虚幻引擎学习之路：渲染模块之材质系统

• Opaque Opaque：不透明渲染
• Masked Cutout：Alpha Test
• Translucent Transparent：半透明渲染

Unity引擎中的Fade模式是用于渲染模型逐渐消失的效果。Unreal 4引擎另外三种“Blend Mode”的含义如下，通过这三种参数开发团队可以达到更为灵活的半透明效果。

• Additive：将Pixel的结果叠加到背景
• Modulate：将Pixel的结果乘以背景
• AlphaComposite：预乘Alpha值Blend

Unreal 4引擎材质编辑器的基础节点中有许多“默认”输入参数，对不同的“Blend Mode”，其可供设置的参数也不相同，如下图所示：

其中，从左到右分别是：不透明、半透明以及Alpha Test的材质输入参数。对于无效的输入参数，Unreal 4引擎将其变成灰色，并且无法连接节点图。

Unreal 4引擎除了提供“常规”PBR的材质模型，还提供了一些用于制作特殊效果的材质模型。在我们来看，这些更像是Unreal引擎为开发者制作了一些快捷开发的材质模板。在材质编辑器中可以通过设置“Shading Model”进行选择，如下图所示：

- Subsurface、Preintegrated Skin、Subsurface Profile 这三种材质模型的渲染效果比较相似，都属于次表面散射类。与Subsurface有所不同的是，Preintegrated Skin和Subsurface Profile都是专用于模拟人体皮肤渲染效果的模型。但是，Preintegrated Skin使用的方法更加高效并适合于低端设备，而Subsurface Profile的渲染效果更好适合高端设备。其效果如下图所示：

Subsurface

Preintegrated Skin

Subsurface Profile
（上图取自Unreal 4官方网站）

其中，上图从上到下分别是Subsurface、Preintegrated Skin以及Subsurface Profile的渲染效果。Subsurface效果渲染需要比较高的硬件资源，在Mobile端目前还不支持。

- Clear Coat 这种材质模型用于渲染不透明物体表面覆盖一层半透明的效果，如下图所示：

（上图取自Unreal 4官方网站）

其中，左图是Unreal 4引擎渲染结果，右图是实际拍摄结果。可以看出，该材质的渲染效果相当惊艳！

- Two Sided Foliage 这种材质模型用于渲染树木材质效果，它比Default模型能更好地模拟树叶的透射效果，如下图所示：

（上图取自Unreal 4官方网站）

其中，上图左边是采用Two Sided Foliage模型渲染结果，右图是Default模型渲染结果。

材质模型Unreal 4 vs Unity小结

• 相比较而言，Unreal 4引擎和Unity引擎都提供了丰富的、通用的基于物理的材质模型。Unreal 4引擎原生对于特殊效果提供了更多的材质模型。Unity引擎则通过Asset Store提供了一些特殊效果材质【2】【3】。

三、材质使用

Unreal 4引擎的材质在使用时与Unity引擎有所不同。在Unity引擎中，材质资源一旦被创建，就可以添加到各种渲染组件中进行渲染。同时，我们可以在运行时通过代码修改材质参数。但是，需要注意的是，当Shader中的某些功能没有被用到时，Unity引擎会自动对其进行优化。经过优化过后的Shader则不再包含这部分的功能，即使在运行时重新设置材质参数也不会生效。对于这种情况，在Unity引擎中可以通过Graphics Setting中的Always Included Shaders或在Shader中设置 “multi_compile”来实现，即告诉Unity引擎不要在Shader Stripping时去掉一些后续运行时需要使用的Key words。

在Unreal 4引擎中，修改材质资源的节点图以及参数不会立刻生效，需要点击右上角“Save”或者“Apply”，此时会引起材质重新编译。因此，材质资源中的参数并不支持在编辑器中实时或运行时更改。Unreal 4引擎提供了另一种材质资源Instanced Material。该种资源继承自材质资源，它拥有与其父类材质资源相同的节点图，并且支持在编辑器中实时或运行时修改参数。

• Instanced Material

该种资源的创建与材质创建类似，在“Content Browser”中即可创建。然后双击资源图标即可打开编辑器。在“Details”页面中可以设置其继承的材质资源。下图显示了Instanced Material资源的设置界面，Parent参数即为其父类材质资源：

在使用之前，还需要在父类材质资源中将需要修改的参数用节点图中的“Parameter”类型节点表示，如下图所示：

然后，即可在Instanced Material编辑器的“Details”页面中看到，如下图所示：

其中，上图“Parameter Groups”中的“Color”和“Roughness”参数即为其父类材质资源中“Parameter”节点表示的参数。

该Instanced Material支持实时在编辑器中修改“Color”和“Roughness”参数，而不需要重新编译材质。但是这种Instanced Material仅支持在编辑其中修改参数，其在Unreal 4引擎中被称为“Material Instance Constant”。

