Unreal Engine 4: come costruirsi il proprio videogioco

Unreal Engine 4 gestisce quattro diversi tipi di luci: Directional, Point, Spot e Sky. La prima corrisponde al tipo di luce che viene utilizzata soprattutto per gli esterni, con fonte di luce collocata a distanza significativa rispetto al punto di osservazione. Le luci puntiformi, invece, si possono accomunare a quelle emanate da una lampadina, ovvero emettono luce in tutte le direzioni a partire da un punto. Stesso principio si ritrova alla base di Spot, con la luce che proviene da un unico punto ma che poi viene dispersa secondo dei coni di luce.

Più complicata è invece Skylight, che funziona attraverso una sorgente luminosa emisferica che simula la dispersione della luce dal cielo. Può essere una soluzione conveniente perché non richiede allo sviluppatore di piazzare tante fonti di luci, gestendo l'intera colorazione del livello con una sola applicazione luminosa. Si può anche specificare una Ambient Cubemap per rappresentare il cielo, ma Skylight di Unreal Engine 4 supporta l'ombreggiatura locale, il che consente di mantenere all'ombra gli spazi chiusi rispetto all'illuminazione proveniente dal cielo.

Tornando a Directional Light, simula una fonte di luce che è infinitamente lontana. Ciò significa che tutti i raggi provenienti da questa fonte sono paralleli, rendendo questa soluzione ideale per simulare i raggi solari. Questo tipo di luce, così come le altre, può essere statica, stazionaria o mobile. Nel primo caso abbiamo illuminazioni di tipo baked, che non subiscono modifiche durante l'esperienza di gioco. L'impostazione stazionaria, invece, permette di modificare il colore della luce e la sua intensità, ma tale fonte non si può spostare. Le luci direzionabili mobili, infine, sono completamente dinamiche, si possono muovere e generano ombre dinamiche. Naturalmente sono le più complicate da renderizzare, ma allo stesso tempo le più gratificanti da vedere durante il gameplay.

Point Lights funzionano in maniera molto simile a una lampadina nel mondo reale, che emette luce in tutte le direzioni a partire dal filamento in tungsteno interno. Tuttavia, per un fatto di prestazioni, alcuni raggi di luce sono semplificati. Un punto di luce, naturalmente, non ha una forma o una consistenza, ma Unreal Engine 4 può conferire alle luci di questo tipo una forma circolare e una lunghezza che permettono loro di interagire con riflessioni e luci speculari. Quest'ultima è la principale differenza rispetto alle luci direzionali, con le ripercussioni che vedremo meglio tra qualche paragrafo.

Con Spot Light la luce parte ancora una volta da un singolo punto, ma poi si disperde a forma di cono. Gli utenti possono scegliere fra due tipi di coni differenti: Inner Cone Angle e Outer Cone Angle. Mentre nel primo caso possono gestire la massima luminosità, nel secondo caso si verifica una dispersione della luce e si creano zone di penombra o un abborbidimento dell'intensità della luce intorno al cono. Il raggio della fonte della luce definisce anche la lunghezza dei coni.

Sky Light tiene invece conto degli oggetti presenti nel cielo, come le nuvole o montagne distanti, interpretando tutto il cielo come una fonte di luce emisferica. Anche questa tipologia di illuminazione è presente nelle forme statica, stazionaria e mobile.

Il sistema che gestisce l'illuminazione globale a partire da fonti di luci statiche all'interno di Unreal Engine si chiama Lightmass. Quest'ultimo, infatti, crea delle lightmap con complessi effetti di luce, zone d'ombra avanzate e riflessioni diffuse. Viene utilizzato per gestire porzioni di scenari di gioco illuminate con luci stazionarie o statiche.

La comunicazione tra Unreal Editor e Lightmass viene realizzata tramite quello che Epic definisce Swarm Agent, il quale può occuparsi della gestione della luce servendosi dell'hardware locale, ma anche inoltrare i calcoli a macchine remote. Swarm Agent informa anche su quali core si stanno occupando degli specifici compiti e come vengono distribuiti i thread tra le unità di elaborazione.

