Блок 2. «Теория систем освещения»

Освещение — ключевой элемент, отвечающий за формирование визуального восприятия сцены. Оно подчеркивает форму объектов, создает глубину, тени, отражения и атмосферу, влияя на эмоциональное восприятие и погружение смотрящего. Без правильно настроенного света объекты выглядят плоскими и неестественными. Освещение также служит навигационным элементом и акцентом — с его помощью выделяются важные объекты как в кино, так и в играх. Правильное освещение усиливает чувственное и эмоциональное воздействие визуального контента.

В Unreal Engine 5  параметр Mobility определяет, как объект будет вести себя в сцене с точки зрения движения и освещения. Существует три основных типа: static, stationary и movable. Static объекты не двигаются и не меняют свои параметры, например, здания, ландшафт и т. д. Этот тип позволяет улучшить производительность, так как игровые ресурсы не тратятся на пересчёт освещения для таких объектов. Stationary  — промежуточный между Static и Movable. Он поддерживает динамические тени от подвижных объектов и подходит для света, который не движется, но меняет характеристики во время игры, например, уличные фонари с меняющимся цветом. Объекты и источники света с типом Movable полностью динамические. Все освещение и тени считаются в реальном времени, т. е. зависят от текущего положения и изменений объекта. Такой тип требует больше ресурсов, так как освещение не кэшируется и постоянно пересчитывается. Оно используется для объектов, которые двигаются или изменяются во время игры, например, персонажи, двери, машины, солнце и др.

Lumen  — это инновационная система глобального освещения и отражений в UE5 (по состоянию на 2025  год), разработанная для создания полностью динамичного, реалистичного и детализированного освещения в реальном времени. Lumen объединяет несколько методов, включая трассировку лучей в пространстве (Screen-Space Ray Tracing) и использование Signed Distance Fields (SDF) — упрощённого представления геометрии сцены для расчёта косвенного освещения, отражений и теней.

• Обеспечивает мягкие и естественные тени.

• Позволяет быстро адаптировать освещение при изменении времени суток или перемещении источников света. •Заменяет устаревшие методы, такие как SSAO (Screen Space Ambient Occlusion) и статические screen-space отражения. • Подходит как для открытых пространств, так и для замкнутых помещений. • Просчет Lumen Global Illumination, Lumen Reflections и Lumen Sky Lighting.

• Поддерживает множественные отражения при indirect (косвенном) освещении, emissive материалы и colour bleeding.

• Использует Surface Cache  — систему автоматической параметризации поверхностей близлежащей геометрии для быстрого поиска освещения в точках попадания лучей. • Фиксирует свойства материала для каждого меша под разными углами. Эти позиции («карты» или «Cards») генерируются в автономном режиме для каждого меша. По умолчанию создаётся 12  карт на меш; их количество можно увеличить через настройку Max Lumen Mesh Cards в Static Mesh Editor.

• Карты можно визуализировать с помощью консольной команды r.Lumen.Visualize.CardPlacement 1.

• Трассировка по триангулированной геометрии для высокой точности отражений и освещения. • Для использования Hardware RT  в связке с Lumen настройки активируются в Project Settings (необходимо включить Support Hardware Ray Tracing и Use Hardware Ray Tracing when available). Для максимально качественных отражений надо включить Ray Lighting Mode  — Hit Lighting for Reflections.

• Поддерживает более широкий спектр геометрии, включая меши со скинингом. • Обеспечивает высокое качество, но создает значительную нагрузку на GPU, особенно в больших сценах с множеством объектов.

• Использует Mesh Distance Fields и работает на широком спектре оборудования. • Требует включения опции Generate Mesh Distance Fields в Project Settings. • Подходит для систем с поддержкой Shader Model  5 (SM5). • Подгрузка и выгрузка Distance Fields зависят от расстояния до камеры и упаковываются в единый атлас.

• Detail Tracing (режим по умолчанию) — трассировка против SDF каждого меша для максимального качества. • Global Tracing  — трассировка только против Global Distance Field для максимальной скорости.

• Поддерживаются только Static Meshes, Instanced Static Meshes, Hierarchical Instanced Static Meshes и ландшафты. • Для листвы (Foliage) необходимо активировать опцию Affect Distance Field Lighting. • Полупрозрачные материалы добавляются в виде Lumen-карты для диффузного глобального освещения (GI) при Hit Lighting for Reflections. • Distance Fields строятся на основе материала, назначенного непосредственно на Static Mesh, а не на материал, переопределенный на компоненте. • Переопределение материала с другим Blend Mode или включенным Two-Sided может вызывать несоответствия. • Меши должны иметь толщину не менее 10  см во избежание просачивания света (light leaking). • Очень тонкие детали и односторонние меши (single-sided meshes) могут некорректно отображаться в Distance Fields. • Разрешение Distance Field определяется исходным импортным масштабом меша. Мелкие меши, увеличенные в масштабе, будут иметь низкое разрешение Distance Field.

