虚幻4 在Material中如何实现 车子压倒草的功能

Posted 2020-10-22 黄进钿

上次发了篇介绍车子压倒草的博文

http://www.cnblogs.com/JinT-Hwang/p/8169146.html

中的2.部分。

 

不过存在一个问题，就是如果草很多，会有很多个碰撞体，虽然物理效果比较真实但是可能会导致性能问题。

这次介绍一下在草的材质中编码，实现车子压倒草的功能。

material中会用到一些数学的知识，还需要各位有一定的概念才能很好的理解。

 

关键词：unreal4、虚幻4、汽车、草、压倒、伏地、Material、材质编辑器、Shader

 

实现思路：通过求出草离车子的水平和垂直距离(如果只判断车子离草的距离，结果周围的草会成一个圆形倒地而不是一个长方形)，再根据距离让草旋转不同的角度。

 

思路详解：

1.要实现的功能如下图。

 

 

2.O点是车子的中心坐标，A是草的中心坐标，只需求出AB和AC的长度，然后再跟自己设定的触发距离比较，符合就草根据距离做逐渐倒地的动作。(需要两个实现，一距离判断，二倒地动作)。

 

 

3.只有O、A两点的坐标还不足以求出AB和AC的距离，注意上图表示的是车子本地XY轴坐标系，车子不是在世界原点。

 

4.要求出BO(AC)的长度，至少要知道Cos∠AOB，此处可利用点乘(即数量积、点积)，向量OA·向量OB=|向量OA|·|向量OB|·Cos∠AOB，求出Cos∠AOB后，即可求出OB的向量和OB长度。

 

5.求出OB长度后，用勾股定理即可求出AB的长度，第一个实现就完成了，第二个实现以及细节的请往下看。

 

 

一、虚幻4如何通过Material编程实现车子压倒草的功能

 

A.先创建一个MaterialParameterCollection(材质参数集合)，因为material下的局限，只能通过调用MaterialParameterCollection来获取外部标量和矢量。具体介绍可参考下方官方文档。

https://docs.unrealengine.com/latest/INT/Engine/Rendering/Materials/ParameterCollections/index.html?lang=zh-CN

 

 

创建后双击打开，Scalar Parameters下创建的是标量(0)，Vector Parameters下创建的是矢量(0,0,0,0)，此处先创建一个矢量的，命名为CarPosition，用来储存车子坐标，来传入Material使用的。

 

 

打开车子的蓝图，在EventTick事件引出一条线用于实时获取车子坐标。

 

 

车子的坐标有了，车子指向草的矢量(向量)就可得到了，还需要一个车子指向前方的矢量，此处车子的蓝图的component面板中添加一个空的组件，调整到车后底部并且对准车子的中心线。

 

 

 

在前面的MaterialParameterCollection中再添加一个表示车后坐标的矢量参数。

 

 

回到车子的蓝图中，从Event中再引一条线出来用来获取车子后面点的坐标。

 

 

B.将前面的MaterialParameterCollection拖动到草的Material里，点击该Material Parameter Collection，并在Details面板中的Parameter Name下拉框选到表示车子坐标矢量的参数，再复制一个，选到表示车子背后坐标矢量的参数。

 

 

两个坐标需要先用Mask去掉第四个坐标，将Float4转换为float3。在material里的参数、操作是以颜色RGBA码来表示的。

 

 

车尾坐标指向车中心坐标的向量，用车中心的坐标减去车尾的坐标即可得到(后面简称向量DO)。此处相减前都乘了(1,1,0)，这是去掉Z轴坐标的干扰，计算的时候只要算XY轴平面的距离即可，只要2D向量即可满足。当然，也可以前面mask的时候只保留RG值组成为Float2坐标。

 

 

同理，车中心坐标指向草中心坐标的向量(后面简称向量OA)。下图的Object Position是指当前这个material的中心在世界坐标中的位置。

 

 

