Unreal Engine 4 學習總動員：材質渲染

張寶榮，電腦圖形圖像領域骨灰級玩家，精通Maya、Houdini、UE4等軟體。從事3D動畫技術、影視特效技術、遊戲開發技術、虛擬現實技術研究與教學二十多年。出版有Maya、Houdini等技術專著近20部。長年奮戰在技術研發與教學一線，始終跟蹤研究國際前沿的行業專業技術。參與制作過多部數字電影、電視劇、MTV等項目，任職特效導演。擔任過多家專業培訓機構教學總監。國內電腦圖形圖像領域跨專業、多學科、總合性的具有技術實力和教學水平的領軍人物。

第1章 基於物理的材質 ....................................................................................1

1.1 “基於物理”有何含義 ...........................................................................................2

1.2 材質參數 .................................................................................................................2

1.2.1 底色 ............................................................................................................................... 3

1.2.2 粗糙度 ........................................................................................................................... 4

1.2.3 貼圖粗糙度 ................................................................................................................... 4

1.2.4 金屬色 ........................................................................................................................... 5

1.2.5 高光 ............................................................................................................................... 6

第2章 定制UV .................................................................................................8

2.1 屬性 ........................................................................................................................9

2.2 非線性數學運算 ....................................................................................................10

2.3 線性數學運算 ........................................................................................................11

2.4 工作方式 ...............................................................................................................12

2.5 一般性能 ...............................................................................................................13

2.6 特定於移動設備 ....................................................................................................13

第3章 材質編輯器 .........................................................................................14

3.1 打開材質編輯器 ....................................................................................................15

3.2 表達式注釋 ...........................................................................................................15

3.2.1 使用Desc屬性 ............................................................................................................. 15

3.2.2 使用注釋 ..................................................................................................................... 15

3.3 實時節點和實時更新 .............................................................................................16

3.4 編譯錯誤 ...............................................................................................................17

3.5 搜索材質表達式 ....................................................................................................17

3.6 材質編輯器UI ........................................................................................................18

3.6.1 菜單欄 ......................................................................................................................... 19

3.6.2 工具欄 ......................................................................................................................... 20

3.6.3 視口面板 ..................................................................................................................... 22

3.6.4 Details面板 .................................................................................................................. 23

3.6.5 Graph面板 ................................................................................................................... 23

3.6.6 Palette面板 .................................................................................................................. 24

3.6.7 Stats面板 ..................................................................................................................... 24

3.6.8 HLSL代碼面板 ........................................................................................................... 24

3.6.9 圖表功能鍵 ................................................................................................................. 25

第4章 材質表達式 .........................................................................................27

4.1 材質表達式簡介 ....................................................................................................28

4.2 大氣表達式 ...........................................................................................................35

4.3 顏色表達式 ...........................................................................................................35

4.4 常量表達式 ...........................................................................................................36

4.4.1 Constant（常量） ....................................................................................................... 36

4.4.2 Constant 2 Vector（常量2矢量） ............................................................................... 37

4.4.3 Constant 3 Vector（常量3矢量） ............................................................................... 38

4.4.4 Constant 4 Vector（常量4矢量） ............................................................................... 38

4.4.5 Distance Cull Fade（距離剔除消退） ....................................................................... 39

4.4.6 Particle Color（粒子顏色） ....................................................................................... 40

4.4.7 Particle Direction（粒子方向） ................................................................................. 40

4.4.8 Particle Motion Blur Fade（粒子運動模糊消退） ................................................... 41

4.4.9 Particle Radius（粒子半徑） ..................................................................................... 41

4.4.10 Particle Relative Time（粒子相對時間） ............................................................... 41

4.4.11 Particle Size（粒子大小） ....................................................................................... 42

4.4.12 Particle Speed（粒子速度） .................................................................................... 43

4.4.13 Per Instance Fade Amount（按實例消退量） ......................................................... 43

4.4.14 Per Instance Random（按實例隨機） ..................................................................... 43

4.4.15 Time（時間） ........................................................................................................... 44

4.4.16 Two Sided Sign（雙面符號） .................................................................................. 45

4.4.17 Vertex Color（頂點顏色） ....................................................................................... 45

4.4.18 View Property（視圖屬性） .................................................................................... 46

4.4.19 Precomputed AO Mask（預先計算的AO蒙版） .................................................... 46

4.5 坐標表達式 ...........................................................................................................48

4.5.1 Actor Position WS（Actor全域空間位置） .............................................................. 48

4.5.2 Camera Position WS（攝像機全域空間位置） ........................................................ 48

4.5.3 Lightmap UVs（光照貼圖UV） ................................................................................ 49

4.5.4 Object Orientation（對象方向） ............................................................................... 49

4.5.5 Object Position WS（對象全域空間位置）.............................................................. 49

4.5.6 Object Radius（對象半徑） ...................................................................................... 49

4.5.7 Panner（平移） .......................................................................................................... 50

