虚幻引擎（Unreal Engine 5）技术与应用 课件 第三章虚幻引擎材质系统

虚幻引擎材质系统第3章-材质编辑与创作完整指南课程概览本章学习内容材质编辑器UI掌握工具栏、视口面板、细节面板等核心界面操作材质属性系统理解基础颜色、金属感、粗糙度等关键属性Substrate新系统探索虚幻引擎5的全新材质编辑框架实战案例创建玻璃材质和水晶材质的完整流程材质系统核心优势虚幻引擎的材质系统是引擎的核心组成部分,通过可视化节点编辑器大大降低了使用门槛。开发者无需编写代码即可创建复杂的着色器效果。实时预览功能,即时查看材质效果灵活的材质实例系统,支持多属性变体基于物理的渲染(PBR),真实感强丰富的材质函数和特效工具关键特性节点化编辑实时预览物理渲染材质实例工具栏核心功能保存资产快捷键CTRL+S,保存当前材质修改查找功能快捷键CTRL+F,在材质中查找表达式和注释定位主节点快速定位到材质图表中的主材质面板实时更新设置材质编辑器UI元素实时更新清理图表清理图表中未使用的节点和连接材质统计切换材质数据和编译错误的显示视口面板操作技巧鼠标操作左键拖动:旋转摄像机视口右键拖动:缩放摄像机视口中键拖动:平移摄像机视口L键+左键:旋转光源方向预览网格体视口右下角提供五种预览网格体:圆柱体球体平面立方体自定义网格体核心概念主材质节点详解主材质节点是材质的输出终端,由官方定义的多个材质属性集合组成。虚幻引擎4使用基于物理的渲染(PBR)材质系统,左侧白色引脚表示可设置的输入参数。重要提示:只有直接或间接连接到主材质节点引脚的材质节点,才能作为有效节点影响最终材质效果。基础颜色属性基础颜色定义材质的整体颜色,需要连接Float3类型数据,对应RGB三个通道,每个通道数值限制在0到1区间。颜色值规律值越接近0:吸收能力越强,颜色越接近黑色值越接近1:吸收能力越弱,颜色越接近白色无光照环境下:仅保存色彩纹理信息金属度属性影响金属度=1物体表面呈现金属特性,反射强烈,高光明显金属度=0物体表面呈现非金属特性,漫反射为主粗糙度属性影响粗糙度=1物体表面粗糙,光线散射强,反射模糊粗糙度=0物体表面光滑,镜面反射强,高光锐利法线贴图与自发光Normal法线贴图使用深度信息为模型添加立体感,让低精度模型模拟高精度模型的光照细节。通常是三通道2D图像纹理,改变光线对网格体的影响,但不产生实质变形。自发光颜色控制材质表面的自发光效果。通常使用颜色节点配合强度变量制作,可以模拟发光物体、霓虹灯、显示屏等效果。混合模式材质混合模式概述混合模式控制材质如何与帧缓冲区中的内容相混合,决定材质输出以何种方式与已绘制内容叠加。不同混合模式适用于不同的材质类型和视觉效果。不透明模式完全阻挡背景，内容清晰可见。遮罩模式隐藏或揭示部分内容，创造焦点。半透明模式允许背景部分可见，增加层次感。叠加模式混合图层颜色，产生新的视觉效果。不透明混合模式特点最简单常用的模式完全遮挡后方物体不透光不穿透适用场景金属表面材质岩石、混凝土等固体木材、塑料等不透明材质大部分常规表面类型如图所示,绿色球体完全遮挡住了后面的石墙纹理。遮罩混合模式遮罩纹理黑白纹理控制可见性,白色区域可见,黑色区域透明最终效果球体产生网格状不可见区域,无法遮挡后方墙壁遮罩混合模式用于控制网格局部可视性,适合铁丝围栏、格栅等镂空材质。不存在中间透明度,只有完全可见或完全透明。半透明混合模式使用渐变纹理控制透明度过渡产生从不透明到透明的平滑过渡注意:半透明材质不支持镜面反射,表面看不到反射效果。但可以使用立方体贴图模拟反射。适用于玻璃、水、烟雾等需要透明效果的材质。