Lumen, Nanite, Unreal Engine 5. Wenn Sie sich in den letzten Jahren mit der Technik von Videospielen beschäftigt haben, werden Sie diese Begriffe höchstwahrscheinlich schon einmal gehört haben. Das Potenzial bestand jedoch hauptsächlich in Form von Demos und Versprechungen seiner Schöpfer Epic Games. Unzählige Entwickler haben UE5 die Treue geschworen, aber seine Möglichkeiten müssen noch in einem tatsächlichen Versandspiel realisiert werden – bis jetzt.
Da der beliebte Fortnite Battle Royale-Titel des Unternehmens oft als Vehikel dient, um die Fähigkeiten von Unreal zu präsentieren, erfüllt das neueste Kapitel diese Versprechen endlich, indem es die gesamte Suite von UE5-Funktionen für Konsolen und PCs der aktuellen Generation vorstellt. Jetzt läuft Fortnite mit 60 Bildern pro Sekunde und nutzt dabei die Kraft der volldynamischen globalen Beleuchtung und Reflexionen von Lumen in Kombination mit den beispiellosen Details, die Nanite ermöglicht.
Es ist ein transformatives Upgrade, das einen genauen Blick verdient – sowohl in Bezug auf seine visuellen Leistungen als auch auf seine Leistungsauswirkung auf allen unterstützten Plattformen, von PC und PS5 bis hin zu Xbox Series X und S. Das Konzept, die High-End-Funktionen von UE5 zum Laufen zu bringen auf der Konsole überhaupt ist beeindruckend, aber das 60-fps-Ziel zu erreichen – sogar auf der Serie S – ist eine ernsthafte Leistung, die eine eingehendere Analyse wert ist, und es ist auch interessant zu sehen, wie die Technologie auf dem PC noch weiter skaliert. Bei unserer Analyse haben uns Gespräche Anfang der Woche mit Nick Penwarden von Epic, dem VP of Engineering von Epic, geholfen.
Seit seine Enthüllung vor mehr als zwei Jahrenwir waren besorgt Erwartung der Ankunft von UE5-Spielen mit seine wichtigsten neuen Technologien. Während UE5 selbst zuvor in Fortnite integriert wurde, wurden Lumen, Nanite, Virtual Shadow Maps und Temporal Super Resolution erst mit der Ankunft des Kapitel-4-Updates des Spiels in das Spiel integriert. Das heißt, wenn Sie Fortnite auf Xbox Series X/S, PS5 oder PC spielen, haben Sie jetzt Zugriff auf diese neuen Technologien – allerdings nur im 60-fps-Modus auf Konsolen (der 120-fps-Modus verwendet die ältere, etablierte Render-Pipeline).
Bevor wir weitermachen, lassen Sie uns die UE5-Grundlagen klären: Der Star der Show ist Lumen, das Raytracing-Reflexionen und globale Illumination (GI) in vollständiger Echtzeit einführt. Die Modellierung des Verhaltens von Licht ist seit ihrer Einführung eine zentrale Herausforderung in der Echtzeitgrafik geblieben – seit Jahren verlassen sich Entwickler auf eine Vielzahl vorberechneter Lösungen für die Beleuchtung, die alle ihre eigenen Fehler und Ungenauigkeiten aufweisen, um praktikabel zu sein.
In Fortnite bedeutet die dynamische Tageszeit, dass sich die Position der Sonne während des Spiels ändert, daher ist es schwieriger, realistisches Licht und Schatten zu fälschen, und der Unterschied zwischen der vorherigen vorberechneten Lösung und RT kann verblüffend sein. In dem neuen System strömt Sonnenlicht durch Fenster ein und überträgt Farbe auf benachbarte Oberflächen, während sich natürliche Kontaktschatten um Objekte bilden.
Lumen ist hier in zwei Varianten erhältlich, wobei Software-Lumen seine globale Beleuchtung anhand einer vereinfachten Szene (unter Verwendung einer Mischung aus Entfernungsfeldern und Bildschirmraumverfolgung) berechnet, während Hardware-Lumen, das derzeit nur in der PC-Version verfügbar ist, richtige Dreiecke für a verwendet realistischeres Aussehen, einschließlich genauerer Reflexionen und globaler Beleuchtung und weniger Lichtverlust. Hardware-Lumen bedeutet auch, dass Charaktermodelle und andere sich bewegende Objekte in Reflexionen einbezogen werden. Allerdings bleiben auch im erstklassigen Lumen Mängel bestehen, wobei das oben eingebettete Video neue Lichtlecks in einigen Szenen zeigt, keine hochwertige RT auf Glas und Charaktere und andere komplexe Objekte mit schwarzen Hohlräumen in Reflexionen erscheinen.