4.5.8 Particle Position WS（粒子全域空間位置） ............................................................ 51

4.5.9 Pixel Normal WS（像素全域空間法線） ................................................................. 51

4.5.10 Rotator（旋轉） ....................................................................................................... 52

4.5.11 Scene Texel Size（場景紋素大小） ........................................................................ 52

4.4.12 ScreenPosition（屏幕位置） ................................................................................... 52

4.5.13 Texture Coordinate（紋理坐標） ............................................................................ 53

4.5.14 Vertex Normal WS（頂點全域空間法線） ............................................................. 54

4.5.15 View Size（視圖大小） ........................................................................................... 54

4.5.16 World Position（全域位置） ................................................................................... 55

4.6 定制表達式 ...........................................................................................................55

4.7 深度表達式 ...........................................................................................................57

4.7.1 Depth Fade（深度消退） ........................................................................................... 57

4.7.2 Pixel Depth（像素深度） .......................................................................................... 58

4.7.3 Scene Depth（場景深度） .......................................................................................... 58

4.8 字體表達式 ...........................................................................................................59

4.8.1 Font Sample（字體取樣） .......................................................................................... 59

4.8.2 Font Sample Parameter（字體取樣參數） ................................................................ 60

4.9 材質函數表達式 ....................................................................................................60

4.9.1 Function Input（函數輸入） ...................................................................................... 60

4.9.2 FunctionOutput（函數輸出） .................................................................................... 61

4.9.3 Material Function Call（材質函數調用） ................................................................. 61

4.9.4 Static Bool（靜態布爾值） ....................................................................................... 62

4.9.5 Static Switch（靜態開關） ........................................................................................ 62

4.9.6 Texture Object（紋理對象） ..................................................................................... 62

4.10 景觀表達式 .........................................................................................................63

4.10.1 Landscape Layer Blend（景觀層混合） ................................................................. 63

4.10.2 Landscape Layer Coords（景觀層坐標） ............................................................... 65

4.10.3 Landscape Layer Switch（景觀層開關） ................................................................ 65

4.10.4 Landscape Layer Weight（景觀層權重） ............................................................... 66

4.10.5 Landscape Visibility Mask（景觀可見性蒙版） .................................................... 66

4.11 材質屬性表達式 ..................................................................................................67

4.11.1 Break Material Attributes（中斷材質屬性）........................................................... 67

4.11.2 Make Material Attributes（建立材質屬性） ........................................................... 68

4.12 數學表達式 .........................................................................................................68

4.12.1 Abs（絕對值） ......................................................................................................... 68

4.12.2 Add（加） ................................................................................................................. 69

4.12.3 Append Vector（追加矢量） ................................................................................... 70

4.12.4 Ceil（加一取整） ..................................................................................................... 70

4.12.5 Clamp（限制） ......................................................................................................... 71

4.12.6 Component Mask（分量蒙版） ............................................................................... 71

4.12.7 Cosine（余弦） ........................................................................................................ 72

4.12.8 Cross Product（矢量積） .......................................................................................... 73

4.12.9 Divide（除） ............................................................................................................ 74

4.12.10 Dot Product（標量積） .......................................................................................... 74

4.12.11 Floor（減一取整） ................................................................................................. 75

4.12.12 Fmod（浮點餘數） ................................................................................................ 75

4.12.13 Frac（小數） .......................................................................................................... 76

4.12.14 If（如果） ............................................................................................................... 76

4.12.15 Linear Interpolate（線性插值） ............................................................................ 77

4.12.16 Max（最大值） ...................................................................................................... 78

4.12.17 Min（最小值） ....................................................................................................... 79

4.12.18 Multiply（乘） ....................................................................................................... 79

4.12.19 Normalize（規範化） ............................................................................................ 80

4.12.20 One Minus（一減） ............................................................................................... 80

4.12.21 Power（冪） ........................................................................................................... 81

4.12.22 Sine（正弦） .......................................................................................................... 82

4.12.23 SquareRoot（平方根） ............................................................................................ 82

4.12.24 Subtract（減） ........................................................................................................ 83

4.13 參數表達式 .........................................................................................................84

