Substrate マテリアルの概要

Substrate は、Unreal Engine 5 のマテリアル オーサリング手法です。デフォルト ライティングやクリア コートなどの決まった組み合わせのシェーディング モデルやブレンド モードに代わって、より表現力に優れたモジュール式のフレームワークを提供します。

Substrate ではない (つまり従来の) マテリアル システムの特定の抽象化は Substrate によって廃止され、物質の測定されたプロパティで置き換えられています。そうすることで、より幅広い動作範囲のパラメータ空間が生み出され、金属、ガラス、プラスチックなどの個別のサーフェス タイプの間でより正確にブレンドできるようになっています。また、Substrate ではマテリアルのレイヤー化のプロセスが効率化されるため、金属上の液体やサブサーフェス散乱でのクリア コートのようなサーフェスを表現するのが容易になります。

Substrate におけるマテリアルは「物質のスラブ」として概念化されています。これらのスラブは Principled BSDF (双方向散乱分布関数) 表現であり、明確に定義された単位による物理量でパラメータ化されます。マテリアルは (ミキシングやレイヤー化などの) 操作対象にあるスラブのグラフとして表現されます。原則に基づいた表現であるため、Substrate マテリアルは、ビジュアル品質と引き換えにパフォーマンスが向上するようにプラットフォームの能力に応じて単純化することができます。

Substrate を有効にする

プロジェクトで Substrate マテリアル を有効にするには、以下の手順に従います。

1. [Project Settings (プロジェクト設定)] を開いて [Engine (エンジン)] > [Rendering (レンダリング)] の順に移動します。
2. [Substrate] セクションで、[Substrate materials (Experimental) (Substrate マテリアル (実験的機能))] を有効にします。

3. プロンプトとメッセージに従ってプロジェクトを [Restart (再起動)] します。

   

   Windows では DirectX 12 (DX12) を使用することをお勧めします。Substrate は DirextX 11 (DX11) でも機能しますが、いくつかの問題があるため、さらにテストする必要があります。詳細については、このページの「制限事項および既知の問題」セクションを参照してください。

任意選択のプロジェクト設定とコンソール変数

Substrate には以下の任意選択のプロジェクト設定とコンソール変数があります。

従来のマテリアルを変換する

Substrate マテリアルを Substrate ではないマテリアルに戻すことは できません。マテリアルを開いて保存すると、変換は永続的です。プロジェクトで Substrate を有効にする前に、プロジェクトのバックアップ コピーを保存することをお勧めします。

Substrate が有効になっているプロジェクトで、既存のマテリアルを編集用に開くと、既存のマテリアルは自動的に Substrate マテリアルに変換されます。マテリアルのロジックを Substrate Legacy Conversion マテリアル式に渡すことで、既存のマテリアルは Substrate 形式のシェーディング ネットワークに変換されます。

Substrate Legacy Conversion Material Expression は、従来のマテリアルを開くと常に自動的に作成されるため、ユーザーがこのノードを手動で作成したり、新規マテリアルで使用したりする必要はありません。

既存のプロジェクトで Substrate を有効にする際には以下のガイドラインに従ってください。

• Substrate が有効になっているプロジェクトで Substrate ではない既存のマテリアルを開くと、そのマテリアルが保存されるときに「従来の」Substrate マテリアルに自動的に変換されます。その変換は永続的であるため、Substrate ではないマテリアルに戻すことはできません。
• プロジェクトで Substrate が無効になっている場合、Substrate マテリアルは黒色でレンダリングされます。変換済みのマテリアルから作成された従来の Substrate マテリアルも同様です。従来の Substrate マテリアルを従来のマテリアルに手動でつなぎ直すことはできますが、そうしてもマテリアル グラフに存在する Substrate ノードは取り除かれません。

Substrate とマテリアル レイヤーの関係

Unreal Engine での従来の マテリアル レイヤー (グラフベース と カスタム レイヤー GUI の両方) はパラメータ ブレンディングの概念に基づいています。各レイヤーでは、ブレンドされて最終的なシェーディング モデルに与えられる、パラメータのパターン グラフが定義されています。

マテリアル レイヤー駆動型のパラメータを Substrate で定義されているシェーディング モデルに与えることを妨げるものは何もありません。ただし、親マテリアルで Material Attribute ノードの出力を使用して、このロジックを手動でセットアップする必要があります。この方法での制限事項は、マテリアル属性システムにはパラメータの固定リストがありますが、複数スラブの Substrate 設定を与えるのに十分な数のスロットがない可能性があるということです。これは、実際の意味とは無関係な任意の名前のピンの使用が必要になる場合もあります