Auf Konsolen ist Software Lumen die einzige Option, was bedeutet, dass gehäutete Netze, wie z. B. Charaktere, nur unter Verwendung der Bildschirmraumberechnung reflektiert werden, Lichtverlust häufiger auftritt und die Gesamtgenauigkeit leicht verringert ist. Unabhängig von der Plattform stellt Lumens GI sicher, dass die Beleuchtung immer realistisch ist und schön aussieht. Es bedeutet auch, dass Künstler nicht jede Szene feinabstimmen müssen – sobald die Materialeigenschaften konfiguriert sind, funktioniert es einfach.
Natürlich gibt es einige Nachteile – die zugrunde liegende GI verwendet 1/16 Strahlen pro Pixel, sodass ein Rauschunterdrückungsalgorithmus verwendet wird, um ein kohärentes Ergebnis zu erzeugen. Dies stellt sicher, dass die Leistung hoch bleibt, kann aber in einigen herausfordernden Situationen zu sichtbarem Schimmern führen – aber ich denke, es ist ein lohnender Kompromiss. Mit Lumen erwacht die Welt von Fortnite wirklich zum Leben – manchmal ähnelt sie Offline-CG-Renderings – aber es ist nicht das einzige ausgestellte Feature.
Nanite debütiert auch in Fortnite Kapitel 4. Dies im Wesentlichen ermöglicht ein hohes Maß an geometrischen Details auf statischen Netzen, wobei seine größere Effizienz eine höhere Qualität ermöglicht. Frühe UE5-Versionen unterstützten keine alphamaskierten Texturen (z. B. Gras und Bäume), aber dies wurde in UE5.1 hinzugefügt. Interessanterweise entschieden sich die Fortnite-Entwickler stattdessen dafür, jeden Baum, Busch und Grashalm im Spiel in ein Polygonnetz zu verwandeln – was zusammen mit Nanites System für Auto-LODs sicherstellt, dass Bäume in jeder Entfernung visuell entfernt aussehen, wie andere Nanite-Geometrie .
Es ist auch nicht nur Grün – viele Oberflächen, auch solche, die nur Texturen waren, wurden in ein Nanite-Netz umgewandelt – von vollständig modellierten Hausverkleidungen bis hin zu einzelnen Ziegeln und Steinen. Es ist unglaublich, wie viele Details selbst aus nächster Nähe sichtbar sind. Während das Spiel also stilisiert bleibt, wird der Detaillierungsgrad pro Objekt massiv erhöht und es gibt keine sichtbaren LOD-Übergänge mehr, sobald ein Objekt geladen ist.
Allerdings kann man beim Spielen immer noch Pop-Ins bemerken, da das Spiel aufgrund der Speicher- und CPU-Kosten des neuen Systems nur einen bestimmten Bereich um den Spieler herum anzeigen kann, wobei weiter entfernte Objekte durch ein einzelnes vereinfachtes ersetzt werden HLOD-Netz. Deshalb bleibt Pop-In auch bei Nanite ein knifflig zu lösendes Problem. Trotzdem ist es erstaunlich, in verschiedene Objekte hinein- und herauszuzoomen, während die visuelle Stabilität erhalten bleibt. Es ist viel kohärenter und konsistenter als das, was wir normalerweise in großen Open-World-Spielen sehen.
Diese Kombination aus Lumen und Nanite ist dann potent und Fortnite zeigt wirklich, was mit der neuen Engine möglich ist – auch beim Nachrüsten eines bestehenden Titels. Es gibt jedoch auch andere neue Funktionen, die eine kurze Erwähnung wert sind. Temporal Super Resolution (TSR) ersetzt das vorherige TAAU und bietet eine hervorragende visuelle Wiedergabetreue, ähnlich wie DLSS oder FSR2, mit einem 4K-ähnlichen Erscheinungsbild trotz viel niedrigerer interner Auflösungen auf Series X und PS5.
Es gibt auch virtuelle Shadowmaps, die zu einem einheitlichen und qualitativ hochwertigen Schattenwurf führen und die Schatten von detaillierten Nanite-Netzen bis hinunter zu einzelnen Grashalmen oder kleinen Steinen genau projizieren. Auch auf große Entfernung bleiben Schatten sichtbar, was die Geschlossenheit der Karte erhöht. Es ist ein vollständiger Ersatz für andere Schattentechniken wie kaskadierte Schattenkarten und vermeidet viele dieser Nachteile. Es ist jedoch nicht billig, und auf der Konsole ist bei genauer Betrachtung der Schatten sichtbares Rauschen zu erkennen, aber insgesamt ist es immer noch ziemlich beeindruckend. Es ist auch möglich, Objekte aus der virtuellen Schattenkarte auszuschließen, um die Leistung zu steigern, die bei der Serie S verwendet wird.
