UNREAL ENGİNE 5 - Lumen & Nanite Teknoloji Testlerim [Video + SS]

Unreal Engine 5'in geliştiriciler için erken erişime açılmasıyla birlikte motoru indirip en belirgin özelliklerini bizzat test etmek istedim. Motorun yeni nesil halinin grafik & performans odaklı yaklaşımını normalde Epic Games kendi yaptığı açık dünya bir Demo oyun üzerinden PlayStation 5 ile oynatarak göstermişti. Epic'in demo sahnesi gerçek dünya'dan 3D Scan yöntemi ile kaydedilmiş, film kalitesinde Assetlerden oluşuyordu.

Ancak oyun geliştirirken her zaman Megascan Assetleri kullanmayız, oyunlarda genellikle kurgusal dünyalar oluşturulduğu için ve aynı zamanda benzersiz ortamlar inşa edilmek istendiği için, 3D sanatçılar yoğun olarak yapılacak oyuna özel sıfırdan Assetler hazırlarlar. Bu geleneğe uygun bir test olması için, daha öncesinde UE4 ile tamamını kendim yapmış olduğum kapalı mekanda geçen oyun ortamımda test ettim UE5'i. Ayrıca bu çalışmayı daha önce Gameplay videosu eşliğinde konu açıp paylaşmıştım, bunun hakkındaki detayları ve yapım aşamasına dair bilgileri görmek istiyorsanız burada konu linki mevcut:

https://forum.donanimhaber.com/korku-oyunu-cevre-tasarimi-tamamlandi-gameplay-ss--141897117

Orijinal hali UE4 olan sahnemi Unreal Engine 5’e convert edip, motor içerisindeki çeşitli render özellikleri üzerinden test ettim. Tecrübe ettiğim ana özellikler şunlar:

-         Lumen Global Illumination

-         Lumen Reflections

-         Nanite

LUMEN GI VE LUMEN REFLECTIONS

UE5'in Lumen isimli ışık motorunun oluşturduğu farkı en iyi şekilde gözlemlemeniz için motor içerisinden video kaydettim. Aşağıdaki ilk video Lumen GI ile ilgili. Video’nun ardından resimler ile açıklama paylaşacağım.

Global Illumination, 3D ortamlarda Indirect Lighting olarakta bilinen, ışık fotonlarının bir yüzeye çarptıktan sonra, o yüzeyin üzerindeki Diffuse rengini alarak yüzeyden etrafa sıçraması ve bu foton sıçramaları esnasında renkleri yeniden tanımlanmış fotonlar ile etrafı aydınlatmasıdır temelde. Gerçek dünyada’da gölgeleri %100 olarak karanlık görmeyişimizin sebebi, ışık kaynağından yüzeylere direkt olarak çarpan fotonların, çarptığı objelerin üzerinden sekerek ışığın vurmadığı bölgelere saçılmasından kaynaklanıyor. Fotonlar bu şekilde davranmasaydı ışık vuran yeri aydınlık görürken, direkt olarak ışık vurmayan yerleri zifiri karanlık görürdük ve hayatımız zehir olurdu heralde. :) İşte 3D ortamda da bunun taklit edilmesine Global Illumination(GI) deniyor.

Şimdi aşağıdaki resimlerde yine video'da gördüklerinizi göreceksiniz, fark ettiyseniz kapağı farklı renklere sahip olan dolaba ve sarı renkteki duvara direkt olarak yansıttığım ışığın, Lumen GI teknolojisini kullanarak fotonların objelerin üzerinden etrafa saçılması ile oluşan aydınlanma etkisini görüyorsunuz. Ana ışık, vurduğu objenin üzerindeki Diffuse rengini alarak etrafa ikincil fotonlar şeklinde dağıldığı için, ortam genelinde objelerin üzerlerindeki renklerle oluşan bir aydınlanma olduğunu fark etmişsinizdir.

Normalde bu etkiyi Nvidia RTX ile de yakalamak mümkün, ancak Lumen ile aynı etkiyi elde ederken daha yüksek performans aldığımı fark ettim. Bu sebeple verimlilik anlamında Lumen GI, RTX GI'dan daha verimli teknoloji gibi duruyor şu an için.

======================================================================

======================================================================

LUMEN REFLECTIONS

Lumen Reflections’da Lumen GI’ın ikiz kardeşi diyebiliriz. Yine kendi sahnem üzerinden farkı en iyi şekilde gösterebilmek için video kaydettim. Daha sonrasında yine resimler üzerinden açıklayacağım.