このページで説明されているように、Substrate は パラメータ ブレンディング をネイティブに使用できますが、Material Layers インターフェースからその機能にアクセスする方法はありません。Substrate とマテリアル レイヤーの統合は、今後の開発で非常に関心のある分野です。

Substrate マテリアルを操作する

Substrate マテリアルは従来のマテリアルと同様の方法で作成されます。このセクションでは、ノード、ブレンド モード、作成できるマテリアルのタイプに関する詳細など、Substrate マテリアルを構成する主な要素について説明します。

Substrate の Material Root ノード

従来のマテリアルと同様に、Material Root ノードは、Substrate スラブおよび他の Substrate ノード (演算子ノードや構成要素ノードなど) の供給先です。

また、従来のマテリアルと同様に、Material Root ノードが選択されている状態で [Details (詳細)] パネルを使用して、ブレンド モード およびマテリアルの外観を定義する他のプロパティを設定します。

Substrate マテリアルのすべてのグラフは、Material Root ノードの Front Material 入力につながれている必要があります。この入力が Substrate のすべてのグラフの終点です。

Substrate のブレンド モード

Substrate では、ブレンド モード の独自のセットを使用して、マテリアルのカラーが背景とどのようにブレンドされるかが定義されます。従来のマテリアルのブレンド モードは、他のマテリアルとどのようにミックスおよびブレンドできるかに限定されているため、作成できるマテリアルのタイプが限定されています。Substrate では、まとめてブレンドしてあらゆるタイプのマテリアルを作成できる、ブレンド モードの幅広い選択肢が提供されています。このことは、半透明サーフェスの物理的に正しいシェーディングを実現する上で特に重要です。

Substrate には以下のブレンド モードがあります。

Substrate では、半透明ブレンド モードが目的ごとに、より効果的に定義されているため、従来のマテリアルよりも簡単に半透明処理を操作できます。2 つの間で変わらないままなのは、どの半透明ブレンド モードでも ライティング モード を設定して、そのサーフェスに対してライティングがどのように算出されるかを定義する必要があることです。これは、半透明マテリアルの正しい外観を実現するために重要です。

ユーザーが作成する半透明マテリアルの大多数で使用されるのは Surface Translucency Volume または Surface Forward Shading です。

以下のライティング モードから選択できます。

Substrate マテリアルでの透過処理のセットアップと使用の例については、このページの「透過処理」セクションを参照してください。

Substrate スラブ

Substrate スラブ は Substrate マテリアルを組み立てる際の基本構成要素であり、マテリアルの外観の大部分を実現できる必要最小限のパラメータのセットになるように設計されています。そのため、より表現力の高い外観作成の基礎になっています。

スラブは、1 つの インターフェース と 1 つの 媒質 から成る物質のスラブの、原則に基づいた表現です。

Substrate Slab の組成：インターフェース (1) と媒質 (2)。

1. インターフェース は、光がマテリアルのサーフェスと相互作用する境界です。インターフェースのプロパティは主に、そのインターフェースに与えられる Roughness、Normal、Diffused Albedo、F0、F90 の値で定義されます。
2. 媒質 はインターフェースの下にある物質のボリュームであり、そこで光が散乱、伝達、吸収されます。媒質のプロパティは主に、Mean Free Path (MFP) 入力によって定義されます。

Substrate スラブは、Substrate ではないマテリアルでのモノリシックな Material Root ノードのモジュラー式代替物です。複数のサーフェス属性 (Diffuse、Specular、Roughness、Emissive、Cloth、Anisotropy など) から成っています。すべての Substrate BSDF ノード には、生成するマテリアルのタイプの名前付き出力 (Eye、Hair、Simple Clear Coat など) に関わりがあるプロパティが入っています。

従来のマテリアルではブレンド モードを利用して、使用できる入力を提示していました。Substrate では、そのさまざまな BSDF スラブを使用してマテリアルのタイプが定義されています。また、それらはブレンド モードに直接結び付けられなくなったため、それらをレイヤー化およびミキシングしてさまざまなマテリアル タイプを生成できます。

使用される主な Substrate Slab BSDF ノードには以下の入力があります。

Substrate マテリアルのノード

Substrate マテリアルの作成には以下のタイプのノードを使用できます。

Substrate BSDF ノード

Substrate BSDF (双方向散乱分布関数) ノードはほとんどのタイプのサーフェスを表すために使用され、作成されるマテリアルの見た目を制御し、それに応じてそのドメインとシェーディング モデルを自動的に設定します。これは、マテリアルのルート ノードの [Details] パネルからそれらの側面が手動で設定されないようにすることを目標としています。

