UE5场景美术风格化实践：从传统渲染到多风格程序化生成¶
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源视频信息
本文基于 UFSH2025 技术分享整理，由 AI 辅助生成
视频标题：场景美术进化论: UE5实现风格自由流程探索
演讲者：秦小博、王宗怡 | 欧酱数字艺术
视频链接：https://www.bilibili.com/video/BV1itmzBWEuZ
导读¶
本文将深入探讨虚幻引擎5（UE5）在场景美术领域的多风格化实现方案，涵盖从国风水墨到 HD2D 像素风格的完整技术路径。我们将从材质系统、程序化生成、后处理技术三个维度，解析如何让个人或小团队突破传统工作流限制，实现风格自由。
核心观点： - 场景美术的第一步是多风格实现，充分挖掘 UE5 的材质编辑器、蓝图和 PCG 能力 - 程序化生成是个人/小团队实现大规模场景的关键路径 - 体素化、描边、分层控制等技术可以实现高度风格化的视觉效果
前置知识要求：熟悉 UE5 基础操作、材质编辑器基本概念、蓝图可视化编程
一、背景与痛点：场景美术为何需要进化¶
1.1 传统场景美术的局限性¶
传统的场景美术工作流程往往面临以下挑战：
- 技能壁垒高：建模、场景构建、光照氛围、动画特效、PCG 等技能分散在不同专业领域
- 协作成本大：大型项目需要多个部门配合，沟通成本高
- 风格固化：一旦确定美术风格，后期调整代价巨大
然而，虚幻引擎5 为个人和小团队提供了强大的技术平台，使得从建模到场景构建、从光照到特效的全流程个人化操作成为可能。这不仅是技术工具的升级，更是创作范式的革新。
1.2 场景美术进化的三个阶段¶
阶段一：多风格实现
场景美术的第一步是掌握多风格实现能力。如果仅将虚幻引擎当作一个"写实渲染器"，并没有充分挖掘其潜力。UE5 包含强大的**材质编辑器**、蓝图可视化编程、PCG（程序化内容生成）、**Sequencer 动画序列编辑器**等工具。
多风格实现的核心在于： - 正常的基础审美 - 规范的游戏制作流程 - 深入理解材质系统与光照的关系
上图展示了团队实现的多种风格案例： - 国风水墨：强调色彩渐变和氛围感 - 美式卡通：类似《无主之地》的描边风格 - 日式动漫：赛璐璐着色与高饱和度 - HD2D：像素化与 3D 结合的独特美学 - 超写实：基于 3D 扫描的真实场景复刻
阶段二：程序化生成
程序化是场景美术的终极目标。通过以下技术路径，可以在最短时间内生成尽可能多的内容：
- UE5 PCG 系统：生成自然场景（如小岛、森林）
- WFC 2D 算法：基于 Wave Function Collapse 算法生成地牢等室内场景
- Houdini + UE5：使用随机模组方式生成复杂城市（如香港九龙城）
- WFC 3D 算法：生成大规模城市布局
- 官方模板改造：基于 UE5 官方城市生成模板的定制化工作流
阶段三：风格融合与迭代
最终目标是建立一套可复用、可扩展的美术流程，支持快速切换不同风格，甚至在同一场景中混合多种风格。
二、核心技术解析（一）：国风水墨风格实现¶
2.1 国风水墨的核心视觉特征¶
国风水墨风格的关键在于： - 晕染感：颜色自然过渡，模拟水墨在宣纸上的渗透效果 - 笔触感：保留笔刷质感，避免过于平滑 - 层次分离：通过景深控制画面的前中后景关系 - 透视控制：适度夸张透视，营造空间感
2.2 技术实现路径¶
（1）宣纸纹理叠加¶
使用宣纸纹理叠加在后处理材质上，实现整体的纸质效果。纹理制作方式： - Substance Designer：程序化生成纹理，可调节纤维密度、颜色变化 - Photoshop：直接使用扫描的宣纸纹理 - 现成素材：从素材库获取高质量纹理
（2）景深与层次控制¶
使用**景深（Depth of Field）**控制画面层次。目前实现为单一景深控制，后续计划升级为多层级景深，实现更精细的前中后景分离。
（3）描边系统¶
描边分为两类： - 硬边结构描边：使用**自定义深度（Custom Depth）提取建筑物等硬表面的边缘 - **软边结构描边：使用类似 Fresnel 的效果，基于法线和视角夹角计算边缘高光
（4）多方向色彩渐变¶
水墨风格的颜色变化需要从多个维度控制：