Video’da da gördüğünüz gibi eski Screen Space Reflections’ın(SSR) yerini Lumen Reflections ile doldurduğum zaman, pürüzlü ve yansıtıcı yüzeylerde bile SSR’dan çok daha isabetli yansımalar elde ediyorum. Üstelik tıpkı RTX Reflections'da olduğu gibi, yansıyacak olan objelerin kamera kadrajına girmesine gerek yok, çünkü Lumen Teknolojisi de aynı RTX gibi bir teknoloji. Lumen, yapacağı hesaplamalarda Software RayTracing ve Signed Distance Field temeline dayanıyor.

Bir açıklama: Signed Distance Field ise Raymarch(Sphere Tracing) yöntemi ile kamera vektöründen her bir pixel için sahneye gönderilen ışınlar, çıkış noktasını ilk örnekleme noktası olarak baz alıp kendisi ile birlikte küre biçiminde ek bir ışın cinsi daha gönderiyor, bu küre biçimindeki örnekleyiciler bir objenin kameraya en yakın yüzeyi, en uzak yüzeyi ve arada kalan yüzeyler gibi derinlik mesafelerini ölçüp, yapılan ölçüm neticesinde elde edilen verilerin Fragmant Shader iş akışında istenilen şekilde işlenmesine olanak veriyor. Raymarch (Sphere Tracing) görsel betimlemesi şu şekilde:

Bu yöntem etkili bir şekilde ilk olarak PS4’e özel olarak çıkmış olan Horizon: Zero Dawn oyununda özelleştirilmiş Volumetric bulutları render etmek için kullanılmıştı. Ardından Red Dead Redemption 2’de de Volumetric bulutlar oluşturmak için kullanılmıştı. Genellikle Sis, Volumetric Light, Volumetric Bulut gibi hacimsel Atmosferik efektleri render etmek için Raymarching yöntemine başvuruluyor. RayTracing’den farklı bir çalışma şekli var ama temelde aynı mantığa sahipler. UE5’in Lumen teknolojisi de derinlik bilgileri için Mesh Distance Field yöntemi üzerinden veri ölçümü yaptığına göre, bu iş akışının kökeninde Raymarch (Sphere Tracing) teknolojisinden faydalandığını söyleyebiliriz.

======================================================================

======================================================================

NANITE

Son aşamada Nanite’den bahsedeceğim. Aşağıdaki video’da gördüğünüz gibi sahnem üzerinde tek bir obje var ve gereksiz seviyelerde yüksek Vertex sayılarına sahip olduğu için tek başına sistemi çökertmeye yeterli durumda. Daha önceki bir proje için direkt olarak ZBrush’tan Sculpt ettiğim bir modeldi, şu anki halinde ise bunu hiç optimize etmeden olduğu gibi UE5’e çıkardım Nanite ile sistem performansını ölçmek için. Ayrıca bu model için 4K kaplamalar hazırlamıştım. Modeli bu testteki hali ile ultra seviyelerde Tesellate edilmiş gibi düşünebilirsiniz, normal şartlarda Bake edilmiş Normal Map’ler ile elde edebileceğim bazı yükseklik verilerini direkt olarak 3D Mesh’in kendi üzerinde kullandım. Yani optimize edilmemiş ham 3D modelden bahsediyoruz.

Yüzeyinde Milyonlarca Vertex’e sahip olan modeli, video’nun ilk yarısında Nanite teknolojisine uyarlayarak kullandım ve FPS cinsinden performans sonuçlarını gösterdim. Video’nun diğer yarısında ise yine aynı objeyi hiç Nanite teknolojisine uyarlamadan olduğu gibi ham şekilde kullandım ve yine FPS değerlerini gösterdim. Nanite'in sistem performansına olan etkisini görmek için video'yu izleyin:

Sonuç şu ki Nanite ile gerçekten de yüzlerce milyonluk Vertex sayılarında bile minimum seviyede performans kaybı yaşıyorsunuz ve bu durum özellikle de oyun konsolları açısından çok büyük bir avantaj sağlamak anlamına geliyor. Nanite temel olarak şu şekilde işliyor:

-         3D obje bütünüyle analiz edilip hiyerarşik şekilde obje Triangle gruplarını barındıran kümelere bölünüyor.

