数字孪生

是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

先不废话，直接上作品：

石几衣束的B站数字孪生作品空间https://space.bilibili.com/66186575https://space.bilibili.com/66186575

大家好，我是石几衣束，正在UE4技术美术的道路上越挖越深......

关于UE4数字孪生的一些思考&梳理（持续更新）：

3D模型&场景地编「全要素生成」
PBR材质表现&Emitter/Nigarra粒子&PPV
光线追踪&非光线追踪
程序功能架构&HUD
物联网大数据同步
全局程序&美术优化
多媒体视频播放
角色&场景动画
资产打包&更新
进阶实战开发

三维模型

首先整理一下涉及到的3D建模软件以及作用：

3DMax（格式转换+素材整合+Datasmith导出）
Maya（模型骨骼动画）
Blender(天下第一）
SketchUp（面数低）
Revit（1:1参数化表现）
Rhino（高精度地形）
倾斜摄影OSGB数据（大面积建模）
Marvelous Designer(布料解算）
Daz studio(人体表现）
CityEngine CGA规则（城市集群快速生成）
UE4 PointCloud点云数据（作为大远景背景）
欢迎交流其它相关软件.....

*UE4目前支持CityEngin Vitruvio插件可以直接实时执行ACG规则生成建筑和道路

场景地编

城市地编

地形插件：

Landscap根据灰度图生成地形（灰度图来源：国家地质信息网，美国国家地质网)
手工勾勒雕刻山脉+三位模型堆砌地形环境（模型来自UE4商城地形素材）
CAD图纸结合WorldMap生成可视化地形
WorldCreator2结合灰度图模拟真实地形（效果最好）
WorldMachine结合DEM数据生成灰度图

道路：

手工建模道路：适用于定制化崎岖不规则道路
模块化程序道路：适用于井字整齐排列道路（参考商城资源：Roads Generator Pack)
Landscape样条线道路：适用于山脉之字形道路(参考商城资源：Brushify Country Roads Pack）

建筑:

建筑分级：V1,V2,V3。（V1:低精度配楼V2:中精度点缀景观楼V3:手工定制精模）

低精度配楼：根据GIS矢量数据<shp.>生成（成熟方案：CityEngine）+低模素材根据卫片手工摆放(或者手工绘制shp数据直接生成可控的配楼景观）
中精度配楼：模块化程序建筑+3D66中精度素材+UE4商城资源结合精模区位摆放
高精度配楼：根据甲方要求设计制作即可

植被

SpeedTree素材库，根据卫片刷在Landscape上，近景建议一个一个种树，远景建议直接大范围刷上，山脉地形处需要细刷。
相关素材积累：绿化丛，花草丛，点缀性植被。（eg：桃花树，杏树）

水

基于UE4 4.26水系统

湖泊，河流，海洋，池塘，瀑布素材库积累，结合船只，码头，喷泉等配景。
物理水粒子（锦上添花）

其它

风力风车，鸟蝴蝶鱼群，电线塔，大桥,车流+人流，动物，草地，花圃灌木丛，星空天空球......

素材推荐：

Moudule City资源包

*特别提醒：目前UE4支持将Twinmotion的模型以及材质100%还原到UE4内（水材质除外），这一点极大的优化了地编流程，特别是对于重点表现的建筑区域进行精细化处理。

Twinmotion可以联动UE4啦！这个功能我都不敢想！太牛了！_哔哩哔哩 (゜-゜)つロ干杯~-bilibilihttps://www.bilibili.com/video/BV11A411s73Dhttps://www.bilibili.com/video/BV11A411s73D

PBR材质---基于物理的渲染过程。

漫反射 Diffuse
反射 Specular
金属度 Metalness
反射率 Reflectivity
菲涅尔反射（玻璃属性）
法线 Normal
粗糙度 Roughness
阴影 AmblientOcclusion

*常见的材质属性

PBR材质工具

1.SubstanceDesgener（制作PBR材质）

2.Marmoset Toolbag3.俗称：八猴（预览PBR效果）

3.Unfold3D(展UV）

4.Xnormal(烘焙法线）

UE4Niagara粒子

Niagara系统（坑先挖好）

白狸奴：UE4-Niagara基础解析https://zhuanlan.zhihu.com/p/138088668https://zhuanlan.zhihu.com/p/138088668

实战场景：可视化车流、物理液体、烟雾气流、特效展示、等等.....