• Отключите Virtual Shadow Maps, если не планируете использовать Nanite, так как эта функция может снизить производительность и качество отображения мешей, не относящихся к системе Nanite. • Также можно включить функцию Cast Shadows, оптимизирующую отображение теней, на выборочных источниках света. Например, тени от небольших объектов или объектов, прижатых к иным поверхностям (стенам), можно убрать без заметной потери общего качества. • Попробуйте настроить Max Draw Distance в настройках light components. Этот критерий отвечает за включение/отключение освещения на выставленном расстоянии от камеры. • Проверьте значения, выставленные у ваших attenuation radiuses. Чем ниже цифры, тем легче «железу» будет обрабатывать информацию. Вы можете отключить опцию «Use Inverse Squared Falloff» (Использовать обратно-квадратичное затухание) и установить параметр Light Falloff Exponent вокруг значений 4-5. Это позволит „растянуть“ освещение на большую площадь в пределах радиуса затухания, сохраняя при этом реалистичный вид. Наряду с этим, старайтесь свести к минимуму оверлапы зон освещения от разных источников. Вы можете использовать режим просмотра „Light Complexity» , чтобы визуализировать, насколько сложными являются ваши перекрывающиеся источники света. Как правило, если вы избегаете появления обширных пурпурных или белых областей, то ситуация приемлема. • Если вы работаете с интерьерами, можно подкрутить „Skylight Leaking» в настройках postprocess. Повышенные значения дают большее количество рассеянного света от GI.

• Для открытых миров — 60  FPS на консолях нового поколения при настройках качества High. • Для внутренних локаций — около 30  FPS при настройке Epic (примерно 8  мс на глобальное освещение и отражения при внутреннем разрешении 1080p). • Temporal Super Resolution позволяет приблизить качество финального изображения к 4K. •Software Ray Tracing  — единственный эффективный вариант для сцен с большим количеством перекрывающихся объектов. • Hardware Ray Tracing  — единственный способ получить высококачественные отражения и тени на поверхностях, но требует непосредственно включение компонентов видеокарты, что создает высокую нагрузку на «железо» и требует конкретной видеокарты под нужную цель.

• r.Lumen.Visualize.CardPlacement 1  — визуализация расположения карт (Cards). • r.DistanceFields.LogAtlasStats 1  — выводит статистику Mesh Distance Field. • Режимы визуализации Mesh Distance Field и Global Distance Field доступны через вьюпорт: Show -> Visualize.

Комбинация Lumen и RTX позволяет использовать сильные стороны обеих технологий: • Lumen обеспечивает динамическое глобальное освещение и мягкие косвенные тени с оптимальной производительностью. • RTX повышает качество отражений и прямых теней. • Такой подход особенно полезен в проектах, где критически важны отражения, сложные материалы и динамическое освещение (например, в синематиках и AAA-играх).

Запеченное освещение — это метод предварительного расчета освещения сцены, результаты которого сохраняются в специальные текстуры (lightmaps). При рендеринге эти карты просто загружаются, что исключает необходимость повторных вычислений в реальном времени. Такой подход значительно снижает нагрузку на CPU и позволяет достичь высококачественных теней, эффектов глобального освещения и Ambient Occlusion, которые было бы сложно или затратно имитировать динамически. В процесс запекания включается расчет прямого освещения (direct lighting), глобального освещения (global illumination, или indirect lighting) и Ambient Occlusion (AO).

CPU Lightmass  — это традиционный и широко распространенный метод запекания освещения в Unreal Engine, который использует многоядерные центральные процессоры для детального моделирования поведения света, отражений и теней. Его ключевые преимущества — высокое качество результатов, стабильность работы, широкая совместимость и обилие обучающих материалов. Главный недостаток — медленная скорость расчета и высокие требования к ресурсам CPU, что значительно увеличивает время итераций.

• Это основной визуальный эффект глобального освещения. • Свет отражается от поверхностей во всех направлениях, создавая эффект color bleeding  — когда цвет отраженного света окрашивает соседние объекты.

• Интенсивность света уменьшается с каждым последующим отражением. • Создает реалистичные мягкие тени, которые невозможно добиться с помощью заполняющего света.

• Формирует мягкое, равномерное затенение, аналогичное освещению в пасмурный день. • Добавляет дополнительные тени в углах, щелях и местах стыков объектов. • Усиливает восприятие объема и глубины сцены. • Включен по умолчанию, но может быть отключен в настройках.

GPU Lightmass  — это ускоренная версия технологии, которая использует графические процессоры и аппаратную трассировку лучей через DirectX 12  и Microsoft DXR. Главное преимущество — значительное увеличение скорости расчета (в 5– 10 раз быстрее, чем CPU Lightmass), что позволяет быстрее получать результаты и ускорить итерационный процесс работы над сценой.

• Требуется современная видеокарта с поддержкой аппаратной трассировки лучей (NVIDIA RTX или аналогичные). • Визуальное качество может незначительно уступать результатам CPU Lightmass. • На 2025 год технология все еще находится в статусе бета-версии, что может приводить к нестабильности и ошибкам. • Доступно меньше обучающих материалов и руководств по сравнению с CPU Lightmass.

Плагин Luoshuang’ s GPU Lightmass — это плагин для Unreal Engine, который значительно ускоряет процесс запекания. Основное преимущество — это быстрое и качественное глобальное освещение, что особенно важно для фотореалистичных сцен и архитектурной визуализации. В качестве его основного алгоритма применяется метод brute force, который даёт более точные результаты, чем стандартный метод с кэшированием. Плагин создает реалистичные тени и качественный ambient occlusion между объектами.

Плагин можно скачать с официального форума Unreal Engine или из сообщества, а его установка состоит в копировании плагина в папку движка Unreal Engine и активации его в проекте. Для удобства существуют скрипты, которые помогают переключаться между GPU Lightmass и стандартным CPU Lightmass и менять качество запекания без перезапуска редактора.