Niagara: VFX внутри Unreal Engine
В данном случае под спецэффектами подразумеваются именно те эффекты, которые можно классифицировать не как создание окружений — на них мы насмотрелись в предыдущем разделе. Речь пойдет о создании огня, магии, погодных эффектов, толп зомби, симуляций жидкостей и прочих часто встречающихся в кино эффектах. Но для начала рассмотрим, что такое Niagara.
Niagara: применение по прямому назначению
Niagara пришла на замену Cascade Particle System — системе эффектов из UE4. Система позволяет создавать качественные игровые эффекты и симуляции.
Взрывы в Cascade Particle System. «Unreal Engine 4 Particle effect — Explosion / Fire FX» от Łukasz Krawczyk, 2018 г.
Niagara появилась на более поздних версиях UE4, если уточнять, то вместе с версией 4.21. Niagara является улучшенной версией Cascade Particle System — более оптимизированная работа в играх, больше возможностей при создании эффектов, более гибкая система управления, возможность взаимодействия с окружением и блупринтами (системой визуального программирования), а также наличие пресетов для работы, благодаря которым художники могут экономить время на создании базовых модулей управления эффектами.
«Project Greystone Unreal Engine 5 VFX», видео с канала Abdullah Sağlam, 2023 г.
Устройство у Niagara следующее: внутри системы создаются подсистемы — эмиттеры, в которых можно управлять частицами — 2D спрайтами, 3D объектами, объемами и т. д. Для управления в каждом эмиттере используются модули — заготовки, благодаря которым пользователь сообщает свою волю частицам. Внутри модулей используются атрибуты — они позволяют связывать модули между собой, во многих случаях незримо для пользователя, однако пользователь также может применять их для своих нужд.
Редактор Niagara
Огромное количество модулей идут с Niagara из коробки — модули вроде гравитации, движения, ветра, изменения цвета или размера и так далее. Однако в некоторых случаях таких модулей оказывается недостаточно для создания эффекта. В этом случае на помощь приходит Scratch Pad — благодаря нему можно создавать свои модули. Для этого не требуются знания программирования — только понимание математики. Для написания модулей используется система нод, которые можно соединять между собой для достижения желаемого результата.
Редактор Scratch Pad
Также для упрощения работы с Niagara следует использовать редактор материалов UE, который при помощи собственной системы нод позволяет собирать как реалистичные материалы для объектов, так и материалы для VFX.
«Unreal Engine 5.2 — Next-Gen Graphics Tech Demo | State of Unreal 2023» с канала GameSpot, 2023 г. Материал машины меняется на кристаллический, после чего добавляется грязь.
Чтобы самостоятельно начать работать с Niagara, нужно всего лишь открыть UE, желательно пятой версии. Давайте посмотрим, как основательно подготовиться к созданию эффектов разной степени сложности.
Также стоит поближе посмотреть на эмиттеры и модули, благодаря которым происходит магия создания эффектов.
Niagara: как в кино
В этом разделе мы рассмотрим самые часто встречающиеся эффекты из кино, а также эффекты, разбор которых будет полезен при изучении Niagara.
Система частиц — первое, что осваивает каждый VFX художник-ниагарщик. И оно не удивительно — при помощи нее можно управлять 2D и 3D объектами, в том числе анимированными. Симуляций частиц хватает для закрытия большинства потребностей по игровым спецэффектам. Сработает ли это с кинематографом?
Сейчас узнаем. Для начала разберем простой эффект левитирующих семян одуванчика, благодаря которому можно понять азы Niagara на хорошем уровне, а также начать вникать в особенности VFX материалов в UE. Для работы с частицами в Niagara требуется настраивать материалы специальным образом — в ином случае манипуляции над эффектом не дадут результата.
Важная ремарка — по возможности мы будем стараться избегать самописных модулей, потому что с их появлением любая задача становится более чем решаемой. Мы же должны стараться добиваться результата силами базового набора.
Вслед за одуванчиками стоит рассмотреть еще один эффект — бабочек. Простой пример, чтобы понять, как работать с текстурами, содержащими покадровую анимацию. Такие текстуры по ходу исследования мы встретим еще не раз.
Теперь мы можем наконец перейти к эффектам из кино. В недавнем «Аватаре» от Нетфликс была показана стихийная магия, и та, что связана с землей, выглядит крайне интересно с точки зрения создания в Niagara. Например, эффект вырывания камня из-под земли — здесь помимо самой глыбы нужно показать, как разлетается земля и мелкие камни вокруг того места, откуда только что вылетел булыжник. Самому же булыжнику нужно настроить траекторию полета, что сделать при помощи обычных модулей непросто.
«Аватар: Легенда об Аанге», Netfix, с 2024 г.