如果需要运行时修改，则需要通过蓝图或者代码动态创建Instanced Material，这种材质在Unreal 4引擎中被称为“Material Instance Dynamic”。如果想在项目运行时，根据一些特殊情况调整材质参数（比如怪物/角色受击后改变颜色、死亡时改变透明度等等），那么就需要通过Material Instance Dynamic来实现这些效果。

材质使用Unreal 4 vs Unity小结

在Unreal 4中，Material主要分为三类：原始Material、Material Instance Constant和Material Instance Dynamic。与Unity中的材质系统比较，有以下三点非常值得注意：

• Unreal 4中的Material类似于Unity中的Shader，其节点图则可认为是Shader代码的定义；

• Unreal 4中的Material Instance Constant类似于Unity中Material，它是Shader和输入参数的集合. 只有导出的 Parameters 可以进行修改，但仅限在 Editor 下修改，在运行时是不能动态修改参数的。所以一般场景物件（不用动态改材质）都是使用各种Material Instance Constant来进行渲染；

• Unreal 4中的Material Instance Dynamic类似于Unity中的Material(Instance)。主要区别是，前者需要在Unreal 4中手动指出，后者是Unity在项目运行时，当修改Material参数时动态生成。

四、特殊功能

Unreal 4引擎不仅提供了通用的材质创建、编辑和使用功能，而且还提供了一些辅助的特殊功能。本文将对其中的三种进行详细介绍。

• Material Function

Unreal 4引擎的材质编辑器内置了丰富的功能性节点，使得开发者在编辑材质节点图时能够灵活地实现许多功能。但是，当编辑的节点图到达一定复杂程度后，维护起来就变得非常困难。Unreal 4引擎提供了一种类似函数式的用户自定义节点，Material Function。当某些功能在多种材质中共用时，可以采用Material Function将其封装成一个节点进行重复利用，降低了维护难度。

Material Function是Unreal 4引擎材质系统中的一种资源，通过右键菜单进行创建，双击即可打开Material Function的编辑器。Material Function的编辑方式与Material类似，也是采用节点图的方式，如下图所示：

（上图取自Unreal 4官方网站）

当Material Function创建好后，在“Details”设置界面中勾选“Expose to Library”即可在Material的编辑的“Palette”中找到该节点，并可在节点图中使用，如下图所示：

使用方式与Unreal 4内置的节点相同，如下图所示：

• Layered Materials

在Unreal 4引擎中，Material Function实现了将某种通用功能封装成一个节点重复利用。而利用Material Function的特点以及“Make Material Attributes”节点可以在一个材质资源中，将多种材质进行混合，如下图所示：

（上图取自Unreal 4官方网站）

其中，上图是一个Material Function的节点图，“Make Material Attributes”类似于材质资源中的基础节点，它可以被认为是在Material Function内部完成了一种材质的定义。而在编辑材质资源时，通过将多个预先定义好材质的Material Function进行混合，就可达到Layered Materials混合效果。它可以被用于制作模型表面不同位置用不同材质渲染的情况，如下图所示：

（上图取自Unreal 4官方网站）

其中，角色模型用了5种不同的材质进行渲染。这几种材质可以通过Layered Materials方式在一个模型上实现。

• Material Parameter Collections

在编辑材质资源的过程中，通常会遇到某一个参数在不同的材质资源中使用的情况。此时，可以利用Unreal 4引擎提供的Material Parameter Collections资源进行管理。该种资源可以维护一系列变量和向量的参数值。这些参数可以在不同的材质中进行引用。当需要修改时，只需修改Material Parameter Collections资源中的共用参数值即可。在Unity中也有类似功能，即使用Shader的SetGlobal方法对全局参数进行设置。

特殊功能Unreal 4 vs Unity小结

• 相比较而言，Unreal 4引擎提供了更多、更复杂特殊效果支持，使得美术在制作时能够更灵活、便利地实现复杂的材质。

材质系统小结

与我们熟悉的Unity引擎一样，Unreal 4引擎对当前流行的PBR材质模型同样进行了深度的支持，且在材质编辑方面，Unreal 4原生提供了更为直观方便的节点图交互方式。而在功能和效果上，Unreal 4引擎提供了丰富的模板和Material Function功能，从而让开发团队可以高效地创作出惊艳的渲染效果。希望随着移动硬件设备的逐渐提升，这些惊艳的效果可以在更多的项目中得到体现。

参考文献

【1】 https://www.assetstore.unity3d.com/en/#!/content/14147
【2】 https://www.assetstore.unity3d.com/en/#!/content/100332
【3】 https://www.assetstore.unity3d.com/en/#!/content/3254

以上即为我们对Unreal 4引擎就渲染模块的材质系统的讲解，之后我们会将继续分享渲染模块下的图像后处理等其他学习心得，欢迎大家的关注！我们希望本系列文章能让更多的中国游戏开发者了解和理解Unreal 4引擎的重要功能和所能达到的效果，也让更多的中国游戏开发者对Unreal引擎和Unity引擎融会贯通，提升技术储备。

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