Substrate には以下の BSDF があります。

スラブ BSDF は Substrate でオーサリングを行うためのプライマリ ノードであり、他のスラブとレイヤー化することができます。その他の BSDF ノードは特殊なユースケース用であり、他の BSDF と混在させずに単独で使用する必要があります。

Substrate 演算子ノード

Substrate 演算子 ノードは、複数の Substrate スラブ をミックスまたはレイヤー化して複雑で多様なサーフェスを作成します。Substrate スラブが物質の 1 つのピースを表している場合、演算子はそれらのピースを組み合わせる方法を提示します。

以下の Substrate 演算子から選択できます。

Substrate 演算子はすべての Substrate BSDF で使用できるわけではなく、これらの演算子ノードを使用できるのは、Substrate スラブ BSDF と Substrate Simple Clear Coat のみです。

演算子ノードには、Use Parameter Blending がオンになっている場合に背景と前景をブレンドして 1 つのマテリアルにするためのオプションが含まれています。Substrate 演算子は、複数のスラブをミックスおよびレイヤー化することによって、マテリアルの複雑な外観を作り出すことができるため、ランタイム時のコスト (主にライティングの評価によるコスト) は、パフォーマンスに大きな影響を与える可能性があります。パラメータ ブレンディングは、コストが大きいライティングの評価と引き換えに、ランタイム パフォーマンスが向上し、ライティングの評価のコストが小さくなる最適化です。

このパラメータ ブレンディング最適化の詳細については、このページの「パラメータブレンディング」セクションを参照してください。

Substrate Coverage Weight

Substrate Coverage Weight 演算子は、垂直レイヤー化操作での 2 つのスラブの比率を制御します。Weight 入力は、(下記の例のように)Substrate Vertical Layer 演算子 と併用してレイヤー化する場合の、このマテリアルの被覆率を制御します。また、Translucent ブレンド モードで不透明度がどのように使用されるかと同様に、アルファを被覆率として、またはアルファを不透明度として使用する場合に、演算子を使用して半透明サーフェスを実現することもできます。

上記のグラフでは、Substrate Coverage Weight 演算子が使用されており、Bottom スラブに適用される被覆率が Weight 入力によって制御されています。Weight が 1 であれば完全に不透明であり、緑色のテクスチャ パターンが遮られます。0.5 であれば 50% 透明であり、2 つのマテリアルの色がミックスされたテクスチャ パターンが見えます。0 であれば完全に透明であり、緑色のテクスチャ パターンのみが見えます。

Weight 入力は Float3 値を取るため、テクスチャを使用して、マテリアルのレイヤー化時にスラブに適用される被覆率を制御することもできます。

Substrate Horizontal Layer

Substrate Horizontal Layer 演算子は、一つが背景を表し、もう一つが前景を表す 2 つのスラブをミックスさせます。Mix 入力は、線形補間によるミックス比率を制御します。

Mix 入力が 0 であれば、Background 入力が完全に見え、1 であれば、Foreground 入力が完全に見えます。Mix 比率が 0.5 であれば、2 つのスラブがミックスされ、ピクセルごとにミックスが評価されます。Mix 入力で、次の例のようにテクスチャを使用して、ミックス比率を制御することもできます。

Substrate Vertical Layer

Substrate Vertical Layer 演算子は、Top 入力と Bottom 入力でスラブを受け取って、それらを合わせてレイヤー化します。このノードは Top レイヤーの厚さを考慮して、物理的に正しい透過率と散乱を適用します。これは、Top レイヤーが Bottom レイヤーを覆うコーティング操作と似ています。Bottom スラブの外観は Top スラブのプロパティに依存します。Top 入力に渡される BSDF が完全に不透明であれば、Bottom スラブはまったく見えません。

垂直レイヤー化は、不透明の下位レイヤーの上に透明または半透明トップ コートを必要とする場合に特に便利です。そのような例として、車の塗装、木材のニス、サーフェス上の水分 (水たまりなど) があります。

Substrate Add

Substrate Add 演算子は、2 つのスラブを組み合わせてその結果を出力します。この演算子は、物理的に妥当なものとは見なされません。サーフェスに入ってくるエネルギーよりもサーフェスから出て行くエネルギーの方が大きいマテリアルが生成される可能性があるからです。これは、物理的に妥当であることよりもアート ディレクションの方が重要である場合に役立ちます。ただし、物理的に正確なサーフェスを維持するには、この演算子を使用しないことをお勧めします。