-         Render esnasında obje gerçek zamanlı olarak, önceki aşamada analiz edilmiş olan Triangle kümelerini baz alarak detay seviyesi düşürülmüş bir objeye dönüştürülüyor ancak bunu yaparken kamera açısını ve yakınlığını baz alıyor, yani detay seviyeleri görünülürlük oranına göre aşamalı şekilde düşürülüp kümeler kesiksiz şekilde birbirine bağlanıyor, böylece objenin 3D detaylarında bir bozulma ya da kusur hissettirmiyor.

-         Objedeki bütün Mesh detaylarının bellekte saklanması yerine, sadece gerekli olan kısımlar detaylı biçimde bellekte tutuluyor.

-         Ancak bu işlemi yaparken obje detaylarının gerektiği anda Stream edilebilmesi için, ana obje depolama ortamında saklanıyor ve hızlı bir biçimde işleme alınması gerektiği için iyi bir SSD kullanmak gerekiyor.

Ben 970 Evo Plus NVMe M.2 SSD kullanıyorum ve sonuçlar video’da gördüğünüz gibiydi. Bu tip bir data Streaming işlemi için PlayStation 5’in özelleştirilmiş SSD çözümü çok uygun. Bundan ötürü Epic Games, ilk sunumu PS5 üzerinde yapmaktan oldukça memnundu.

UE5’in Animasyon, Görsel Efekt ve ortam oluşturma teknikleri alanlarında da yenilikleri var ancak kısa süre zarfında her şeyin derinine inmek mümkün değil. En çok dikkatimi çeken ikincil özelliklerden biri Full Body IK oldu, karakterlerin 3D dünya ile olan hareket ve temas etkileşiminde yüksek isabetlilik oranı yakalanabiliyor yeni geliştirilen sistem ile. Artık UE5’in içerisinde Inverse Kinematic (IK) Rig oluşturup karakterleri hareket ettirmek mümkün.

Daha önceleri karakter modellerini Maya gibi 3D ortamlarda Rigleyip hiyerarşik kemik sistemi ile oyun motoruna atardık. Şimdi Rigleme sekansını motor içerisinde de detaylıca yapmak mümkün hale gelmiş. UE5’i erken erişim ile hızlıca da olsa test etmek çok güzel bir deneyimdi. Bu motor ile uzun vadeli keşifler yapmak ve yeni teknolojilerine adapte olmak da keyifli olacaktır. İlerleyen yıllarda farklı geliştiricilerle çok muazzam projelere imzalar atılacağını düşünüyorum. Sadece oyun değil, sinema sektöründe de kullanılabilecek bir oyun motoru bu.

Animasyon olayı 4.26 ile gelmemişmiydi. Arayüzü biraz unity vari olmuş.

6 Yıllık Unity kullanan biri olarak, gözlerim yaşardı. Herşeyi geçtim çoğu motorda bir şekilde yapılabilir grafik vs ama Nanite işi çok başka bildiğin yeni devran olmuş, bu işin kitabını yeniden yazdıracak bir teknoloji gibi.

İnceleme de bir okadar harika olmuş, memlekette bu işle bukadar pro ilgilenen arkadaşlar gördükçe seviniyorum.

Çok güzel bir inceleme olmuş. UE motorunun yeni sürümü ile ilgili yeni tecrübelerinizi de bizimle paylaşırsanız memnun olurum.

unreal 5 ismi biraz hikaye olmuş, 4.27 olarak çıksada olurmuş.

müşteriler unreal5'e port edecek misin plugini diyorlar, ulen zaten unreal4 projesini direk açıyor nesini port edeyim  

@teknodetay86, Full body IK, control rig ve motion warping 5.0 sürümünde yeni bir boyut kazanmış durumda hocam, her ne kadar bunları derinlemesine tecrübe etmemiş olsam da Epic'in sunumundan anladığım kadarıyla sistemin çapını oldukça ileri bir boyuta taşımışlar. Şimdilik detaylarla alakalı dökümana bakabilirsiniz şuradan:

https://docs.unrealengine.com/5.0/en-US/AnimationFeatures/PBIK/

@Lyc, kesinlikle katılıyorum, grafik kalitesi zaten 3D sanatçıların, Texture sanatçılarının vs. işçiliğiyle alakalı aslında. Yani oyun motoru sadece yapılacak olan işi render edebilecek yazılımsal kapasiteyi sunuyor, ancak görsellik açısından asıl iş Assetleri yapanlarda bitiyor. Assetler kötü hazırlandıysa ve ışıklandırma için düzgün bir sanat yönetimi yoksa Lumen miş RTX miş hiç biri kurtarmaz görüntüyü.