«Аватар: Легенда об Аанге», Netfix, с 2024 г.
Похожий эффект от самих Epic Games был в трейлере к игре «Paragon».
«Paragon from Epic Games — Announce Trailer», Epic Games, 2016 г.
В том же сериале были атаки по земле, после чего из нее вылезали камни. Создание такого эффекта тоже поможет разобраться с системой, благодаря которой Niagara может взаимодействовать с окружающим миром, а точнее поверхностями вокруг нее.
«Аватар: Легенда об Аанге», Netfix, с 2024 г.
«VFX Attack Effect 1.01 — Unreal Engine Niagara Particle System», Makar Ovchinnikov, 2022 г. Не камни, но сойдет.
Огонь встречается в фильмах очень часто. Вероятно, виной тому обилие боевиков и экшенов, где все взрывается и горит. Создание огня, на самом деле, задача не особо сложная, по крайней мере в самой Niagara. А вот подготовить для него материалы — непросто.
«Хоббит: Нежданное путешествие», 2012 г., реж. Питер Джексон
Видео с канала Motion Dreams — «Fire Simulation FX in Unreal Engine Niagara | in 12 minutes», 2023 г. Еще один пример огня в UE
«Paragon from Epic Games — Announce Trailer», Epic Games, 2016 г.
В фантастических фильмах голограммы встречаются часто, особенно если эта фантастика — фильм во вселенной Звездных Войн. Создать простую голограмму можно довольно быстро, причем как для статичного объекта, так и для подвижного с содержанием скелета.
Execute order 66. Сцена из фильма «Звездные Войны: Месть Ситхов», 2005 г., реж. Джордж Лукас
Видео с канала Tiedtke. — «Create a sci-fi HOLOGRAM material shader in Unreal Engine 5», 2023 г. Создано без Niagara, только шейдера
Еще один эффект, который поможет показать не только Niagara, но и другие способности UE — портал Доктора Стренджа, оспаривать эффектность которого просто невозможно. Нас же интересует возможность добавить к Niagara пару блупринтов, благодаря которым получится создать тот самый эффект другого пространства по ту сторону портала.
«Доктор Стрэндж», 2016 г., реж Скотт Дерриксон
Видео с канала ABritishGameDev — «How to create a Doctor Strange Portal in Unreal Engine 5», 2023 г.
Создать атмосферу нуарного или киберпанкового города невозможно без дождя, в котором исчезают слезы. И следующая наша задача — создать дождь своими силами. Восславим Зевса, Перуна и Юпитера, чтобы бесстрашно приступать к одному из самых сложных эффектов в этом исследовании.
«Бегущий по лезвию», 1982 г., реж. Ридли Скотт
Видео с канала Matt Aspland — «How To Make Rain | Niagara Rain Particle System — Unreal Engine Tutorial», 2022 г.
Niagara: имя нам — легион
Создавая предыдущие эффекты мы могли обратить внимание, что Niagara отлично справляется с контролем больших количеств частиц — не только спрайтов, но и, например, высокополигональных камней.
Давайте посмотрим, как можно используя Niagara поместить на сцену большое количество объектов, чтобы создать массовку. Но начнем мы, как и в предыдущие разы, с чего попроще — создадим рой стрел. Такой эффект можно увидеть в любом средневековом или фэнтези фильме.
«Властелин Колец: Две Крепости», 2002 г., реж. Питер Джексон
«Unreal Engine Arrow Rain Niagara Effect — UE 5.2 Update», CodeLikeMe, 2023 г.
В приключенческих фильмах герои нередко оказываются в местах, где пол, стены и потолок кишат насекомыми. Создать такое малоприятное помещение поможет Niagara, однако прежде, чем мы перейдем к созданию эффекта, мы посмотрим, как добавить анимацию на объект без скелета
Дело в том, что в 3D графике уже много лет стандартом анимации является скелетная анимация — в персонажа вставляются кости, благодаря которым аниматоры могут вдохнуть жизнь в модельку.
Скелетная анимация персонажа. Из архивов автора
Niagara, к сожалению, пока не умеет работать со скелетал мешами, потому потребуется перенести анимацию на статичный объект. И поможет в этом один из инструментов UE. AnimToTexture Plugin — хороший инструмент, однако пока далекий от идеала с точки зрения удобства для пользователя. Сейчас мы узнаем, как его использовать, а заодно подготовим пчелу для следующего эффекта
Теперь, когда пчела готова, мы сможем создать эффект с ее участием. В «Бегущем по лезвию 2049» был эпизод, в котором герой шел по пасеке. И, как обычно заведено в таких местах, там обитали пчелы. Пчелы ползали по разным поверхностям ульев, и мы хотим добиться такого же эффекта — научить пчел определяться в пространстве, находить поверхности и ползать по ним. Этот эффект можно применять и к другим насекомым, да и ползать они смогут не только по ульям.