Substrate 構成要素ノード

Substrate 構成要素 ノードは、ある程度一般的なユースケース向けの変換を提供する、マテリアル関数 のセットです。これらはマテリアル関数であるため、直接開いて調べることができます。

以下の Substrate 構成要素から選択できます。

Substrate エクストラ ノード

Substrate エクストラ ノードは、マテリアルのタイプとそれが提供する関数を指定します。たとえば、Substrate マテリアルがデカール関数またはライト関数として使用されるように設定します。これらのノードは、マテリアル ドメインの一部として割り当てられた、Substrate ではないマテリアルとよく似ています。

以下の Substrate エクストラから選択できます。

これらのノードはモノリシックであり、単独で使用する必要があります。Substrate 演算子 とは併用できません。

たとえば、Substrate Convert To Decal ノードを使用すると、任意の Substrate マテリアルをデカール マテリアルとして使用して、シーンにあるメッシュ デカールやデカール アクタに適用できます。

エクストラ ノードでは、マテリアルのルート ノードの Front Material 入力につながれるときに、マテリアル ドメイン が自動的に設定されます。一部のエクストラ ノードでは、出力がサポートされるように ブレンド モード を変更する必要があります。

Substrate Convert To Decal ノードを使用する場合、ブレンド モードを TranslucentGrey Transmittance、Colored Transmittance、TranslucentColorTransmittance、AlphaComposite (Premultiplied Alpha) のいずれかに設定する必要があります。設定しない場合、マテリアル エディタの [Stats (統計情報)] パネルにエラーが表示されます。

Substrate ヘルパー ノード

Substrate ヘルパー ノードは、何らかの変換を行うか、従来のマテリアルで行うことができた何かを実現するためのノードとマテリアル関数のセットです。

Substrate ノードに関する追記

• Substrate デカール マテリアル
  • Substrate デカールは現時点では従来のデカール ブレンド モード パスと同じ機能を使用しています。
  • Substrate デカールの将来のバージョンでは、水、血、粘液などのための Layer Translucent スラブなど、すでに Substrate で利用可能な他の機能と同様の、より堅牢な機能セットを提供することを目指しています。たとえば、車の塗装の傷、地面の足跡、タイヤ痕のように厚さに応じて侵食できるレイヤーがあります。
• Legacy Conversion ノード
  • プロジェクトで Substrate が有効になっている状態で Substrate ではない既存のマテリアルを開くと、Substrate を使用するようにそのマテリアルが自動的に変換されます。既存のすべての入力は Substrate Legacy Conversion ノードに与えられます。
  

  新規の Substrate マテリアルを作成するときに、このノードを手動で作成したり使用したりしないでください。

Substrate の [Stats (統計)] パネル

Substrate の [Stats] パネルは、マテリアル エディタでマテリアル グラフの下にあります。

Substrate のパネルにはマテリアル、単純化、およびトポロジに関する統計が表示されます。

演算子でのパラメータ ブレンディング

ピクセルごとに複数の BSDF (双方向散乱分布関数) を使用すると、マテリアル グラフでの BSDF の数に比例してレンダリング プロセスの所要時間が長くなります。2 つの BSDF に対するライティングの評価にかかる時間は、1 つの BSDF の場合の 2 倍になります。このことは、不透明なサーフェスと半透明なサーフェスのどちらにも当てはまります。

演算子ノードには、グラフでのミキシングとレイヤー化のすべての操作の外観を維持しながらマテリアルのパフォーマンスとメモリ使用量の最適化を試行する Use Parameter Blending チェックボックスがあります。この設定を有効にする必要があるのは、マテリアルのルート ノードの前で一番右側にある演算子ノードだけです。グラフ内の他のすべてのノードにはパラメータ ブレンディングが自動的に適用されます。

1 つのマテリアルにある複数のスラブのパフォーマンスが懸念される場合、パラメータ ブレンディングは適切なフォールバック オプションです。有効になっていれば、2 つのスラブがマージされて、1 回のライティングの評価のみを必要とする単一のスラブになります。このマージにより、2 つの個別のスラブよりもメモリ使用量が大幅に減ります。

下記の例のマテリアルは、Use Parameter Blending が有効になっている場合となっていない場合の、Content Examples の Substrate レベル から抜粋したものです。

