环境模拟仿真

数字孪生天气系统

基于UE的数字孪生天气系统[晴天/阴天/雨天/雪天]

数字孪生昼夜交替系统

基于UE的昼夜交替系统

数字孪生四季切换系统

基于UE的数字孪生四季切换系统[春/夏/秋/冬]

②动态数据展示

热力数据展示

基于UE的热力图

交通路况模拟

基于UE的交通路况模拟展示和POI点展示 基于UE的交通路况模拟展示和POI点展示

③ 动画特效展示

漫游路径导航

基于UE的路径导航效果

粒子特效展示

基于UE的粒子特效模拟火灾效果

人物效果模拟

基于UE的人物动态效果模拟

自定义描边效果

基于UE的自定义描边效果应用

模型切割透视效果

基于UE的模型切割透视效果和电梯透视管理

以上案例来自于《数字孪生世界白皮书（2023版）》

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