标签：07 像素光照 UE 节点材质 Epic 图层半透明

UE材质基础

什么是材质

定义了场景中对象的表面属性

决定光源是如何与物体表面交互

反射——漫反射，镜面反射
折射
透射

本质上应用于Mesh并控制Mesh的视觉外观

固体——塑料，岩石，木板，铁块...
次表面——皮肤，树叶，玉石...
透明——玻璃，水

基于物理-PBR（Physically Based Rendering）

4个基础属性：漫反射，粗糙度，金属度，高光度
一个材质可能需要：法线，环境光遮蔽（AO），置换纹理（WPO）...

材质基础

基础颜色

对于非金属，代表漫反射信息
尽量避免纯黑和纯白
RGB通道范围为0~1
纹理不要带有光影信息
使用纹理时，注意材质内纹理采样器应当和纹理本身一致（比如是线性还是sRGB）

粗糙度

0~1范围区间，默认为0.5
一般会在specular设为0.5的情况下，微调roughness
“是否光泽”的重要因素
在DXT1压缩情况下，一般选用G通道存储粗糙度（精度更高）

高光度

仅对非金属（Metallic≠1）有效
0~1范围区间，默认为0.5
对应的F0是0~0.08,0.5对应的是0.04，可以对于自然界中大多数非金属的F0（不精准）（F0是指在菲涅尔反射中与摄像机视线垂直面的反射率，也就是法线方向的反射率属性）
通常情况下不需要调整
特殊用法：调低高光度甚至为0，用于屏蔽凹陷等微阴影出的高光

金属度

通常为0或者1，默认为0（非金属）
为1的时候，只有高光反射，F0为diffuse（基础颜色）

"金属感"值

制作材质流程

一般制作一个材质会先定义这个材质是否为金属，并且输入它的基础颜色，然后在高光度为0.5的情况下，去微调粗糙度。在粗糙的的效果比较满意之后，再近一步比较特殊的地方，比如刮痕凹陷处再二次调整金属度和高光度。

Normal

通过改变像素与光的交互方向，为模型表面增加细节
模型本身多边形并没有发生改变
实践中，可以按距离，混合多层法线改善近距离的表现

混合两个法线使用BlendAngleCorrectedNormals：
在这里插入图片描述

切线

与法线纹理类似我们可以将切线纹理输入到切线以调整切线的方向。

各项异性

调整高光的形态，决定了高光沿着切线拉伸的范围。

各项异性的范围是0~1,0意味着没有各项异性的效果，高光不会进行拉伸。

未使用各项异性
使用各项异性

自发光颜色

让材质有一个发光的效果，通常会给一个高于1的值
在这里插入图片描述

全局位置偏移

一种针对顶点的形变，一般会用在植被材质中模拟分吹草动的效果。

环境光遮蔽

一个物体的背光面之所以会被照亮是因为光线会打到其它物体的表面进行一个反弹，再反射到当前物体的背光处。

出于艺术表达的角度，要降低背光面的亮度这时就可以用环境光遮蔽。

环境光遮蔽也是0~1的范围，0则没有环境光贡献。

环境光遮蔽可以改善一些凹陷处的漏光问题，但这是一种比较生硬的压低环境光贡献的一种方式，若想更细腻个改善背面环境光的贡献。我们可以使用BentNormal节点，它改变得是在环境光计算是凹陷处的法线方向。

具体查看文档中环境法线贴图的说明,需要注意的是使用环境法线贴图有额外的计算开销和纹理采样开销，一般只会用于需要高表现的角色模型身上。

像素深度偏移

像素点到摄像机的距离称之为深度

未偏移
进行一定偏移，地板的材质跑到了模型上了一点

像素深度的偏移不会改变模型本身的位置，它只会影响前后关系的判断。一般会将像素深度偏移应用在不同物体的交接处，比如石头和地表使用一定的像素偏移可以使得它们融合更加自然。

混合模式（Blend Mode）

当前材质的输出如何与背景中已经绘制的内容进行混合
不透明（Opaque）：完全将当前的材质覆盖到背景上
遮罩（Mask）：只渲染需要的部分，镂空的部分保留原背景
半透明（Translucent）等：保留背景，按特定的比例叠加当前材质

着色模型（Shading Model）

控制材质是如何反射入射光
- 只有反射
- 有透射
- 有折射再反射（次表面）
- ......
不同的shading model，可以访问的材质输入不同

材质域（Material Domain）

指定将材质用于何处
不同的material domain渲染方式不同
Surface：物体表面，最常用
Deferred Decal：用于贴花
Light Function：可以模拟移动的灯光或投影灯
Volume：用于体积雾
Post Process：后期材质

在这里插入图片描述

渲染的原理

延迟渲染与离线渲染器的差异

将视口中不透明的材质信息“收集整理”起来，统一按照PBR的方式进行渲染
- Base Color
- Metallic
- Roughness
- Specular
- Normal
- Shading Model
- Depth
- ......

在这一步骤完成后会输出两个信息，第一个是结合刚才这些材质数据进行光照输出的经过光照计算后的颜色信息。另外一个记录的是深度信息。

这两张图位置关系完全一样，内容也完全一样的。不过记录的信息不同。
在这里插入图片描述

再将视口中透明的材质信息，将物体从后想前的顺序逐一渲染
- 不写入Scene Depth
  - 透明物体重叠的时候，排序错乱
  - 景深效果依赖深度信息，可能效果出错

透明材质

创建半透明材质

把模型的材质的混合模式改成半透明，并输入一个不透明度之后，就获得了一个最简单的半透材质，这种半透是不带方向性的，是开销最低的半透方法之一。
在这里插入图片描述

如果想调整半透明的的光照，在半透明度那一块中调整它的光照模式
在这里插入图片描述

体积无方向 将为不带方向性的体积计算光照。适用于烟雾和沙尘之类的粒子效果。这是开销最低的逐像素光照法，然而材质法线并未纳入考量。
体积方向 将为带方向性的体积计算光照，是逐像素光照法，因此材质法线纳入考量。
逐顶点体积无方向 与体积无方向相同，但光照只在顶点上计算，因此像素着色器开销极少。
逐顶点体积方向 与体积方向相同，但光照只在顶点上计算，因此像素着色器开销极少。
表面半透明体积 将计算表面的光照。光照被累积在一个体积中，因此结果较为模糊，距离有限，但逐像素开销极低。其适用于用于玻璃或水面之类的半透明表面。只支持漫反射光照。
表面向前着色 将计算表面的光照。此项适用于玻璃或水面之类的半透明表面。其以前向着色实现，因此支持来自本地光照的镜面反射高光，但很多仅限延迟的功能并非如此。这是开销最高的半透明光照法，因为每个光照的贡献度均为逐像素计算。