Unity HDRP室外场景打光流程分享(上篇)-UE4场景转Unity HDRP

摘要

此教程将会详细讲解如何把一个UE4场景转成Unity HDRP场景，然后为之进行打光操作。本教程涵盖白天和夜晚两种光照条件的打光。

1.概述

某天在ArtStation上看到一个名为The Rally Point（集结点）的高质量场景素材，以下是链接：https://www.artstation.com/marketplace/p/Dm02/the-rally-point-environment-sci-fi-futuristic-modular

这位作者是前育碧的环境艺术家Guillaume Hecht，作品灵感来自Gears of War（战争机器）

我将会通过两篇文章来详细介绍整个转项目的过程，本文是上篇，描述以下1到7的转换步骤：

1) 从UE4中导出模型和纹理

2) 新建Unity HDRP项目

3) 将模型和纹理导入Unity中

4) 在Unity中创建HDRP材质

5) 在Unity中创建所有预制体（Prefab）

6) 在UE4中使用蓝图导出场景模型摆放信息到文本

7) 在Unity中使用自定义脚本读取摆放信息文本重建场景

8) Unity HDRP打光实践（这一部分将会在本文的下篇中详细讲解）

2.资产转换详解 - 1. 从UE4中导出模型和纹理

导出模型：在Content Browser中选择包含所有模型的文件夹，选中所有模型。然后鼠标右键点击，在弹出菜单中选择Asset Actions中的Bulk Export菜单，最后在FBX Export Options窗口选择如图2中的选项进行模型导出。导出顺利完成，没有任何报错信息。

导出纹理：在Content Browser中选择包含所有纹理的文件夹，选中所有纹理。然后鼠标右键点击，在弹出菜单中选择Asset Actions中的Bulk Export菜单，选择一个文件夹保存导出的纹理。导出423个纹理完成以后，UE4显示了图3中的72条报错：

我将会在后面的模型和纹理处理步骤介绍相应的修复方法。

3.资产转换详解 - 2. 新建Unity HDRP项目

现在我们要新建一个Unity项目用于导入上述模型和纹理资源。通过Unity Hub界面新建一个HDRP项目，如图4所示：

创建完成以后，项目中默认会有一个SampleScene，如图5所示。你可以通过这个示例工程学习HDRP提供的光照，材质和后处理功能。如果你想全面了解这个示例场景，也可以观看我之前制作的讲解视频，在Unity中文课堂上可以找到：https://learn.u3d.cn/tutorial/unity-2020-2-hdrp-template

4.资产转换详解 - 3. 将模型和纹理导入Unity中

把之前从UE4中导出的模型和纹理文件夹，直接拖入Unity编辑器的Project窗口中完成整个导入过程。

1. 处理导入的模型：

虽然UE4和Unity都是左手坐标系，但是UE4里X轴朝前，Z轴朝上；Unity里Z轴朝前，Y轴朝上。

为了解决这个坐标系问题，我们可以在Unity的Project窗口中选择所有模型，在模型导入界面选择Bake Axis Conversion选项，这会自动把所有模型改成Z轴朝前，Y轴朝上，具体界面选项如图6所示。

图 6 模型导入界面上的Bake Axis Conversion选项

例如，在应用Bake Axis Conversion这一选项之前，图7中显示的导入Unity的模型为X轴朝前，Z轴朝上：

应用Bake Axis Conversion选项之后，模型的坐标系如图8所示：

2. 处理导入的纹理：

第一个需要处理的是之前在导出纹理时出现的报错信息：Texture is RGBA16 and cannot be represented at such high bit depth in .tga. Color will be scaled to RGBA8。通过网络搜索论坛发现在这是UE4的一个未修复bug，解决方法是对出现这种报错的纹理做如下处理：在Photoshop或者任何图形编辑软件中把R通道和B通道互换一下。

第二个需要处理的问题是后缀为_ORM的纹理，如图9所示。

上述每一个纹理中的三个通道中分别包含了Ambient Occasion环境光遮蔽（红色通道），Roughness粗糙度（绿色通道），Metallic金属度（蓝色通道）三张纹理。这被称为Channel-Packed Textures（通道打包纹理）。通过这样的方式，我们可以在同一张纹理中保存多张代表不同材质属性的灰度贴图。这不仅节省了内存空间，还可以让渲染器通过单次纹理获取来采样这些使用相同UV坐标的灰度贴图，从而提高游戏运行性能。

