UE4材质系统

Posted 2023-03-16

参考技术A

在材质系统的"基于物理(Physically Based Materials)"方面，只有 4 个您需要熟悉的不同属性。它们是：
底色（Base Color）
粗糙度（Roughness）
金属色（Metallic）
高光（Specular）

底色
底色（Base Color） 定义材质的整体颜色。它接收 Vector3 (RGB) 值，并且每个通道都自动限制在 0 与 1 之间。
如果是从现实世界获得的，那么这是使用偏振滤光器拍摄时获得的颜色 （偏振在校准时会消除非金属材质的镜面反射）。

针对金属测得的底色：

粗糙度（Roughness） 输入控制材质表面的粗糙或平滑程度。与平滑的材质相比，粗糙的材质将向更多方向散射所反射的光线。 这决定了反射的模糊或清晰度（或者镜面反射高光的广度或密集度）。 粗糙度 0（平滑）是镜面反射，而粗糙度 1（粗糙）是漫射（或无光）表面。

金属色（Metallic） 输入控制表面在多大程度上"像金属"。非金属的金属色（Metallic）值为 0， 金属的金属色（Metallic）值为 1。对于纯表面，例如纯金属、纯石头、 纯塑料等等，此值将是 0 或 1，而不是任何介于它们之间的值。创建受腐蚀、落满灰尘或生锈金属之类的混合表面时， 您可能会发现需要 介于 0 与 1 之间的值。

在编辑 非金属 表面材质时，您有时可能希望调整它反射光线的能力，尤其是它的 高光 属性。 要更新材质的高光度，需输入介于0（无反射）和1（全反射）之间的标量数值。注意，材质的 默认高光值为0.5 。

一般而言，通过修改"高光"（Specular），可添加轻微的吸着现象或小比例的遮蔽，例如在法线贴图中表示的裂缝。有时，将这些现象称为腔洞。 比例较小的几何体，尤其是仅存在于高多边形中且并入法线贴图的细节，不会被渲染器的实时阴影拾取。为了捕获这种遮蔽，我们生成腔洞贴图， 这通常是追踪距离非常短的 AO 贴图。此贴图先乘以最终的底色，然后输出并乘以 0.5（镜面反射默认值）以作为镜面反射输出。 即，BaseColor = Cavity×OldBaseColor，Specular = Cavity×0.5。

对于高级使用，这可用来控制折射率 (IOR)。我们发现对于 99% 的材质，这并非必要。以下是基于实测 IOR 的镜面反射值。

实测镜面反射值：

顶部：木炭、新鲜混凝土、老化沥青。底部：铜、铁、金、铝、银、镍、钛

材质混合模式

"不透明"（Opaque）
"遮罩"（Masked） : 遮罩没有镜面反射
"半透明"（Translucent）
"叠加型"（Additive）
"调制"（Modulate）

"调制"（Modulate）混合模式无非将材质的值与背景的像素相乘。这种行为与Photoshop中的 正片叠底模式 混合模式非常类似。

"叠加型"（Additive）混合模式无非获取材质的像素，并将其与背景的像素相加。这与Photoshop中的 线性减淡（添加） 混合模式非常相似。这表示不会进行暗化；因为所有像素值都 添加 到一起，因此黑色将直接渲染为透明。这种混合方式适合于各种特殊效果，例如火焰、蒸汽或全息图。

与"半透明"（Translucent）混合方式相同，这种混合方式不支持镜面反射（即，反射）。这种混合的叠加型性质可能意味着您不会以任何方式使用这种混合，但您可以使用上文中"半透明"（Translucent）小节中所示的"立方体贴图"方法来模拟类似于反射的效果。

使用 半透明材质 时，一个重要的注意事项是它们目前不支持镜面反射。这意味着您在表面上不会看到任何反射。但是，可使用 立方体贴图 通过类似于以下的网络来模拟此类反射：

不透明遮罩（Opacity Mask） 类似于不透明度（Opacity），但仅在使用遮罩（Masked）混合模式时可用。与不透明度（Opacity）一样，它的值在0.0到1.0之间，但与不透明度（Opacity） 不同 的是，结果中看不到不同深浅的灰色。 在遮罩模式下时，材质要么完全可见，要么完全不可见。当你需要可以定义复杂实心表面（如铁丝网、链环围栏等等）的材质时，它将成为一种理想的解决方案。不透明部分仍将遵循光照。