Ama optimizasyon noktasında Nanite başka bir boyut gerçekten. Yani yüksek vertex sayılarına sahip bir objeden ard arda bir sürü kopya aldığım zaman bile performans üzerinde gözle görülür bir değişim olmuyor. Baya sağlam bir optimizasyon teknolojisi, ancak bazı render teknikleri ve post efektler Nanite uygulanmış objeler üzerinde çalışmıyor. Forward rendering ve MSAA bunlardan biri. Bir oyun geliştirirken Assetler üzerine geleneksel optimizasyon yöntemlerini de uygulayarak ilerlemek çok daha verimli olacaktır.

Elinize sağlık hocam.

Sanırsam Nanite'in altında Dx12 Ultimate'ın Mesh Shading teknolojisi yatıyor. Ultimate'i tanıttıklarında kimse mesh shading üzerinde durmadı ama benim ilk dikkatimi çeken şeylerden birisi oldu. Kim kullanacak diye bekliyordum.

çok güzel anlatım olmuş elinize sağlık. benim gibi sadece oyuncu olanlar da üç beş birşeyler anlayabilir. oyun sektörü ikiye yarılacak gibi duruyor. UE 5 ten öncesi ve sonrası gibi...

Eline sağlık Evren, çok güzel bir çalışma olmuş. Bravo!

Elinize sağlık, daha fazla gelişme için takipteyiz.

İlk başta bana da öyle geldi, bi an korktum açıkçası ama ilgisi yok. Epic in kendi resmi sitesinde nanite'nin hakkını verebilecek minimum düzeyde kullanacak geliştiriciler için donanım olarak gtx 1080 / vega 64 ve üstü gpu lar tavsiye edilmiş. Benim bildiğim hem nanite hemde diğer geliştirmeler için donanımsal şartlar yok. Oysa dx12 ultimate teki mesh shading teknolojisi için bildiğim kadarıyla şu an sadece nvidia rtx turing işlemcisine sahip gpu'lar faydalanabiliyor. Orada işe A.İ karışıyor ve anlık tahmini olarak oyuncu ekranında hangi vertexleri görüyorsa onlar işleniyor. biraz çalışma mantıkları farklı.

Evet hocam haklısınız, şimdi biraz araştırdım mesh shader kullanmamışlar. Yalnız mesh shader dx12 ultimate destekli her ekran kartında kullanılabildiği için haliyle nvidia tarafında rtx2000 serisi ve üstü ekran kartlarına denk geliyor, turing mimarisi o yüzden gerekli. Mesh shaderin nasıl programlanacağına baktım, ileri düzey değilim ama şunu rahatlıkla söyleyebilirim AI kullanılmıyor. Zaten microsoft da sadece nvidianın kullanabileceği bir API yayınlamazdı.

Dediklerinizi araştırırken ilginç bir şey daha öğrendim onu da paylaşayım, unreal engine 5'teki Lumen teknolojisi yazılım tabanlı gerçek zamanlı ışın izleme kullanıyormuş. Demek ki o yüzden bu kadar iyi. World of tanks bir iki yıl önce yazılım tabanlı ışın izleme getirmişti. Gerçek zamanlı ışın izleme için dx12 ultimate gerekli değil, hatta nvidia tarafında GTX 1060'ta ışın izleme çalışıyor. Nanite'i MacOS linux gibi diğer platformlara getireceklerini söylemişler ama lumenden bahsedilmemiş. Yani lumen dxr kullanıyor bu da demektir ki lumen için aslında minimum bir donanımsal gereksinim var.

Işın işleme işi similasyon işi, doğal olarak donanımsal bir sınırı olmalı dxr ray trace nvidia gtx serisi tarafından da destekleniyor amma fpsler ps4 pro seviyesine düşüyor 

Mesh Shader programlamayı hiç bilmiyorum ama uygulamada turing yani A.I. şartı var. Uygulamada donanımsal yapay zeka birimi gerekiyor, öyle olmalı. Hangi shaderların işlenip işlenmeyeceğini a.i. birimi belirliyor. Donanım şart yani

Projeniz muhteşem olmuş  Tebrik ederim. UE 5 bende yükledim ama proje çizmek yerine hazır yüklemek istiyorum, yardımcı olursanız çok müteşekkir olurum  

Tamam.