Volumetriset efektit ja käyttö Unreal Enginessä
Kaikkonen, Katja (2021)
Kaikkonen, Katja
2021
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2021110919583
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2021110919583
Tiivistelmä
Opinnäytetyö käsittelee volumetristen efektien teoriaa ja implementointia Unreal Engine 4:ssä. Tarkoituksena oli oppia volumetristen efektien tekniikoita, jotta pystytään soveltamaan näitä efektejä käytännössä ja tarvittaessa ratkomaan mahdollisia ongelmatilanteita.
Volumetriset efektit ovat valon havaitsemista sen kulkiessa kolmiulotteisen väliaineen läpi. Volumetrisiä efektejä on hyödynnetty elokuvataiteessa paljon ennen 3D-grafiikan yleistymistä. Volumetristen efektien pohjalta kehitettiin algoritmi lääketieteen tarkoituksiin, jossa se on edelleen käytössä magneetti- ja tietokonekerroskuvantamisessa. Volumetristen efektien tekemiseen on useita erilaisia tekniikoita, ja ne voidaan jakaa kahteen pääkategoriaan: suoraan ja epäsuoraan. Tekniikat eroavat toisistaan datan käsittelyn tavassa: epäsuorat tekniikat luovat datasta polygoniverkon, kun taas suorat tekniikat eivät muunna dataa toiseen muotoon, vaan käyttävät esimerkiksi 3D-tekstuureita. Epäsuorat tekniikat ovat paljon kevyempiä käyttää ja ne on helppo implementoida, mutta ne eivät ole yhtä hyvälaatuisia kuin suorat tekniikat. Suorat tekniikat ovat taas raskaampia, ja niiden implementointi voi olla hankalampaa, koska kaikki järjestelmät eivät tue 3D-tekstuureita. Suorien tekniikoiden laatu on paljon parempi kuin epäsuorissa tekniikoissa.
Unreal Engine 4 käyttää suoria tekniikoita volumetristen efektien toteuttamiseen. Monet komponentit pohjautuvat fysiikan lakien imitointiin, ja ymmärtämällä valon käyttäytymistä komponentteja pystytään hallitsemaan tehokkaammin. Käytännön osuudessa rakennettiin volumetriset efektit pelimoottorin sisällä ja tarkasteltiin ratkaisuja, joilla saadaan efektit toimimaan halutulla tavalla. Osuudessa otettiin huomioon keinot, joita voidaan käyttää optimointiin, ja ratkaistaan ongelma resoluution ja näköetäisyyden välillä. Lisäksi tutustuttiin, miten paikallinen modulaarinen efekti luodaan materiaalin avulla ja miten sitä hyödynnetään erilaisissa ympäristöissä. Volumetrinen efekti toimii niin sumuna kuin hiekka- ja lumimyrskynä. Opinnäytetyö tehtiin toimeksiantona Kajaanin Ammattikorkeakoulun yhteydessä toimivalle Clever Simulation Entertainment -kehitystiimille, jossa pyrittiin hyödyntämään Unreal Enginen volumetrisiä efektejä varsinkin virtuaalitodellisuuden parissa.
Opinnäytetyössä havaittiin, että on mahdollista luoda yhä näyttävämpiä volumetrisiä efektejä, kun ymmärtää, miten eri tekniikat ja valon käyttäytyminen vaikuttavat lopputulokseen. Teknisten rajoitteiden tiedostaminen ei suinkaan rajoita tekemistä, vaan antaa uusia keinoja hyödyntää ja implementoida efektejä erilaisille digitaalisille alustoille.
Volumetriset efektit ovat valon havaitsemista sen kulkiessa kolmiulotteisen väliaineen läpi. Volumetrisiä efektejä on hyödynnetty elokuvataiteessa paljon ennen 3D-grafiikan yleistymistä. Volumetristen efektien pohjalta kehitettiin algoritmi lääketieteen tarkoituksiin, jossa se on edelleen käytössä magneetti- ja tietokonekerroskuvantamisessa. Volumetristen efektien tekemiseen on useita erilaisia tekniikoita, ja ne voidaan jakaa kahteen pääkategoriaan: suoraan ja epäsuoraan. Tekniikat eroavat toisistaan datan käsittelyn tavassa: epäsuorat tekniikat luovat datasta polygoniverkon, kun taas suorat tekniikat eivät muunna dataa toiseen muotoon, vaan käyttävät esimerkiksi 3D-tekstuureita. Epäsuorat tekniikat ovat paljon kevyempiä käyttää ja ne on helppo implementoida, mutta ne eivät ole yhtä hyvälaatuisia kuin suorat tekniikat. Suorat tekniikat ovat taas raskaampia, ja niiden implementointi voi olla hankalampaa, koska kaikki järjestelmät eivät tue 3D-tekstuureita. Suorien tekniikoiden laatu on paljon parempi kuin epäsuorissa tekniikoissa.
Unreal Engine 4 käyttää suoria tekniikoita volumetristen efektien toteuttamiseen. Monet komponentit pohjautuvat fysiikan lakien imitointiin, ja ymmärtämällä valon käyttäytymistä komponentteja pystytään hallitsemaan tehokkaammin. Käytännön osuudessa rakennettiin volumetriset efektit pelimoottorin sisällä ja tarkasteltiin ratkaisuja, joilla saadaan efektit toimimaan halutulla tavalla. Osuudessa otettiin huomioon keinot, joita voidaan käyttää optimointiin, ja ratkaistaan ongelma resoluution ja näköetäisyyden välillä. Lisäksi tutustuttiin, miten paikallinen modulaarinen efekti luodaan materiaalin avulla ja miten sitä hyödynnetään erilaisissa ympäristöissä. Volumetrinen efekti toimii niin sumuna kuin hiekka- ja lumimyrskynä. Opinnäytetyö tehtiin toimeksiantona Kajaanin Ammattikorkeakoulun yhteydessä toimivalle Clever Simulation Entertainment -kehitystiimille, jossa pyrittiin hyödyntämään Unreal Enginen volumetrisiä efektejä varsinkin virtuaalitodellisuuden parissa.
Opinnäytetyössä havaittiin, että on mahdollista luoda yhä näyttävämpiä volumetrisiä efektejä, kun ymmärtää, miten eri tekniikat ja valon käyttäytyminen vaikuttavat lopputulokseen. Teknisten rajoitteiden tiedostaminen ei suinkaan rajoita tekemistä, vaan antaa uusia keinoja hyödyntää ja implementoida efektejä erilaisille digitaalisille alustoille.