Lightmass calcola automaticamente le ombre indirette e riesce anche a rimarcare queste ultime qualora ciò possa servire per scopi artistici o per migliorare la percezione di prossimità in certe parti della scena, come accade nel caso dell'occlusione ambientale. Inoltre, Lightmass calcola l'occlusione ambientale, applicandola sia nel caso di illuminazioni dirette che indirette, e infine confezionando il risultato conclusivo in lightmap. L'occlusione ambientale è abilitata di default, ma la si può disabilitare togliendo la spunta alla voce Use Ambient Occlusion in Lightmass Settings all'interno del menù World Settings. La prima delle due immagini seguenti mostra luci indirette senza l'applicazione dell'occlusione ambientale, mentre nella seconda si osserva l'effetto di occlusione ambientale applicato sia sulle luci dirette che su quelle indirette.

Lightmass considera tutte le fonti di luce, come Point e Spot Light, come una sfera il cui raggio può essere modificato alla voce Light Source Radius nel menù Lightmass Settings. La fonte di Directional Light è invece un disco posizionato al bordo della scena, con conseguente applicazione statica dell'effetto.

Il parametro relativo alle caratteristiche della fonte di luce è molto importante nel determinare il livello di morbidezza delle ombre, visto che più grandi sono le sorgenti di luce e più morbide risultano le ombre. Se la distanza tra la fonte di luce e il punto dello scenario in cui si trova l'ombra aumenta, allora l'ombra sarà ulteriormente più morbida, proprio come nella vita reale.

Nella prima delle due immagini notiamo l'applicazione della semplice luce direzionale statica, mentre nella seconda, con Lightmass in funzione, si tiene conto della dimensione della sorgente di luce e della distanza dall'occlusore.

La luce che passa attraverso un materiale traslucido perde parte dell'energia, che si trasforma in ombra. La quantità di luce che passa attraverso un materiale in Unreal Engine viene indicata con il termine Transmission, al quale viene associato un valore che va da 0 a 1 per ciascun canale di colore. Il valore 0 indica che il materiale è completamente opaco, mentre 1 indica che la luce passa in maniera completamente inalterata.

Gli sviluppatori devono tenere in considerazione diversi parametri se vogliono che i loro effetti di illuminazione siano ben evidenti agli occhi dei giocatori e se vogliono tenere bassi i costi in termini di capacità di elaborazione richiesta. Le texture che si contraddistinguono per un alto contrasto cromatico o sono particolarmente scure, ad esempio, rendono l'illuminazione difficile da notare.

Per avere i migliori tempi di rendering degli effetti di luce, lo sviluppatore dovrebbe assicurarsi di usare le lightmap in alta risoluzione solo in quelle zone in cui l'illuminazione cambia di frequente e ridurre la risoluzione per le zone scarsamente illuminate o che non ricevono illuminazione diretta o, ancora, che sono fortemente affette da ombre indirette. Stesso discorso ovviamente si può fare per quelle superfici che non sono visibili dal giocatore, per le quali non importa avere lightmap in alta risoluzione. Si può usare anche il Lightmass Importance Volume di cui abbiamo parlato prima, per alterare la configurazione di Lightmass solo per alcune parti della scena tridimensionale.

Epic consiglia poi di non usare mesh di grandissime dimensioni, sulle quali la luce deve essere elaborata nella sua interezza. Bisogna, piuttosto, suddividere le mesh in piccole parti, il che consente di avere vantaggi prestazionali soprattutto con quelle macchine dotate di diversi core e buona capacità di parallelizzazione del calcolo. Le mesh con effetto di auto-ombreggiatura e auto-occlusori, inoltre, potrebbero aumentare in maniera eccessivamente importante i tempi di costruzione della build degli effetti di luce. Unreal Engine 4 mette a disposizione la schermata Lighting Build Info, che permette di verificare quanto tempo serve per calcolare la luce per ogni mesh (si trova in Build->Lighting Info->Lighting StaticMesh Info).

Per le altre informazioni su Unreal Engine 4 vi rimandiamo alla seconda parte di questo speciale, che pubblicheremo nei prossimi giorni.