4.13.1 Collection Parameter（集合參數） ......................................................................... 84

4.13.2 Dynamic Parameter（動態參數） ........................................................................... 84

4.13.3 Font Sample Parameter（字體取樣參數） .............................................................. 84

4.13.4 Scalar Parameter（標量參數） ................................................................................ 85

4.13.5 Static Bool Parameter（靜態布爾參數） ................................................................ 86

4.13.6 Static Switch Parameter（靜態開關參數） ............................................................. 86

4.13.7 Static Component Mask Parameter（靜態分量蒙版參數） ................................... 87

4.13.8 Vector Parameter（矢量參數） ................................................................................ 88

4.13.9 Texture Object Parameter（紋理對象參數） .......................................................... 89

4.13.10 Texture Sample Parameter 2D（紋理取樣參數2D） ............................................ 90

4.13.11 Texture Sample Parameter SubUV（紋理取樣參數子UV） ................................ 90

4.13.12 Texture Sample Parameter Cube（紋理取樣參數立方體） ................................. 91

4.13.13 Texture Sample Parameter Movie（紋理取樣參數電影） ................................... 92

4.14 粒子表達式 .........................................................................................................93

4.14.1 Dynamic Parameter（動態 參數） .......................................................................... 93

4.14.2 Particle Color（粒子顏色） ..................................................................................... 93

4.14.3 Particle Direction（粒子方向） ............................................................................... 94

4.14.4 Particle MacroUV（粒子宏UV） ............................................................................ 94

4.14.5 Particle Motion Blur Fade（粒子運動模糊消退） ................................................. 95

4.14.6 Particle Position WS（粒子全域空間位置） .......................................................... 95

4.14.7 Particle Radius（粒子半徑） ................................................................................... 96

4.14.8 Particle Relative Time（粒子相對時間） ............................................................... 96

4.14.9 Particle Size（粒子大小） ....................................................................................... 97

4.14.10 Particle Speed（粒子速度） .................................................................................. 97

4.14.11 Spherical Particle Opacity（球形粒子不透明度） ............................................... 98

4.14.12 Particle SubUV（粒子子UV） .............................................................................. 98

4.14.13 Texture Sample Parameter SubUV（紋理取樣參數子UV） ................................ 99

4.15 紋理表達式 .......................................................................................................100

4.15.1 Font Sample（字體取樣） ..................................................................................... 100

4.15.2 Font Sample Parameter（字體取樣參數） ............................................................ 101

4.15.3 Scene Color（場景顏色） ...................................................................................... 102

4.15.4 Sprite Texture Sampler（精靈紋理取樣） ............................................................ 102

4.15.5 Texture Object（紋理對象） ................................................................................. 103

4.15.6 Texture Sample（紋理取樣） ................................................................................ 103

4.15.7 Texture Property（紋理屬性） .............................................................................. 105

4.15.8 Particle SubUV（粒子子UV） .............................................................................. 105

4.15.9 Texture Object Parameter（紋理對象參數） ........................................................ 106

4.15.10 Texture Sample Parameter 2D（紋理取樣參數2D） .......................................... 107

4.15.11 Texture Sample Parameter SubUV（紋理取樣參數子UV） .............................. 107

4.15.12 Texture Sample Parameter Cube（紋理取樣參數立方體） ............................... 108

4.16 紋理表達式 .......................................................................................................109

4.16.1 Font Sample（字體取樣） ..................................................................................... 109

4.16.2 Font Sample Parameter（字體取樣參數） ............................................................ 110

4.16.3 Scene Color（場景顏色） ...................................................................................... 110

4.16.4 Sprite Texture Sampler（精靈紋理取樣） ............................................................ 111

4.16.5 Texture Object（紋理對象） ................................................................................. 112

4.16.6 Texture Sample（紋理取樣） ................................................................................ 112

4.16.7 Texture Property（紋理屬性） .............................................................................. 113

4.16.8 Particle SubUV（粒子子UV） .............................................................................. 114

4.16.9 Texture Object Parameter（紋理對象參數） ........................................................ 114

4.16.10 Texture Sample Parameter 2D（紋理取樣參數2D） .......................................... 115

4.16.11 Texture Sample Parameter SubUV（紋理取樣參數子UV） .............................. 116

4.16.12 Texture Sample Parameter Cube（紋理取樣參數立方體） ............................... 116

4.17 實用程序表達式 ................................................................................................117

4.17.1 BlackBody（黑體） ............................................................................................... 117

4.17.2 Bump Offset（凹凸貼圖偏移）............................................................................. 118

4.17.3 Constant Bias Scale（常量偏差比例） ................................................................. 118

4.17.4 DDX ......................................................................................................................... 119

4.17.5 DDY ......................................................................................................................... 119

4.17.6 Depth Fade（深度消退） ....................................................................................... 119

4.17.7 Depth of Field Function（視野深度函數） ........................................................... 120

4.17.8 Desaturation（去飽和度） ..................................................................................... 121

4.17.9 Distance（距離） ................................................................................................... 122