このマテリアル (M_Substrate_ShaderBall_IceRocks) は 2 つの BSDF を使用します。左側はブレンディングなしで、右側はパラメータ ブレンディングを使用しています。

これは、2 つの Vertical Layer 演算子と 1 つの Coverage Weight 演算子を使用して 4 つのスラブをブレンドする、より複雑なマテリアル (M_Substrate_ShaderBall_AnisoOverSSS) です。マテリアルのメモリ使用量はピクセルあたり 108 バイトです。Use Parameter Blending が有効になっていると、すべての演算子でのブレンディングによって、ピクセルあたり 28 バイトに減ります。左側のマテリアルはブレンディングなしで、右側はパラメータ ブレンディングを使用しています。

演算子ノードでのパラメータ ブレンディングではなく、以下のいずれかのワークフローを使用することでも同様の結果が得られます。

• グラフ内で DiffuseAlbedo、F0、F90、Roughness、および他の属性を手動でブレンドします。すべての属性を、Front Material 入力につながれている単一のスラブに渡します。この手法は単独の場合はうまく機能しますが、複雑なマテリアルの大規模なライブラリでは手に負えなくなる可能性があります。
• グラフベースの レイヤー化マテリアル のワークフローを使用します。この方法ではマテリアル関数を使用して作業を再利用するため、1 つ目の方法よりもうまくスケーリングできます。

モバイルなどのローエンド プラットフォームでは、パフォーマンスが向上するようにコンパイラが自動的にパラメータ ブレンディングを有効にします。中程度のプラットフォームでは、ターゲットのパフォーマンスとメモリ制約を超えないように、マテリアルの下部レイヤーでパラメータ ブレンディングが積極的に導入されています。

メタルネスとスペキュラ レスポンス

Substrate で使用されるパラメータ化は、Substrate ではない (従来の) マテリアルでの DefaultLit シェーディング モデルとは異なり、Metallic 入力はなくなっています。このパラメータ化では、抽象化された値 (メタリックやスペキュラなど) を使わずに、実世界の単位による物理的プロパティに移行しています。

Substrate マテリアルの反射プロパティとスペキュラ レスポンスは、DiffuseAlbedo、F0、F90 という 3 つの属性で定義されています。Substrate ではエネルギー保存が自動的に適用されるため、スペキュラのインターフェースと媒質ではエネルギーは付加されません。したがって、F0 が大きいほど、ディフューズの寄与が見えにくくなります。

メタルネスは Substrate Metalness-To-DiffuseAlbedo-F0 ヘルパー ノードを使用してエミュレートされています。BaseColor、Specular、および Metallic の値を入力として受け取って、Substrate スラブの Diffuse Albedo と F0 にマッピングする値にそれらを変換します。

EdgeColor 入力または F90 入力を使用して、ライティングへの複雑なマテリアルの幅広いディフューズとスペキュラ レスポンスを実現できます。たとえば、接線に直交するシアンから黄色へのスペキュラ反射がある赤色の球体を実現できます。

Substrate FlipFlop ヘルパー ノードは、法線ベースのスペキュラのカラー化を実現するのに役立ちます。このノードは、F0 と F90 のスペキュラ カラーを、調整可能なフォールオフ トランジションがある NoV の関数として制御します。

粗い屈折

Substrate では、半透明オブジェクト、および半透明の最上位レイヤーがあるレイヤー化不透明マテリアル上で、粗い屈折がサポートされています。シーン背景のぼやけや屈折したオブジェクトまでの距離は、歪み/屈折が使用される場合のプライマリ マテリアルのラフネスから算出されます。

半透明の粗い屈折

粗い屈折がある半透明マテリアルを作成するには、[Details] パネルで以下のプロパティを設定します。

• Blend Mode： TranslucentColoredTransmittance、TranslucentGreyTransmittance、ColoredTransmittanceOnly のいずれか。
• Refraction Method： Index of Refraction (IOR)、Pixel Normal Offset、2D Offset のいずれか。

Refraction、Roughness、および SSS MFP のそれぞれに値を渡します。下記のグラフでは、ラフネスが 0 より大きい場合に、シンプルなすりガラスの結果が生成されます。大きい SSS MFP の値は、完全に透明なマテリアルの作成に使用され、IOR が 1.514 であればガラスの IOR に近づきます。