在Unity HDRP中，我们也可以使用通道打包的纹理，这种贴图成为Mask Map（遮罩贴图）。Unity HDRP的Mask Map的四个通道如表格1所示分别保存以下信息：

因为Mask Map在不同通道中保存的内容不同，所以在把后缀为_ORM的纹理转换成Mask Map时，我们需要在Photoshop的通道编辑界面进行手动操作，具体操作如图10所示。

对于图10的具体说明如下：

Occlusion贴图：直接从红色通道拷贝到绿色通道。

Roughness贴图：在UE4中，此贴图保存的是表面的粗糙度信息，黑色代表数值0（最光滑），白色代表数值1（最粗糙）。但是Unity中这张图代表的却是光滑度，也就是黑色代表数值0（最粗糙），白色代表数值1（最光滑）。因此在拷贝之前，我们要用Photoshop的Invert功能把贴图做个反转，然后再从绿色通道拷贝到Alpha通道。

Metallic贴图：直接从蓝色通道拷贝到红色通道。

这里我们不会使用蓝色通道，因为此项目中并没有使用细节贴图（Detail Map）。

5.资产转换详解 - 4. 在Unity中创建HDRP材质

处理完模型和纹理，接下去我们来创建材质。目前并没有任何自动化的方法来完成材质的转换，因此我们必须手工来做这件事情。

Unity在HDRP中提供了非常丰富的材质选择，不过通常我们使用默认Lit着色器就可以模拟大多数的材质效果。在当前项目中还有一些材质并不能用默认的Lit着色器来制作，所以我用了Unity的Shader Graph对比UE4中的材质编辑器所用的节点来完成制作。

下面我们使用两个示例来具体描述如何使用Lit着色器和Shader Graph来为模型制作相关的材质。

1. 使用Lit着色器制作材质：

1.1.选择模型，在模型导入界面选择Materials选项，使用Extract Materials…按钮把包含在模型中的材质信息解出，如图11所示：

1.2.模型中的材质解出以后，Unity会使用Lit着色器自动生成相应数量和正确命名的材质，并关联到模型网格上，如图12所示：

1.3.我们来查看M_Metallic_Trim_03这个材质的参数面板，如图13所示。可以看到Base Map，Mask Map和Normal Map都为空，没有自动关联正确的纹理。

1.4.这时我们要回到UE4中，选择SM_Alley_6x5m这个网格，然后打开材质编辑器查看它上面M_Metallic_Trim_03材质是如何配置的，如图14所示。我们可以在UE4的材质编辑器中看到每个参数是如何连接的，也能查看到连接的是哪个纹理。

通过对UE4和HDRP的Lit材质界面的对比，可以发现在参数命名上两者的区别只有一个Roughness（UE4）和Smoothness（Unity）。因为我们在处理纹理的时候已经完成了相关的操作（通过Photoshop的Invert功能把UE4中的Roughness贴图反转成了可以在HDRP中使用的Smoothness贴图），所以我们可以把相关纹理直接与Lit材质上的参数相关联。

对于M_Metallic_Trim_03这一类可以用HDRP默认Lit材质模拟效果的，我们可以按照上面描述的步骤，逐个完成材质的转换。

下面我们看一下需要使用Shader Graph来手动处理的材质。

2. 使用Shader Graph制作自定义材质：

1.1.2.1 我们回到UE4编辑器，找到MI_Cobblestone_01这个材质并打开材质编辑器，发现它使用了一个名为MM_Cobblestone_01的自定义着色器，如图15所示：

它的设置如图16所示：

里面主要用到的一个节点是UE4内置的ParallaxOcclusionMapping节点，如图17所示：

而在Unity的Shader Graph中也有一个相同的内置节点，如图18所示：

因此我们可以按照UE4里面的连接方式，在Shader Graph里面完成自定义着色器的制作。最终完成的Shader Graph着色器如图19所示：

本项目中的其他自定义着色器也可以用相同的方式处理完成。整个项目一共有16个自定义着色器。

6.在Unity中创建所有预制体（Prefab）

完成了所有模型和纹理的处理以后，我们就可以把每个模型制作成预制体（Prefab）了。制作Prefab的方式非常简单，此处不再赘述。图20中显示的是所有制作完成的Prefab。