你可以使用基础材质节点上的 不透明度遮罩剪切值（Opacity Mask Clip Value） 属性来控制剪切发生点。欲知更多详情，请参阅 材质混合模式文档 。

不透明蒙板剪辑值(Opacity Mask Clip Value)
我们在之前已了解到 Masked BlendMode （蒙板混合模式）仅有完全不透明或完全透明的像素。您可以把灰度贴图或贴图中的单通道作为蒙板来使用。 Clip Value （剪辑值）可以让您设置一个阀值，以控制像素何时为不透明或何时为透明。对于拥有细长部分的贴图，这些区域会随着mipmap将白色从图像或通道中去除而在一定距离内消失，您可以通过调整 Clip Value （剪辑值）来调整该现象发生的时间点。

材质界面操作
在材质预览界面，按住 L 键并拖动鼠标可以旋转光照方向

转自
材质表达式 是 UE4 中的构建块，用来创建功能完整的材质。每一个材质表达式都是独立的黑匣，它输出一个或多个特定值的集合，或者对一个或多个输入执行单一操作，然后输出该操作的结果。一个材质表达式节点包含以下5部分：

1、说明 - 所有材质表达式都具有公共的 说明（Desc）属性。在此属性中输入的文本将显示在材质编辑器中，它位于工作空间中表达式的正上方。它可用于任何用途，但通常是一种保留关于表达式用途或功能的简短备注的好方法。

2、标题栏 - 显示材质表达式名称或材质表达式属性的相关信息。

3、输入 - 这些链接用于接收材质表达式所要使用的值。

4、预览 - 显示材质表达式的输出值的预览。启用实时更新后，预览将自动更新。您可使用空格进行手动更新。

5、输出 - 这些链接用于输出材质表达式操作的结果。

某些材质表达式是参数，这意味着它们的值可在包含该参数的基本材质的材质实例中修改（在某些情况下，可在运行时进行动态修改）。您应通过 参数名称（Parameter Name）属性对这些表达式指定唯一的名称，以便在材质实例中识别特定参数时使用。如果类型相同的两个参数在同一材质中具有相同的名称，那么系统会假定它们是同一个参数。在材质实例中更改此参数的值时，将在材质中同时更改这两个参数表达式的值。在基本材质中，还将设置此参数的默认值。这将是此参数在材质实例中具有的值，除非它在该材质实例中被覆盖并修改。

材质表达式有很多类型，本次介绍 数学表达式。

Add（加） 表达式接收两个输入，将其相加，然后输出结果。这个加法运算按通道执行，这意味着输入的 R 通道、G 通道和 B 通道等等将分别相加。两个输入必须具有相同数目的通道，除非其中之一是单个常量值。常量可以添加到具有任意数目输入的矢量。

示例：对 0.2 和 0.4 执行 Add（加）的结果是 0.6；对 (0.2,-0.4,0.6) 和 (0.1,0.5,1.0) 执行 Add（加）的结果是 (0.3,0.1,1.6)；对 (0.2,-0.4,0.6) 和 1.0 执行 Add（加）的结果是 (1.2,0.6,1.6)

用法示例：Add（加）通常用来使颜色变亮/变暗，或者使 UV 纹理坐标偏移。

AppendVector（追加矢量） 表达式允许您将通道组合在一起，以创建通道数比原始矢量更多的矢量。例如，您可以使用两个 常量 值并进行追加，以建立双通道 Constant2Vector（常量 2 矢量） 值。这有助于将单个纹理中的通道重新排序，或者将多个灰阶纹理组合成一个 RGB 彩色纹理。

示例：对 0.2 和 0.4 执行追加的结果是 (0.2,0.4)；对 (0.2,0.4) 和 (1.6) 执行追加的结果是 (0.2,0.4,1.6)。

Subtract（减） 节点接收两个输入，从第一个输入中减去第二个输入，然后输出它们的差。减法按通道进行，即，第一个输入的 R 通道将减去第二个输入的 R 通道，第一个输入的 G 通道将减去第二个输入的 G 通道，依此类推。除非第二个输入是单个常量值，否则两个输入必须具有相同数目的通道。常量可以从具有任意数目输入的矢量中减去。

示例：对 0.5 和 0.2 执行 Subtract（减）的结果是 0.3；对 (0.2,-0.4,0.6) 和 (0.1,0.1,1.0) 执行 Subtract（减）的结果是 (0.1,-0.5,-0.4)；对 (0.2,0.4,1.0) 和 0.2 执行 Subtract（减）的结果是 (0.0,0.2,0.8)。