光照方向渐变： 使用经典的**点乘（Dot Product）**操作： - 计算光源方向向量与物体法线向量的点乘 - 点乘结果映射到颜色渐变（暖色到冷色）
点乘（Dot Product）是美术人员必须理解的第一个数学节点。它将两个向量的夹角关系转换为 -1 到 1 的标量值，这个值可以直接用于颜色插值、遮罩生成等场景。
纵向高度渐变：
通过**绝对世界位置（Absolute World Position）**的 Z 轴分量，实现从底部到顶部的颜色过渡。水平方向渐变：
结合**物体包围盒（Object Bounds）**计算物体的左右、前后方向的颜色变化。笔触纹理叠加：
使用现成的笔刷纹理图叠加，或通过 Substance Designer 生成程序化笔触纹理。
三面映射（Tri-Planar Mapping）：
由于模型本身无法精确控制 UV，使用**三面映射**可以将纹理均匀投射到模型表面：
TriPlanarBlend = abs(WorldNormal.x), abs(WorldNormal.y), abs(WorldNormal.z)
FinalColor = TextureX * BlendX + TextureY * BlendY + TextureZ * BlendZ
这种方法避免了 UV 拉伸问题，尤其适用于复杂几何体。
三、核心技术解析（二）：HD2D 像素风格实现¶
3.1 HD2D 的定义与挑战¶
HD2D（High Definition 2D） 是一种将 3D 模型渲染为像素化风格的技术，广泛应用于独立游戏（如《歧路旅人》）。
核心理念： - 3D 模型 + 像素化渲染：保留 3D 的光影和透视，但呈现像素艺术的视觉风格 - 马赛克化 ≠ 像素化：单纯将颜色贴图降低分辨率会导致细节丢失，不符合美术追求
3.2 体素化模型生成¶
（1）Houdini 体素化流程¶
使用 Houdini 的体素化（Voxelization）功能： - 将原始模型转换为 3D 像素（体素） - 通过调整**体素精度（Voxel Size）**控制模型细节 - 采样顶点颜色，将平均颜色分配到每个面
体素化的优势： - 自动生成立方体堆叠效果（类似《我的世界》） - 颜色存储在顶点色中，无需贴图
体素化的劣势： - 高精度模型的面数会非常高（可能达到数十万面） - 需要 LOD 优化策略
（2）LOD 与性能优化¶
针对高面数问题，采用以下优化方案：
多级 LOD 体素化： - LOD0：高精度体素（小体素尺寸） - LOD1：中等精度 - LOD2：低精度（大体素尺寸）
切片烘焙贴图： - 将体素化模型的颜色烘焙到一张低精度贴图 - 贴图贴到一个平面上（Plane） - 大幅降低面数，适用于远景物体
内部面剔除： 体素化模型内部有大量不可见的立方体，可以通过算法剔除： - 检测每个体素是否被周围体素完全包围 - 删除内部体素，只保留外壳 - 颜色信息烘焙到原始模型的顶点色
最终结果：所有体素化模型只需一个材质球，材质直接读取 Vertex Color（顶点色）。
3.3 室内立方体贴图（Interior Cubemap）¶
为了丰富 HD2D 场景的美术细节，使用**室内立方体贴图（Interior Cubemap）**技术：
原理： - 在玻璃等透明材质后面，使用立方体贴图模拟室内场景 - 当相机移动时,立方体贴图根据视角变化动态偏移，模拟视差效果
实现： - 玻璃表面和内部贴图在同一个材质上 - 使用 UE5 的 Interior Cubemap 节点 - 配置立方体贴图的位置、缩放和视差强度
3.4 像素化电线的程序化生成¶
传统电线模型在像素化风格中会显得不协调。解决方案：
样条线生成网格体： - 使用 Spline（样条线） 定义电线路径 - 沿样条线生成一系列平面（Plane） - 每个平面始终朝向上方（不旋转），形成"像素堆叠"的视觉效果
代码逻辑（蓝图伪代码）：
For each point on spline:
SpawnPlane at point position
PlaneRotation = (0, 0, 0) // 固定朝上
PlaneColor = Sample from wire texture
这种方法使电线看起来像一个个像素方块堆叠而成，完美融入 HD2D 风格。