4.17.10 Feature Level Switch（功能級別開關） ............................................................. 122

4.17.11 Fresnel（菲涅爾） ................................................................................................ 123

4.17.12 GI Replace（GI替換） .......................................................................................... 124

4.17.13 Lightmass Replace（光照系統替換） ................................................................. 125

4.17.14 Linear Interpolate（線性插值） .......................................................................... 125

4.17.15 Noise（噪聲） ...................................................................................................... 126

4.17.16 Quality Switch（質量開關） ............................................................................... 127

4.17.17 Rotate About Axis（繞軸旋轉） .......................................................................... 127

4.17.18 Sphere Mask（球體蒙版） .................................................................................. 128

4.17.19 Antialiased Texture Mask（抗鋸齒紋理蒙版） .................................................. 128

4.17.20 Distance to Nearest Surface（與最近表面的距離） ........................................... 129

4.17.21 Distance Field Gradient（距離場梯度） ............................................................. 130

4.18 矢量表達式 .......................................................................................................131

4.18.1 Actor Position WS（Actor全域空間位置） .......................................................... 131

4.18.2 Camera Position WS（攝像機全域空間位置） .................................................... 132

4.18.3 Camera Vector WS（攝像機全域空間矢量）....................................................... 132

4.18.4 Constant2 Vector（常量2矢量） ............................................................................ 133

4.18.5 Constant3 Vector（常量3矢量） ............................................................................ 134

4.18.6 Constant4 Vector（常量4矢量） ............................................................................ 134

4.18.7 Light Vector（光線矢量） ..................................................................................... 135

4.18.8 Object Bounds（對象界限） ................................................................................. 135

4.18.9 Object Orientation（對象方向） ........................................................................... 136

4.18.10 Object Position WS（對象全域空間位置）........................................................ 136

4.18.11 Particle Position WS（粒子全域空間位置） ...................................................... 136

4.18.12 Pixel Normal WS（像素全域空間法線） ........................................................... 137

4.18.13 Reflection Vector WS（反射全域空間矢量） .................................................... 137

4.18.14 Vertex Normal WS（頂點全域空間法線） ......................................................... 138

4.19 矢量操作表達式 ................................................................................................138

4.19.1 Append Vector（追加矢量） ................................................................................. 138

4.19.2 Component Mask（分量蒙版） ............................................................................. 139

4.19.3 Cross Product（矢量積） ....................................................................................... 140

4.19.4 Derive Normal Z（派生法線Z） ........................................................................... 141

4.19.5 Dot Product（標量積） ........................................................................................... 141

4.19.6 Normalize（規範化） ............................................................................................ 142

4.19.7 Transform（轉換） ................................................................................................. 142

4.19.8 Transform Position（轉換位置） .......................................................................... 144

第5章 材質函數 ..........................................................................................145

5.1 材質函數概述 ......................................................................................................146

5.1.1 材質函數庫 ............................................................................................................... 147

5.1.2 與函數相關的節點 ................................................................................................... 147

5.1.3 輸入及輸出 ............................................................................................................... 148

5.1.4 公共屬性 ................................................................................................................... 150

5.1.5 預覽 ........................................................................................................................... 151

5.1.6 參數 ........................................................................................................................... 152

5.1.7 組織 ........................................................................................................................... 154

5.1.8 傳播 ........................................................................................................................... 155

5.1.9 嵌套函數 ................................................................................................................... 155

5.1.10 編譯錯誤 ................................................................................................................. 155

5.1.11 默認材質函數 ......................................................................................................... 156

5.2 創建材質函數 ......................................................................................................156

5.2.1 創建材質函數 ........................................................................................................... 156

5.2.2 發佈你的新函數 ....................................................................................................... 158

5.3 編輯材質函數 ......................................................................................................159

5.4 使用材質函數 ......................................................................................................160

第6章 材質關鍵屬性 ...................................................................................162

6.1 材質表達式節點與網絡 .......................................................................................163

6.2 使用顏色和數字 ..................................................................................................163

6.3 紋理 ....................................................................................................................164

6.4 屬性與輸入 .........................................................................................................164

6.5 將材質應用於表面 ..............................................................................................165

6.5.1 網格體 ....................................................................................................................... 165

6.5.2 刷表面 ....................................................................................................................... 166

第7章 分層材質 ..........................................................................................168

7.1 重要的益處 .........................................................................................................170

7.2 混合類型 .............................................................................................................171

7.3 分層材質實例化 ..................................................................................................172

7.4 警告 ....................................................................................................................173

第8章 材質明暗處理模型 ............................................................................174

8.1 次表面明暗處理模型 ........................................................