UE4在高校设计类专业虚拟现实课程中的教学应用

摘要：随着虚拟现实技术的不断发展与成熟，许多高校开设了虚拟现实类课程，这类课程大多以讲授三维建模、动画、灯光渲染等技术为主。课程中所完成的作品多以三维动画短片的形式展示。UE4作为一款游戏开发引擎，所开发的产品可兼容多款主流沉浸式虚拟现实设备。现通过对UE4所具备的功能模块以及设计行业内工种分类情况进行分析，探讨了虚拟现实类课程建设中UE4内容的教学方向、课程相关性以及教学重点。

关键词：UE4;虚拟仿真;虚拟现实;高校课程建设

0 引言

对于大多数虚拟现实内容产品的开发者来说，选择一款功能稳定、软硬件兼容性强、易于开发与移植、具备良好持续维护能力的引擎是项目立项时优先需要考虑的问题。UE4作为一款成熟的游戏引擎，为开发者们提供了所见即所得、可快速开发与便捷发布产品的平台。

UE4是由Epic Games公司开发的开源游戏引擎。该引擎于1998年发行，一共发行了UE、UE2、UE2.5、UE3、UDK、UE4多个版本，截至2020年年中，已更新至UE4.25版，且已发布了UE5的预览视频及技术预告。

UE4采用了免费授权、免费下载以及5%游戏流水分成的EULA方式。因此，各高校将该引擎用于教学及研究是免费的，利用UE4制作的展示作品或文创产品，只要不用于商业盈利，Epic Games公司也不会收取任何费用。

UE4的即时渲染功能使它的应用不仅局限于开发游戏，还可被用于电视剧场景合成、影视动漫制作、室内/室外场景漫游以及电影虚拟拍摄等诸多领域。UE4由于引擎功能模块所涵盖的范围较广，其复杂程度超过了一般的设计类软件。各高校教师在制定教学大纲时，对UE4引擎的功能点进行评估，确定哪些功能适合设计类专业学生学习，就成为了教师在课程建设中需要重点关注的问题。

1 基于UE4开发项目中的职责分配，确定教学方向

利用UE4开发项目的从业者大致分为美术类、技术美术类、关卡编辑类和程序开发类4个方向。

美术类工作的从业人员通常使用Maya、3D Max以及ZBrush等软件完成角色、物件、场景的建模，UV拆分、角色绑定等工作，通过Substance Painter、Photoshop、BodyPaint 3D、Mari、3DCoat等软件制作材質贴图。涉及上述几款软件的课程目前已经在各高校的数字媒体、动画、产品设计以及景观设计等专业中开设，相关专业的学生已初步具备完成美术类工作的基础和能力。

技术美术类工作的从业人员负责将美术人员已完成的模型、动画、材质贴图文件等素材导入UE4引擎，并在UE4引擎中制作对应的材质球，编辑地形，布置灯光，创建特效等。这类岗位在UE4开发项目中为必备岗位。技术美术类岗位工作内容与学校课程的关联度较高，学科差异性较小，较适合艺术、设计与影视类专业的学生进行学习。

关卡编辑类工作通常使用UE4中的蓝图（Blueprint）功能及编程，蓝图是一个完整的可视化游戏脚本系统，其设计思想是使用基于节点的界面从虚幻编辑器中创建游戏元素。蓝图为设计人员提供了一般仅供程序员使用的工具[1]。蓝图系统通过节点的连接，即可将事件、函数以及变量进行关联，创建一些简单的互动事件及流程逻辑。这方面的知识对于艺术与设计类学生来说，可作为选修课程。

程序开发类工作涉及C++开发、API编写、自定义蓝图节点、插件编写以及前后端开发等，这方面工作需要设计人员具备编程基础，这方面内容和艺术与设计类学生所学知识体系的关联度较低，更适合计算机类、软件工程类专业的学生进行学习。

2 基于官方教程，确定教学框架和学时安排

目前国内完整而系统化的UE4教材较少，多数初学者会使用Epic Games官方网站所提供的视频教程进行学习。学校在开展UE4教学时，可参考官方教学视频制定教学大纲。对于艺术与设计类学生，他们主要的学习内容还是集中在技术美术方面，目前官方教学视频已更新至224集，Epic Games官网视频教程结构表如表1所示。

官方网站教学视频总时长为近36 h，其中适合艺术与设计类学生的内容包含第1章UE4界面及操作入门，第2章UE4室内关卡（场景）创建实例，第9章UE4中材质和纹理的制作，第10章UE4中的粒子系统以及第18章UE4材质补遗。

官方视频教程主要侧重于对基本流程做讲解，并不强调教程中的重点，或是就重点知识点展开讲解。因此，教师在设计教学大纲与课程时，需要对每一个章节的内容的重点和难点进行整理、补遗，并追加练习实例，以便学生更好地掌握知识。

在实际教学中，教师让学生掌握UE4引擎中蓝图和编程以外的技术美术类基础知识与技能，约需32个学时，但教师需额外安排32～64个学时，指导学生完成一个中长期作业。因此，较为合理的课时安排为64～96个学时。

3 结语

对于艺术与设计类学生来说，开展UE4课程的主要目的是使学生具备参与到UE4项目中，承担技术美术类工作的能力。教学内容建议包含UE4的基本操作、材质节点创建及连接、模型纹理的导入、场景创建、地形编辑以及灯光和粒子系统。教学重点可以放在节点的连接上，让学生理解各节点数据输出与输入的关系以及不同节点的功能。

从课程相关度方面来说，UE4的课程建议接续在Maya或3D Max等三维动画软件课程之后，学生对三维动画技术有一定了解后，学习UE4会较为容易。当学生学习过Maya的节点系统后，可以很快理解UE4中的节点系统。教师如有额外的课时，可以补充蓝图的入门知识以及学习Matinee板块，这些知识可以让学生在单纯的漫游场景中加入互动元素与事件，并创建过场动画。

艺术与设计类学生掌握UE4引擎的基础知识，可以创建出用于沉浸式虚拟设备体验的虚拟场景;建筑设计类、景观设计类、影视动画类学生可以基于此技术将所设计的作品更好地进行展示，供观众体验。高校将UE4相关内容引入课程，能够帮助学生了解VR、AR以及MR等产品的开发思路与流程，拓宽学生就业渠道。

[参考文献]

[1] 李楠，王晓宁，傅文豪，等.基于虚幻4的Steam VR交互功能的实现[J].北华航天工业学院学报，2018（3）：5-8.

收稿日期：2020-07-24

作者简介：孔晨（1981—），男，云南昆明人，讲师，研究方向：三维动画、游戏策划、VR/AR产品策划及开发。