3.5 角色阴影的独立处理¶
由于场景中大量材质使用了**自发光（Emissive）**，传统阴影效果会被削弱或失真。解决方案：
Scene Capture 2D + Depth： - 使用 Scene Capture 2D 组件（类似 Unity 的 Render Texture） - 单独渲染角色的深度信息 - 将深度贴图应用到一个平面上，作为投影阴影
角色边缘高光（类似描边）： 使用法线偏移技术：
OffsetNormal = WorldNormal * OffsetDistance
DepthMask = SceneDepth - (SceneDepth + OffsetNormal)
Highlight = DepthMask > Threshold ? HighlightColor : 0
这种方法类似**膨胀描边（Dilation Outline）**，通过深度差异生成边缘遮罩，再填充高光颜色。
四、描边技术的多种实现方案¶
4.1 描边技术对比¶
HD2D 项目中需要根据不同场景选择合适的描边方案：
方案一：贴图烘焙描边¶
适用场景：静态物体，低精度模型
优势： - 性能消耗极低（无需额外渲染） - 描边宽度和颜色可预先调整
劣势： - 无法动态调整 - 不适用于动画角色
实现方式： 在 Substance Painter 或 Photoshop 中直接在颜色贴图上绘制描边，或使用边缘检测滤镜自动生成。
配合后处理描边： 可以同时使用贴图描边 + 后处理描边，形成双层描边效果（内层暗色 + 外层高光）。
方案二：多Pass材质描边（Overlay Material）¶
适用场景：3D 资产模型，需要动态调整描边的场景
优势： - 可以独立控制描边颜色、宽度 - 适用于静态网格体
劣势： - 不适用于骨骼网格体（Skeletal Mesh） - 需要复制模型或使用 Custom Stencil Layer
实现方式： 将模型放在 Overlay Material 层：
通过法线偏移扩大模型：
或者直接复制一个模型，稍微放大，使用单色材质。
方案三：深度描边（Depth-based Outline）¶
适用场景：需要全局描边，不区分物体
优势： - 后处理方式，性能开销可控 - 适用于所有类型的网格体
劣势： - 无法单独控制某个物体的描边 - 深度突变处会出现描边
实现方式（后处理材质）：
// 采样场景深度
float Depth = SceneTexture(SceneDepth)
// 深度偏移采样（上下左右四个方向）
float DepthUp = SceneTexture(SceneDepth, UV + float2(0, Offset))
float DepthDown = SceneTexture(SceneDepth, UV - float2(0, Offset))
float DepthLeft = SceneTexture(SceneDepth, UV + float2(Offset, 0))
float DepthRight = SceneTexture(SceneDepth, UV - float2(Offset, 0))
// 计算深度差异
float DepthDiff = abs(Depth - DepthUp) + abs(Depth - DepthDown)
+ abs(Depth - DepthLeft) + abs(Depth - DepthRight)
// 生成描边遮罩
float OutlineMask = DepthDiff > Threshold ? 1 : 0
FinalColor = lerp(SceneColor, OutlineColor, OutlineMask)
方案四：自定义模板描边（Custom Stencil Outline）¶
适用场景：需要精确控制哪些物体有描边，哪些没有
优势： - 可以单独标记物体（通过 Custom Stencil Value） - 支持动态开关 - 描边质量高
劣势： - 需要额外配置每个物体的 Custom Stencil
实现方式：
-
在需要描边的物体上启用 Custom Depth Stencil：
-
后处理材质中读取 Custom Stencil：
4.2 体素化模型的描边挑战¶