根据点乘的公式可得， Cos∠AOB=(向量OA·向量OB)÷(|向量OA|·|向量OB|)，此处向量OB不知道，用向量DO代替Cos∠AOB=(向量OA·向量DO)÷(|向量OA|·|向量DO|)，因为向量DO的指向和向量OB的指向相同，所以求出来的Cos∠AOB值是一样的。

 

向量的点积，用Dot接上两个向量即可求出，向量的绝对值可用Vector Length即可求出(前面是Float2的用V2，前面是Float3的用V3)。此处有两种做法，一种是用Normal将向量归一化然后再求Cos，或者直接用本身向量长度求也可以。

 

 

可以先求向量OB，再求向量OB的长度，或者直接向量OA的绝对值乘上Cos∠AOB直接得到OB的长度。

 

 

但是此处有一点要注意，向量OA和向量DO夹角大于90°时，Cos∠AOB的值时负值的，会导致车子的前面部分草有压倒的反应，但是后面部分草没有反应。

 

 

要求的是Cos∠AOB，但是当角度大于90°时，cos的值实际上是cos∠AOB’。当∠AOB’增大时，∠AOB在减小(由90°->0°)，由上面的cos值变化图，可以看出当角度大于90°时，要求的cos∠AOB跟当前的cos值时相反的关系。

 

 

当cos∠AOB大于零时，仍使用当前的cos值，cos∠AOB小于零时，即乘以-1即可得到向量OB。

 

 

然后即可用勾股定理求出向量OB的长度，或者用向量OA=向量OB+向量BA，求出向量OB后再求向量OB的长度。到这里草在水平方向和垂直方向离车子的距离就都求出来了，分别是|向量OA|和|向量OB|。

 

 

C.接下来需要实现草旋转的部分。如下。RotationAngle的值需为0~1.

 

 

旋转是根据UV坐标系来旋转的，x轴向右，y轴向上，z轴垂直xy轴从屏幕出来。

 

 

(1,0,0)表示沿着本地X轴旋转，但我们需要在世界中，面向相机的方向倒下去，所以加上Transform Vector将本地的坐标空间转换成世界坐标，此处除了使用View Space也可以使用Camera Space，效果等同。

 

 

还需要自定义三个参数来做判断依据，CarLong和CarWidth两个参数用来判断是否在车子底下，OutSideWidth用来结合另外两个，来判断外圈草倒地动作的范围。

 

 

上面的自定义参数，carlong储存车子长，carwidth储存车子宽，outsidewidth储存草开始触发操作，离车子矩形边缘的距离。

 

 

判断草是否在触发范围内，如下图。第一个if，出口接material上的World Position Offset，当A>B时，如果有之前有别的代码连World Position Offset上，可连在此处，否则连一个0常量即可，第二个if当A>B时，相同，当A<B时，接旋转草代码。

 

 

草旋转倒地也要做判断，当草在车子底下时为倒地90°，在车子外但在+outsidewidth内时，根据距离由远及近0°->90°改变倒地的角度。

 

此处将90÷OutSideWidth得到每1单位OutSideWidth对应多少°，|向量OB|(即草竖直方向离车子中心的距离)减去CarLong得到草离车子边的距离L，然后L去乘上面得到的等分，得到L对应的角度，因为初始的角度时90°，即有这样的关系，草离车子边的距离L:OutSideWidth->0时，草的角度∠：0->90，90再减去乘出来度数可得到草应旋转的度数，然后除以360可以得到需要的浮点数。

 

 

此处还可以根据车子的前进后退，让草分别做出往前旋转还是往后旋转，在前面的MaterialParameterCollection中新增一个CarForwardSpeed，并在EventTick下实时获取车子的速度方向，然后根据CarForwardSpeed的值传+360或-360到上上图中。

 

 

判断草水平方向离车子边的如下图，同理。

 

 

完成后，大体结构如下。

 

 

如果需要HLSL代码，可以点击window->HLSL Code。

 

 

到此就完成了。