統計指出，在疫情之前，許多企業員工有90%的時間都在室內辦公。隨著疫情的全世界傳播，這一狀況正在加劇。這無疑對人們的健康產生了不利影響。沒有充足的日曬會導致維生素D和血清素水平降低，這最終會導致人產生抑郁情緒、生產力低下、睡眠質量差，甚至增加患癌癥的風險。

大阪大學工程研究生院的建筑師兼研究員Muhammad Hegazy針對此問題提出了一項解決方案。自2018年以來，他與副教授Kensuke Yasufuku和教授Hirokazu Abe合作，探索如何使用虛幻引擎幫助建筑師在最大限度地利用自然光。

他的研究成果是以人為中心的照明系統，該系統獲得了多個國際獎項，并在眾多出版物和會議上亮相（其中包含IEEE虛擬現實會議，威盧克斯日光研討會、BuildSim北歐會議和《亞洲建筑和建筑工程雜志》）。

Hegazy解釋到：“一旦建筑建成，改善照明系統將變得復雜且昂貴。相反，如果在建筑設計初期就能明確地確定下整個建筑的照明系統，這樣建筑師就可以在施工開始前選擇較為合理的照明設計?！?/p>

為了找出什么樣的照明系統使人們以最為舒適光照進行工作，建筑的照明系統設計師和研究人員通常會渲染一個建筑空間的全景HDR圖像，然后他們會向建筑使用者發送一份問卷，問卷中會提及使用者對不同照明類型的感受。而如今他們面臨的問題則是，2D的圖像和現實世界的建筑之間往往有很大的差異——尤其是隨天氣或一天中因不同時間等因素而實時變化的光照。

“我希望我們的項目能夠超越這些關于HDR研究的局限，”Hegazy繼續說道?！拔乙庾R到虛幻引擎正在成為實時建筑可視化的首選工具，我發現該引擎對基于物理的照明（包括陽光和天光）的實現在真實感方面遠遠優于任何其他解決方案。由于此方案需要代替靜態的HDR圖像，我決定使用虛幻引擎來創建一個虛擬的環境，體驗者們可以在其中穿行，互動和進行實時定制。我希望他們能夠在體驗虛擬空間的同時為我們提供對此套照明系統的反饋。”

檢驗理論

Hegazy創建了一個沉浸式可視化系統，用于在VR中感知日光，他認為這將有助于照明設計師和建筑師更快地創造更健康的室內空間。為了測試這個系統，他決定以路易斯·康的金貝爾藝術博物館為原型創建虛擬模型，該藝術博物館以精致復雜的照明設計而聞名。

“創建博物館的虛擬模型很棘手，”Hegazy回憶道。幸運的是，由于博物館使用的是廢棄建筑建造而成，這讓Hegazy可以依靠大量可用的技術圖紙和文檔來為自己提供參考。通過使用這些參考，他在AutoCAD中創建了建筑的2D平面圖，然后將其導出到3ds Max以創建3D幾何圖形和初步材質。

當一切都創建完成，下一步就是將模型從3ds Max轉移到Unreal Engine?！笆褂肈ataSMIth插件非常容易，它可以正確地將所有網格從從3ds Max導出到虛幻引擎，而不需要太多優化，”Hegazy解釋道。“然后，我們使用SunSky在虛幻引擎中精確設置太陽的位置、亮度和色調。在此之后，我們使用藍圖功能為體驗我們虛擬博物館的人們創建了大量的可互動選項，如行走、跳躍或改變一天內的時間等。這意味著我們可以在不同的照明條件下提供更豐富的空間體驗，而無需編寫C++代碼?！?/p>

除了奔跑、跳躍和時間轉換，在VR中體驗Hegazy虛擬博物館的用戶還可以拍攝空間快照，然后他們可以對每個鏡頭中的照明感知給出實時反饋。作為必要的驗證步驟，該項目的第二階段是對真實博物館中的日光感知進行比較研究，Hegazy使用相同的時空設置將其與虛擬復制品進行比較。

創造更健康的室內環境

在博物館項目結束時，Hegazy發現，盡管VR硬件在視野和亮度方面有所限制，但體驗者們在對虛擬空間的日光感知與真實空間中并沒有明顯差異。兩種環境中的體驗者們都指出了相似的興趣區域，并根據亮度對它們進行了相似的評級。

“這一發現非常重要，因為它證實了虛擬環境是改善建筑空間照明的一種準確方式，”Hegazy解釋道?！斑@不僅有可能極大地有益于現實世界中我們的精神和身體健康。這也意味著我們現在擁有了在元宇宙中通過虛擬環境構建下一代體驗所需的現實主義和互動水平。”

在Hegazy看來，隨著虛幻引擎5的動態全局照明和反射系統Lumen的引入，這項研究將得到進一步的推動。

“Lumen不僅是游戲行業的規則改變者，它的革命性方法也可以在archviz和照明設計方面有很好的應用，”Hegazy說?！霸谖覀兊墓ぷ髦校獗憩F的準確性和個人體驗的沉浸感對于準確的反饋是至關重要的。借助Lumen，我們可以獲得實時動態照明，而不會像過去那樣影響性能。”

虛幻引擎直接的用例包括模擬一整天的光照和天氣條件，這讓我們不再局限于正常的日光場景。雖然這些變化最初可能是由團隊推動的，但Hegazy認為，在未來，交互式工具將內置于模擬中，因此體驗者可以隨時改變條件，并方便研究者在更廣泛的變量下記錄體驗者的體驗反饋。

“我們創造的場景越有活力，我們就能獲得越多關于人們如何與場景互動的數據。虛幻引擎將幫助我們更快地實現這一目標。”Hegazy說道。