«Бегущий по лезвию 2049», 2017 г., реж Дени Вильнёв
«Unreal Engine 5 Revealed! “ от Epic Games, 2020 г. Не пчелы, с технической точки зрения принцип работы тот же.
Насекомые, это, конечно, круто, но как быть, если нужна настоящая человеческая массовка в кадр? Для этого мы можем воспользоваться инструментом, который идет в комплекте с AnimToTexture — благодаря готовому блупринту можно создать массовку в сцене простыми в пару кликов.
Однако эта массовка хорошо подойдет исключительно для наполнения задних фонов, если не использовать совсем малоподвижные анимации для персонажей. Тем более мы здесь собрались ради изучения Niagara, а потому сейчас соберем толпу используя ее, а заодно посмотрим на некоторые проблемы инструмента AnimToTexture.
«Властелин Колец: Две Крепости», 2002 г., реж. Питер Джексон
«Война Миров Z», 2013 г., реж. Марк Форстер
«Simulating Large Crowds In Niagara | Unreal Engine» от Epic Games, 2021 г. Просто потрясающая работа над поведением частиц.
Niagara: за гранью оптимизации
Флюиды — один из самых последних инструментов, введенных в арсенал Niagara. Это очень мощная система для симуляции волюметриков и жидкостей — теперь можно создавать дым, огонь или воду максимально реалистичными.
«Niagara Fluids Immersion: A Beginner Real-Time VFX Simulation Course in Unreal Engine 5.4» с канала RedefineFX | Jesse Pitela, 2023 г.
Цена такой графике — просадки частоты кадров в движке в реальном времени и стабильные вылеты. Здесь всплывает проблема, что UE делает всю графику в реалтайме, и просчитывать сложные эффекты по типу флюидов — тяжко даже на самом современном железе. Недостает возможности посмотреть на эффект в черновом варианте перед рендером, чтобы поправить, например, корректность физики — приходится смотреть на эффект (и на полыхание системного блока) абсолютно всегда в почти готовом варианте — с цветом и светом. С другой стороны, с самого начала видно, что получается, и не приходится ждать рендера ради того, чтобы выяснить, что при создании эффекта был допущен косяк.
«Unreal Engine 5 — Experiment with niagara fluids — Mograph -», sumours, 2024 г.
Из-за невероятной сложности создания волюметриков Epic Games подготовили качественные заготовки, которые можно перенастраивать и использовать для своих нужд. Правда, они не избавляют от потребности изучать эту комплексную систему.
Волюметрики позволяют создать очень зрелищный огонь, который, несмотря на крутость ранее созданного эффекта, будет еще реалистичнее. С другой стороны, у такого огня есть ограничение — огромная сфера-спавнер, избавиться от которой невозможно.
«Люди Икс 2», 2003 г., реж. Брайан Сингер
«Niagara Fluids Free Crash Course | Unreal Engine 5.4 Real-Time VFX Simulations | RedefineFX» с канала RedefineFX | Jesse Pitela, 2023 г.
Криологический туман — частый эффект в сай-фай фильмах. Для его создания также можно применить флюиды — таким образом получится сделать туман более насыщенным. Стоит уточнить, что туман имеет свои особенности при столкновении с другими объектами, а также под него стоит настраивать свет, чтобы на выходе не получить плоскую картинку.
«Трансформеры», 2007 г., реж. Майкл Бей
«Niagara Fluids Free Crash Course | Unreal Engine 5.4 Real-Time VFX Simulations | RedefineFX» с канала RedefineFX | Jesse Pitela, 2023 г.
Про возможности симулировать воду в реальном времени Epic Games рассказали еще в первом ролике-анонсе UE5. Помимо возможности создавать небольшие лужи, UE может создавать и большие водоемы — реки, озера и океаны. Эта вода может реагировать на сторонние объекты, однако создана она в большей степени для наполнения окружения. Что касается именно VFX — здесь на помощь приходят флюиды и возможность делать симуляции воды прямо через них. То есть, если потребуется изобразить корабль, плывущий по воде, или людей, прыгающих с моста в море, то стоит обратить внимание именно на флюиды. С другой стороны, это самая ресурсоемкая система, которая ломает UE при первых намеках на большие значения в настройках эмиттера.
«Пираты Карибского моря: Сундук мертвеца», 2006 г., реж. Гор Вербински
«Unreal Engine 5.3 Real-Time Water Simulation with Splash & Foam — Niagara Fluids | RedefineFX» с канала RedefineFX | Jesse Pitela. 2023 г.