Der Schlüssel hier ist, dass all diese Technologien mit anderen UE5-Elementen kombiniert werden, wie z. B. der neuen Partitionierungsfunktion für große Welten, um eine fantastische Demonstration der Engine zu schaffen. Es deutet auf große Dinge hin, die von Entwicklern kommen werden, die zu Unreal gewechselt sind, und deutet auch darauf hin, dass bisher nur wenige Spiele wirklich gezeigt haben, was diese neuen Maschinen können. Tatsächlich verwenden alle aktuellen Versionen von Fortnite jetzt UE5, um die Entwicklung zu vereinfachen – selbst auf Switch, wo nicht genug Leistung vorhanden ist, um die neuen Funktionen zu aktivieren, über die wir heute sprechen.
Bevor wir zum Schluss kommen, interessiert es Sie vielleicht, wie das Spiel auf jeder Plattform in Bezug auf Leistung, Auflösung und – ja – Stottern der Shutter-Kompilierung läuft. Fangen wir mit den guten Dingen an: Basierend auf unseren Gesprächen mit Epic zielen sowohl PS5 als auch Series X auf 4K über zeitliche Superauflösung ab, mit einer internen Auflösung von 864p bis 1836p – eine riesige Bandbreite. Im Durchschnitt liefert PS5 55 Prozent 4K auf jeder Achse, während Series X mit 59 Prozent etwas höher liegt. Aufgrund der Funktionsweise der Bildrekonstruktion ist es sehr schwierig, überhaupt einen Unterschied zwischen den beiden Versionen zu erkennen.
Die Serie S hat verständlicherweise eine niedrigere Auflösung, mit einer internen Auflösung von 540p bis 1080p, was durchschnittlich 73 Prozent von 1080p entspricht, verliert aber auch Reflexionen auf glänzenden Oberflächen (z. B. Wasser), die Auflösung einiger Effekte ist geringer und es gibt auch eine Reduzierung der Bodenechos . Ehrlich gesagt sieht die Serie S den Versionen der Serien X und PS5 überraschend ähnlich. Am wirkungsvollsten ist das Weglassen von Lumen-Reflexionen – Gewässer können je nach Winkel alle Reflexionen verlieren, da sie nur auf Informationen zum Bildschirmbereich angewiesen sind.
Leistungsmäßig läuft es überraschend gut – zumindest auf der Konsole. Bei unseren Tests waren wir grundsätzlich immer auf 60 fps fixiert. Auf dem PC sahen wir jedoch ein gewisses Stottern der Shader-Kompilierung – weniger als wir bei einem UE4-Titel ohne asynchrone Shader-Kompilierung erwarten würden, aber die Begegnung mit neuen Inhalten oder das Durchqueren der Welt in einem Fahrzeug führte zu einigen Dropped Frames. Dies würde allmählich nachlassen, wenn die Shader schließlich gefunden und zwischengespeichert werden, aber Spiel- und Treiberaktualisierungen würden den Prozess neu starten.
Epic ist sich des Problems bewusst und im Gespräch mit Nicholas Penwarden, VP of Engineering bei Epic Games, ist die Shader-Zusammenstellung der Firma in gewisser Weise immer noch unvollkommen. Zum Beispiel könnten Charaktere auf andere Weise in die Welt gestreamt werden als andere Assets, sodass die Shader-Zusammenstellung sie möglicherweise nicht gut handhabt – und ähnlich, da Fortnite Chapter 4 die Welt in Zonen für Nanite aufteilt und Fahrzeuge verwendet, um schnell in neue einzudringen Zonen könnten erfordern, dass Shader schneller kompiliert werden, als dies derzeit möglich ist. Für zukünftige Versionen von Unreal Engine und Updates für Fortnite Chapter 4 sollten wir also ein maßgeschneidertes System erhalten, um diese Stotterer zu verhindern. Die Mitarbeiter von Unreal Engine scheinen das Problem ernst zu nehmen, also werden wir hoffentlich etwas Bewegung an dieser Front sehen.
Insgesamt ist es spannend, Nanite, Lumen und andere Funktionen der Unreal Engine 5.1 in einem Versandtitel auszuprobieren, und es wird faszinierend sein zu sehen, wie andere Entwickler diese Funktionen übernehmen – und wie sich die Engine in Zukunft weiterentwickelt.