叠加混合模式单层叠加材质颜色与背景颜色相加,产生高亮区域多层叠加两个叠加材质重叠,颜色变得更亮更饱和叠加模式直接将材质像素与背景像素相加,所有像素值累加导致不会变暗。适合高亮、火焰、光晕等特殊效果。新系统Substrate材质系统Substrate是虚幻引擎5中的全新材质编辑系统,摒弃了固定着色模型和混合模式的思路,采用更具表现力和模块化的框架。有度量的物质属性扩大参数空间,更准确呈现混合金属、玻璃、塑料等复杂表面简化材质分层轻松表示金属上的液体、次表面散射上的透明涂层等效果模块化设计更灵活的材质组合方式,提升创作自由度启用Substrate系统01打开项目设置在左侧边栏找到"引擎→渲染"选项02启用Substrate在Substrate下勾选"Substrate材质(实验性)"03重启项目按照提示重启项目使设置生效重要提示:启用后,旧有材质会被强制转换成Substrate材质,请提前备份项目。Substrate核心属性DiffuseAlbedo相当于基础颜色,Float3类型数据,RGB通道值限制在0到1区间。F0属性定义表面面向摄像机时的镜面高光颜色和亮度。非金属材质通常在0到0.08范围,金属材质最高可达1,宝石最高约0.16。F90属性定义表面法线与摄像机成90度夹角的高光颜色,仅感知色调和饱和度,亮度固定为1.0。SSSMFP次表面散射平均自由程,控制材质密度,影响光线吸收和散射,需要Float3类型数据。SubstrateBSDF节点类型SubstrateSlabBSDF包含常规材质所需输入,可渲染不透明次表面或半透明散射效果SubstrateEyeBSDF专门用于渲染眼睛材质,包含角膜和虹膜等特定输入SubstrateHairBSDF专门用于制作和渲染毛发材质SubstrateSimpleClearCoat用于制作有透明涂层的材质,简化清漆等双层材质工作流程SubstrateUnlitBSDF用于制作无光照反射的材质SubstrateVolumetric-Fog-CloudBSDF表示参与介质,专门用于渲染体积雾和体积云实战案例案例一:玻璃材质创建菲涅尔与折射添加透明度半透明模式设置基础色使用旧版材质系统创建真实的玻璃材质,包含透明度渐变、菲涅尔反射和折射效果。玻璃材质关键步骤1基础设置创建材质,设置基础颜色为(0.4,0.7,0.8),混合模式改为半透明,光照模式设为表面半透明体积2透明度控制使用Distance和Power节点创建中心透明、边缘半透明的效果,添加"过渡范围"和"平滑过渡"参数3菲涅尔效果添加Fresnel_Function节点实现弧面玻璃效果,使用StaticSwitchParameter切换平面/弧面模式4折射设置将折射方法改为折射率,连接Fresnel_Function节点到折射引脚,完成玻璃材质案例二:水晶材质创建使用Substrate材质系统创建具有次表面散射效果的水晶材质。水晶材质展现了光线穿透半透明材质后的柔和透光效果。纹理设置连接DiffuseAlbedo和Normal纹理,设置基础外观次表面散射配置SSSMFP、SSSMFPScale和SSSPhaseAnisotropy参数UV调整使用Mask和Multiply节点分别控制UV通道,优化纹理映射水晶材质参数优化关键参数设置SSSMFPScale:0.1-控制整体透光性SSSPhaseAnisotropy:0.5-控制光线穿透距离U值:0.8-UV横向缩放V值:0.7-UV纵向缩放次表面散射原理SSS是光线穿透材质表面,在内部经过多次散射后重新射出,形成柔和透光效果的现象。常见于皮肤、蜡、玉石、牛奶等半透明或非金属材质。课后练习习题与实践概念题如何调节材质编辑器UI中