PostProssesVolume

PostProssesVolume（后期盒子）

LUT(润色）影视级调色
后期材质（设置景深用于表现独立建筑，扫描特效，Mesh描边）
环境遮罩（Ambient Cubemap）
禁用动态模糊（Motion Blur）
Misc控制全局分辨率（不建议大于200）
Film（偶尔调色出奇的好用）

光线追踪&非光线追踪（离线烘焙Lightmass）

RayTracing

RayTracing（光线追踪）-着重表现金属，玻璃，全局AO等等
离线烘焙（Lightmass）-可用于降低配置消耗，不过占用内存较大（目前的GPU Lightmass烘焙效率高，效果与CPU渲染并无太大差异）

其它光线技术：

虚拟纹理-可以吧生成动态纹理
距离场阴影 -对大型场景的性能优化作用显著
屏幕空间全局光照

程序功能架构

参考大钊老师专栏里有关GamePlay架构的解析：

InsideUE4https://www.zhihu.com/column/insideue4https://www.zhihu.com/column/insideue4

个人整理的开发目录结构：

Content目录结构

数字孪生涉及的功能点：

天气系统
昼夜交替系统
季节系统
模拟（非数据）交通系统
程序化夜景车流，路灯，窗户效果
数据可视化大屏嵌入
自定义POI镜头事件
程序化道路系统（表现核心区域）
c程序化交通系統（重点表现车流）
动态扫描系统（可全局控制）
程序化自定义景深（带效果）
模型切割透视效果
季节切换系统
自定义景深选择带描边
.....

其它功能点：

全局参数设置（eg：分辨率，阴影质量等）
config配置运行
产品启动真实读取&加载
远程内网ipad控制交互（TCP&UDPsocket）
APK加密&解密
生成安装包

物联网大数据同步

物联数据

获取数据：数据包括但不限于：点、线、面（通常为Json/GeoJson数据）
读取数据：LowEntryHttpRequest、LowEntryJson插件读取云数据。
处理数据：通常数据都是按照经纬坐标集成的，这里我们需要将经纬坐标转为引擎坐标，推荐插件（SimulationPlugin），github可捡。
应用数据：将数据转化为可视的效果，例如：当地停车场位置以及内部信息。

常见数据驱动效果有：热力图、OD线、标签POI、路网。

全局程序&美术优化

全局优化

这是非常关键的一个篇章，根据经验来讲，产品流程成熟之后，产品开发70%的工作可能都要放在后期的优化上。（这里的优化包含但不限于对效果进行修改的工作）

特别推荐：NAVIDA DLSS目前支持4.25版本以上，可大幅度提升性能，并且提高分辨率，和光追同时使用效果更佳。

程序优化：

优化前的注意事项：

记得在独立模式下运行（standalone Mode）
记得最小化编辑器
切记关闭帧率平滑turn off Frame rates smoothing
且用控制台命令r.VSync=0关闭垂直同步

方案：

少用Tick（要记住如果你的场景和世界中，有许多Actor的“Tick”函数在运行。那就会严重拖累游戏的流畅度。）*替代方案：Timeline、Timer
Manual toggling of Actor Tick 手动切换Tick（手动禁用和开启Tick，比如禁用那些距离玩家太远的Actor，它们不在摄像机里，在你靠近他们的时候再重新启用。）
Reducing the tick interval （减少Tick的时间间隔.）
Event drien systems （事件驱动&蓝图时间驱动）
C++的“RotatingMovementComponent”就是个很好的方法。它用于让对象自旋，但假如你还想进一步榨取性能，你就可以用顶点着色器实现它。
如果你制作的3D游戏会用到动画蓝图，记得要使用Fast Path，基本上动画蓝图中的这种闪电图标越多就越好。

性能消耗大的几个函数：

所有GetAllActorsOfClass ForLoop SpawnActorXXX

*在只有需要访问数据的时候才调用这个函数。然后把数据全部存到数组中。

玄冬Wong：[UE4]性能优化指南(美术向)zhuanlan.zhihu.com

进阶开发

GIS数据的应用
Plugin插件集成和应用
像素流多端应用
API接口设计(SDK工具集）
VR&AR应用
视频流的接入（RTSP/RTMP/HTTP）
数据库接入（Mysql）
RPC广域网多人联机
音频接入（可参考腾讯游戏语音 GVoice）

数字孪生的项目分类

智慧城市、智慧楼宇、智慧校园、智慧工厂、智慧医院、智慧展馆、智慧旅游、智慧乡村、智慧水利、智慧能源、智慧交通、智慧商场、智慧机场、智慧小区、智慧酒店、智慧BIM。

UE5带来的技术革命：

Lumen：在实时全局光照领域，将成为挑战光线追踪技术的硬核法宝，并且，其仅通过软件（不借助硬件）计算。*目前UE5早期体验版：在折射、反射、透明物等方面和光追还有一定的差距。并且会出现严重的漏光现象，比如墙体过薄。

Nanite：彻底解决了模型的面数限制，在某种程度上达到了‘’无限面‘’，其动态Lod效果相对传统的手工Lod，效果显得非常细腻自然。*不过对于已经属于无法优化的物体（比如一个引擎底层的12面cube）表面会存在不显示材质的Bug。

Q&A板块（欢迎小伙伴们提问）：

1.ACG规则生成建筑?是个什么东东?

这个规则是由51World创建并定义的，具体详情可参考官网。我这里做一个简单的总结：ACG可以理解为一个全自动的场景生成算法，通过数据直接还原真实世界。

2.怎么样让UE4和网页交互?

可以使用WebUI插件，通过数据接口调用前端H5的交互界面，中间的通信数据结构推荐Geojson，实现前后端的数据和交互通信。

敬此

共勉

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『UE4数字孪生』开发流程浅析(持续更新）

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