用法示例：Subtract（减）可用来使颜色变暗以及使 UV 偏移。

Multiply（乘） 表达式接收两个输入，将其相乘，然后输出结果。类似于 Photoshop 的多层混合。乘法按通道进行，即，第一个输入的 R 通道将乘以第二个输入的 R 通道，第一个输入的 G 通道将乘以第二个输入的 G 通道，依此类推。除非其中一个值是单个浮点值，否则两个输入必须具有相同数目的值。

示例：对 0.4 和 0.5 执行 Multiply（乘）的结果是 0.2；对 (0.2,-0.4,0.6) 和 (0.0,2.0,1.0) 执行 Multiply（乘）的结果是 (0.0,-0.8,0.6)；对 (0.2,-0.4,0.6) 和 0.5 执行 Multiply（乘）的结果是 (0.1,-0.2,0.3)。

用法示例：Multiply（乘）通常用来使颜色/纹理变亮或变暗。

Divide（除） 表达式接收两个输入，并输出第一个输入除以第二个输入的结果。除法按通道进行，即，第一个输入的 R 通道将除以第二个输入的 R 通道，第一个输入的 G 通道将除以第二个输入的 G 通道，依此类推。除非除数是单个浮点值，否则两个输入必须具有相同数目的值。切勿以零作除数。

示例：当 A=(1.0,0.5,-0.4) 且 B=(2.0,2.0,4.0) 时，Divide（除）的输出为 (0.5,0.25,-0.1)。

OneMinus（一减） 表达式接收一个输入值，并输出“一减去该值”。此运算按通道执行。

示例：对 0.4 执行 OneMinus（一减）的结果是 0.6；对 (0.2,0.5,1.0) 执行 OneMinus（一减）的结果是 (0.8,0.5,0.0)；对 (0.0,-0.4,1.6) 执行 OneMinus（一减）的结果是 (1.0,1.4,-0.6)。

用法示例：当输入颜色在 [0,1] 范围内时，OneMinus（一减）的作用就是通常所谓的“反色”-- 即，OneMinus（一减）将返回互补色，这种颜色与输入相加将产生白色。

Min（最小值） 表达式接收两个输入，然后输出其中的较小者。

Max（最大值） 表达式接收两个输入，然后输出其中的较大者。

Ceil（加一取整） 表达式接收值，使其 向上 舍入到下一个整数，并输出结果。示例：对 0.2 执行 Ceil（加一取整）的结果是 1.0；对 (0.2,1.6) 执行 Ceil（加一取整）的结果是 (1.0,2.0)。

Floor（减一取整） 表达式接收值，使其 向下 舍入到上一个整数，并输出结果。

示例：对 0.2 执行 Floor（减一取整）的结果是 0.0；对 (0.2,1.6) 执行 Floor（减一取整）的结果是 (0.0,1.0)。

Frac（小数） 表达式接收值，并输出这些值的小数部分。

示例：对 0.2 执行 Frac（小数）的结果是 0.2；对 (0.0,1.6) 执行 Frac（小数）的结果是 (0.0,0.6)。

FMod（浮点余数） 表达式返回对两个输入执行除法运算的浮点余数。

示例：对 (10.9,3.9) 执行 FMod（浮点余数）的结果是 3.1。

Clamp（限制） 表达式接收值，并将它们约束到由最小值和最大值定义的指定范围。

示例：在最小值为 0.0 且最大值为 1.0 的情况下对 0.3 进行限制将产生 0.3；在最小值为 0.0 且最大值为 1.0 的情况下对 1.3 进行限制将产生 1.0。

CrossProduct（矢量积） 表达式计算两个三通道矢量值输入的矢量积，并输出所产生的三通道矢量值。给定空间中的两个矢量，矢量积是与两个输入都垂直的矢量。

示例：对 (0,1,0) 和 (0,0,1) 执行 CrossProduct（矢量积）结果是 (1,0,0)。

用法示例：CrossProduct（矢量积）通常用来计算与另外两个方向都垂直的方向。

DotProduct（标量积） 表达式计算标量积，即一个矢量投射到另一个矢量上的长度。许多技术使用此计算来计算衰减。DotProduct（标量积）要求两个矢量输入具有相同数目的通道。