完成所有Prefab的制作以后，在Project窗口根目录下创建一个Resources文件夹，把所有Prefab放入此文件夹中，如图21所示。

此项目为了装饰场景，也大量使用了贴花（Decal）。HDRP支持创建贴花。贴花可以为场景提供可用于灵活摆放且性能高效的小细节，比如墙上和地板上的污渍，地上的树叶，纸片等。我把这些贴花Prefab放在了Resources文件夹下的Decal_Prefab文件夹下。

把所有Prefab放入Resources文件夹中的目的是为了便于后续用脚本自动摆放场景中物体时，我们可以快速方便地获取这些Prefab用于场景的重建。

7.在UE4中使用蓝图导出场景模型摆放信息到文本

通过上述步骤，我们已经在Unity中获得了全部的模型，纹理和正确设置的材质。我们也将这些模型制作成了可以用于搭建场景的Prefab。理论上我们可以对照UE4中的场景，在Unity中手工搭建完成整个场景了。

不过对于拥有几千个物体组件的场景，手工搭建将会耗费大量时间。因此，我们要用程序化的方式来完成Unity中的场景搭建工作，基本步骤如下：

1. 使用蓝图（Blue Print）可视化编程的方式，将场景中指定物体的名称，所关联的模型网格名称，位置，旋转和大小信息，保存在纯文本中。

2. 纯文本中每一行保存一个物体的信息，数据之间用一个空格分隔。

3. 在Unity中用脚本读取这个纯文本，使用Resources文件夹中保存的Prefab生成整个场景并保存。

4. 重复上述操作直到所有类别的物体在场景中完成重建。

通过对UE4场景的分析，我决定将场景中的物体分成三类：静态物体，通过蓝图（Blue Print）保存的物体（UE4中的蓝图（Blue Print）与Unity中的预制体（Prefab）类似），贴花（Decal）。我为这三类物体创建了三个蓝图用于导出三个文本，以下分别为可以将三类物体信息导出到纯文本的蓝图（三个蓝图文件可在附件中下载）。（注：以下蓝图中包含来自Victory Plugin的节点，此UE4插件可以在此下载：https://forums.unrealengine.com/t/39-ramas-extra-blueprint-nodes-for-you-as-a-plugin-no-c-required/3448 ）

1.导出静态物体（图22）:

2.导出用蓝图保存的物体（图23）:

3.导出贴花（图24）:

8.在Unity中使用自定义脚本读取摆放信息文本重建场景

有了导出的纯文本以后，我们就可以在Unity中用脚本来读取这些信息，然后在场景中快速重建场景了。

这里我们使用的是Unity的编辑器API，因此在脚本中要使用UnityEditor相关的命名空间。我在附件中提供了三个脚本，用于分别处理三种类型的物体：静态物体（使用CreateStaticMeshObjects.cs），蓝图物体（使用CreateBPMeshObjects.cs）和贴花（使用CreateDecalObjects.cs）。注意：要让这些脚本工作，必须在Project窗口中创建一个名为Editor的文件夹，把这些脚本放到此文件夹中。

图26为CreateStaticMeshObjects.cs的脚本内容：

脚本逻辑解释如下：

1. MenuItem定义了一个菜单，让我们可以通过Unity编辑器的顶部菜单触发这个脚本。

2. 通过StreamReader的ReadLine方法读取放在Project窗口中根目录里的StreamingAssets文件夹中的纯文本，逐行读取文本内容放到相应的变量中。

3. 接着要定义一个Matrix4x4用于之后的坐标系转换操作。

4. 然后用PrefabUtility.InstantiatePrefab方法来生成正确的Prefab实例，并为此实例改名，应用坐标变换后的位置与旋转信息，以及大小信息。

5. 最后，使用EditorSceneManager.SaveScene方法保存生成好的场景。

上述操作完成以后，我们就获得了一个近乎完成的场景。

9.结语

通过上述步骤，我们成功地将一个UE4场景转成了一个Unity中支持HDRP高清渲染管线的场景。整个过程总结下来最费时间的是手工转所有的材质，其他步骤其实都可以很便捷地完成。

下一篇文章中，我将会使用重建好的场景，使用HDRP的光照系统制作白天和夜晚两种光照效果，具体效果如图27和图28所示：