体素化模型的描边比普通模型更复杂，因为： - 面数极高：描边计算量大 - 法线方向不连续：立方体边缘会产生不自然的描边断裂
解决方案：自适应描边算法
使用**屏幕空间像素大小自适应**的描边宽度：
// 计算物体在屏幕空间的大小
float ScreenSize = DDX(WorldPosition) + DDY(WorldPosition)
// 根据屏幕大小调整描边宽度
float AdaptiveOutlineWidth = OutlineWidth / ScreenSize
// 应用描边
VertexOffset = WorldNormal * AdaptiveOutlineWidth
这种方法确保： - 近景物体描边细腻 - 远景物体描边稳定，不会因为透视变形而闪烁
适用场景： - 正交相机（Orthographic）游戏：如俯视角 ARPG、策略游戏 - **透视相机但 FOV 固定**的游戏：描边宽度可以预设
对于视角频繁变化的游戏（如第一人称射击），这种方法可能不是必需的。
五、程序化生成的实战案例¶
5.1 PCG 生成小岛场景¶
使用 UE5 PCG（Procedural Content Generation） 系统生成自然场景：
工作流程： 1. 创建地形（Landscape）作为基础 2. 使用 PCG Volume 定义生成区域 3. 配置 PCG Graph： - Surface Sampler：在地形表面采样点 - Density Filter：根据高度、坡度过滤点 - Static Mesh Spawner：在采样点生成树木、石头等资产
关键参数： - Point Density（点密度）：控制资产数量 - Slope Filter（坡度过滤）：避免在陡峭地形生成物体 - Biome Mask（生物群系遮罩）：使用纹理控制不同区域的植被类型
5.2 WFC 2D 算法生成地牢¶
Wave Function Collapse（波函数坍缩） 是一种基于约束的程序化生成算法，广泛用于地牢、迷宫生成。
算法原理： 1. 定义**模块（Tile）：墙壁、地板、门、走廊等 2. 定义**邻接规则：哪些模块可以相邻 3. 初始化网格，所有格子处于"叠加态"（可以是任何模块） 4. 随机选择一个格子，根据邻接规则"坍缩"为某个确定模块 5. 传播约束，更新相邻格子的可能性 6. 重复步骤 4-5，直到所有格子坍缩
UE5 实现： - 使用蓝图或 C++ 实现 WFC 算法 - 或使用插件（如 PCG WFC Plugin）
5.3 Houdini + UE5 生成香港九龙城¶
使用 Houdini 的随机模组功能生成密集城市：
流程： 1. 在 Houdini 中创建建筑模块库（楼层、阳台、空调外挂等） 2. 使用 Copy to Points 或 Assembly 节点随机组装 3. 添加变形、噪波，避免重复感 4. 通过 Houdini Engine for Unreal 导入 UE5 5. 在 UE5 中调整材质、光照
优势： - Houdini 的程序化能力远超 UE5 原生工具 - 可以生成百万级规模的城市 - 支持实时参数调整
六、实战总结与避坑指南¶
6.1 多风格实现的关键要点¶
要点一：材质系统是核心
掌握 UE5 的材质编辑器，特别是以下节点： - Dot Product（点乘）：用于光照计算、渐变生成 - Fresnel（菲涅尔）：边缘高光、软描边 - Custom Depth / Stencil：物体标记、后处理遮罩 - Tri-Planar Mapping：避免 UV 拉伸
要点二：后处理是风格化的放大器
后处理材质可以快速实现全局效果： - 宣纸纹理叠加（国风） - 描边（卡通渲染） - 色阶分离（赛璐璐着色） - 像素化（HD2D）
要点三：程序化思维
不要手工放置每一个物体，而是通过规则生成： - 使用 PCG 生成植被、道具 - 使用蓝图批量修改材质参数 - 使用 Houdini 生成建筑模块
6.2 常见问题与解决方案¶
问题 1：体素化模型面数过高，导致卡顿
解决方案： - 使用多级 LOD - 将远景物体烘焙为贴图 + 平面 - 剔除内部不可见面
问题 2：描边在某些角度闪烁或断裂