Abs（绝对值） 是数学术语“绝对值（absolute value）”的缩写。Abs（绝对值）表达式输出其接收到的输入的绝对值（无符号值）。基本上，这意味着它通过删除减号将负数转换为正数，而正数和零将保持不变。

示例：-0.7 的 Abs（绝对值）为 0.7；-1.0 的 Abs（绝对值）为 1.0；1.0 的 Abs（绝对值）也是 1.0。

用法示例：Abs（绝对值）一般与 DotProduct（标量积） 配合使用。DotProduct（标量积）的结果是 -1..0..1，对 DotProduct（标量积）的结果执行 Abs（绝对值）的结果将是 1..0..1。

Sine（正弦） 表达式反复输出 [0, 1] 范围内的正弦波值。最常见的情况是，通过将 Time（时间） 表达式连接至它的输入，输出连续的振荡波形。输出值将在 -1 与 1 之间来回循环。此表达式与 Cosine（余弦） 表达式输出之间的差别是，输出波形偏移半个周期。下图显示波的视觉表示：

用法示例：在任何需要振荡效果的场合，此表达式都非常有用。通过将时间输入（速度）或输出（振幅）倍增，可以轻松地动态控制振荡的速度和振幅。

Cosine（余弦） 表达式反复输出 [0, 1] 范围内的余弦波值。最常见的情况是，通过将 Time（时间） 表达式连接至它的输入，输出连续的振荡波形。输出值将在 -1 与 1 之间来回循环。下图显示波的视觉表示：

If（如果） 表达式对两个输入进行比较，然后根据比较结果传递另外三个输入值中的一个。所比较的两个输入必须都是单个浮点值。

在此示例中，If（如果）表达式接收高度贴图，并根据高度是低于还是高于值 0.2 来输出红色或绿色。

Power（幂） 表达式接收两个输入，计算“底数”（Base）的“指数”（Exp）次幂，并输出结果；换而言之，“底数”（Base）自乘“指数”（Exp）次。

示例：底数为 0.5，指数为 2.0 时，Power（幂）的结果为 0.25。

用法示例：如果传递到 Power（幂）的颜色在 [0,1] 范围内，那么 Power（幂）可以用作对比度调整，即，仅保留较亮的值。

SquareRoot（平方根） 表达式输出输入值的平方根。只能对单个浮点输入值执行运算。

Normalize（规范化） 也称归一化，表达式计算并输出其输入的规范化值。这表示该输入的每个分量都会除以矢量的 L-2 范数（长度）。

ComponentMask（分量蒙版） 表达式允许从输入中选择通道（R、G、B、A）的特定子集以传递到输出。尝试传递输入中不存在的通道将导致错误，除非输入是单个常量值。在这种情况下，会将单个值传递到每个通道。选择传递的当前通道将显示在表达式的标题栏中。

示例：如果 ComponentMask（分量蒙版）的输入为 (0.2,0.8,1.4) 并选中 R 和 B 通道，那么将输出 (0.2,1.4)。

LinearInterpolate（线性插值） 表达式根据用作蒙版的第三个输入值，在两个输入值之间进行混合。您可以将其想像成用于定义两个纹理之间的过渡效果的蒙版，例如 Photoshop 中的层蒙版。蒙版“阿尔法”（Alpha）的强度确定从两个输入值获取颜色的比例。如果“阿尔法”（Alpha）为 0.0/黑色，那么将使用第一个输入。如果“阿尔法”（Alpha）为 1.0/白色，那么将使用第二个输入。如果“阿尔法”（Alpha）为灰色（介于 0.0 与 1.0 之间的值），那么输出是两个输入之间的混合。请记住，混合按通道进行。因此，如果“阿尔法”（Alpha）为 RGB 颜色，那么“阿尔法”（Alpha）的红色通道值定义 A 与 B 的红色通道之间的混合，而与“阿尔法”（Alpha）的绿色通道 无关，该通道定义 A 与 B 的绿色通道之间的混合。

示例：如果 LinearInterpolate（线性插值）的输入为 (1,0,0) 、(0,1,0) 、0.5，将输出 (0.5,0.5,0)。(1 * 0.5 + 0 * 0.5,0 * 0.5 + 1 * 0.5,0 * 0.5 + 0 * 0.5）

问题：
在UE4中的纹理编辑器中，点击视图菜单，能看到 R，G，B，A的颜色通道，单独打开其中的通道，能够显示图像的灰度值，。
以红色灰度图为例，0 代表没有任何红色信息，0 等价于黑色
数字1.0或者白色表示深红色。