解决方案： - 使用自适应描边宽度（基于屏幕空间大小） - 结合多种描边方式（贴图 + 后处理） - 调整深度偏移的采样距离
问题 3：国风水墨效果不够"晕染"
解决方案： - 使用多层颜色渐变（光照 + 高度 + 水平） - 增加纹理的对比度和噪波 - 使用后处理的模糊效果模拟水墨扩散
问题 4：PCG 生成的场景重复感强
解决方案： - 增加资产库的多样性（至少 20+ 模型变体） - 添加随机旋转、缩放、颜色变化 - 使用噪波纹理控制密度分布
问题 5：Houdini 导入 UE5 后材质丢失
解决方案： - 在 Houdini 中使用 Material Attribute 标记材质 - 在 UE5 中通过 Houdini Engine 插件的材质映射功能 - 或使用 UE5 的 Data Table 批量替换材质
6.3 性能优化建议¶
渲染优化： - 合并静态网格体（Static Mesh Merging） - 使用 Nanite 技术处理高面数模型（需 UE 5.1+） - 开启 Lumen 的软件光线追踪模式，降低硬件要求
材质优化： - 减少材质指令数（Material Complexity 视图检查） - 避免在 Pixel Shader 中使用复杂的数学运算 - 使用 Material Functions 复用逻辑
程序化生成优化： - PCG 生成使用异步加载（Async Loading） - 分批生成，避免单帧卡顿 - 使用 Level Streaming 动态加载场景块
七、结语与展望¶
7.1 个人/小团队的机会¶
虚幻引擎5 为独立开发者和小团队提供了前所未有的机会： - 技术民主化：无需大型团队，一个人也可以完成 3A 级别的视觉效果 - 工作流整合：从建模、材质、动画到程序化生成，全流程在 UE5 内完成 - 快速迭代：材质和蓝图的可视化编程大幅降低试错成本
7.2 未来探索方向¶
演讲中提到的两种风格（国风水墨、HD2D）只是起点，还有更多风格值得探索： - 日式动漫赛璐璐着色：使用 Ramp Texture 实现色阶分离 - 美式卡通描边：类似《无主之地》的手绘风格 - Lowpoly 风格：简化几何体 + 平面着色
此外，AI 工具（如 Stable Diffusion、Midjourney）也可以融入工作流： - 生成概念图指导美术方向 - 生成贴图纹理，再通过 PixelMatch 等工具转换为像素风格 - 使用 AI 辅助生成宣纸纹理、笔触图案
7.3 推荐学习路径¶
如果你想系统学习 UE5 场景美术，建议按以下路径：
阶段一：基础掌握（1-2 个月） - 熟悉 UE5 界面和基本操作 - 学习材质编辑器核心节点 - 理解 PBR 材质流程
阶段二：风格实践（2-3 个月） - 复刻一个简单的卡通场景（如《塞尔达传说：旷野之息》风格） - 实现基础描边和色阶分离 - 学习后处理材质
阶段三：程序化探索（3-6 个月） - 学习 PCG 系统 - 了解 Houdini 基础操作 - 实现一个小型程序化生成场景（如森林、小镇）
阶段四：综合项目（持续） - 选择一个你喜欢的艺术风格，打造完整的 Demo - 优化性能，打包发布 - 分享经验，持续迭代
参考资源¶
官方文档： - UE5 材质编辑器文档 - UE5 PCG 快速入门 - Houdini Engine for Unreal
推荐教程： - 欧酱数字艺术官方课程（场景美术、Houdini 全流程） - GDC 技术分享：Stylized Rendering in Unreal - YouTube: The Art of Stylized Rendering
工具与插件： - PixelMatch：贴图像素化转换工具 - PCG WFC Plugin：UE5 的 WFC 算法插件 - Quixel Megascans：高质量 3D 扫描资产库
致谢
感谢欧酱数字艺术团队（秦小博、王宗怡）在 UFSH2025 上的精彩分享。本文基于演讲内容整理，加入了技术细节和实践建议，希望能帮助更多开发者探索 UE5 场景美术的无限可能。
生成工具：Claude Sonnet 4.5 + 自动化文章生成流程
整理时间：2026-01-11
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