下記の例では、Roughness の値が大きいほど (左から右に 0、0.2、0.6)、ガラスの背後にあるオブジェクトのぼやけが強くなっています。

粗い屈折によるぼやけでは、シーン内にある半透明な要素の背後の深度が考慮されるように近似値が使用されます。

不透明の粗い屈折

Substrate のコーティング レイヤーでは、その下にあるレイヤーを、トップ コーティング レイヤーのラフネスと厚さに基づいてぼかすことができます。このタイプの屈折はパフォーマンスへの影響が大きく、プロジェクトに対して、[Engine] > [Rendering] カテゴリの [Project Settings] で有効にする必要があります。Substrate opaque material rough refraction のチェックボックスをオンにすると、この機能が有効になります。

下記のグラフは、不透明なチェッカーボードの上にクリア コートがある垂直レイヤー化マテリアルを使用して、不透明マテリアルの粗い屈折を使用する例を示しています。

Roughness と Thickness のパラメータによって、下層のマテリアル レイヤーに適用されるぼやけの強度が決まります。いずれかの値を大きくするほど、屈折によるぼやけが強くなります。

下記の例でそれを確認できます。左側の例では、クリア コートの最上位レイヤーの Roughness と Thickness が 0.1 です。右側の例では、Roughness が 0.8、Thickness が 6 であるため、下層のレイヤーがぼやけています。

サブサーフェス散乱と関与媒質

Substrate スラブには関与媒質があり、それを使用してさまざまなボリュメトリックの外観をシミュレートできます。

たとえば、不透明なマテリアルのみをレンダリングする場合、マテリアル トポロジの下層にあるスラブではサブサーフェス散乱が考慮されます。ここで考慮が必要な点が 2 つあります。

• マテリアルの [Details] パネルで サブサーフェス プロファイル がスラブに割り当てられていれば、そのプロファイルがピクセルごとに使用されます。サブサーフェス プロファイルは ブレンド不可 であることに注意してください。
• サブサーフェス プロファイルが割り当てられていなければ、そのスラブの DiffuseAlbedo と SSS MPF プロパティによって散乱が決まります。これらのプロパティは ブレンド可能 です。

サブサーフェス散乱の MFP (平均自由行程) は、さまざまな波長の光がコリジョンに遭遇するまでに媒質を貫通する距離 (センチメートル単位) です。下記の例は、左から右に 0 から 1 までスケーリングされた DiffuseAlbedo (白で色付け) と SSS MFP (赤で色付け) を示しています。

不透明なマテリアルの下層ではないスラブか、透明のマテリアルで使用されているスラブは、ボリュメトリック表現で考慮されます。それも DiffuseAlbedo と SSS MFP 属性によって決まります。DiffuseAlbedo は、単一および複数の散乱を考慮した、媒質のベースカラーを表します。

SSS MFP 属性は、サーフェスに直交する視点に対する媒質の透過率を制御する手段であり、下にあるサーフェスがどの程度見えるかを表します。

透過カラーが左から右に黒色から青色の範囲で変化し、DiffuseAlbedo が下から上に黒色から白色の範囲で変化するマテリアルの例。

別のスラブの上にあるスラブの垂直レイヤー化は、コーティング操作と似ています。下層のスラブの可視性は上層のスラブの透過率に依存します。上層のスラブ (サーフェス上の水たまりのエッジなど) の被覆率を小さくして、徐々に消えていくようにすることができます。これは、アルファ ブレンディングと似ている Coverage Weight 演算子ノードを使用して実現できます。

Transmittance が左から右に黒色から青色の範囲で変化し、カバレッジが下から上に 0 から 1 の範囲で変化するマテリアルの例。

特定の透過カラーまたは散乱カラーを実現するには、Substrate Transmittance-To-MeanFreePath ヘルパー ノードを使用します。MFP は、サーフェスが法線に沿って垂直に見られている場合に、法線入射で一致するように TransmittanceColor に対して導出されます。

下記の例は、ピンク色の不透明なマテリアルの上での青色のサブサーフェス散乱を示しており、SSS MFP は Transmittance Color から導出されています。

MFP はカラーではなく、光の伝達の測定であるため、特定の透過カラーを実現しようとする場合に、MFP を直接制御することはお勧めしません。MFP とサブサーフェス散乱カラーの関係は、アーティストの観点からすると直感的ではなく線形でもありません。

透過処理とブレンド モード

Substrate では、Substrate ではない従来のマテリアルで可能なオプションよりも堅牢な半透明サーフェス シェーディング用のオプションが提供されています。サーフェスが物質 (Substrate スラブ) から成っていることを考慮する場合は、Substrateのブレンド モード のリストを利用する方が理にかなっています。

半透明マテリアルを作成するには以下の手順に従います。

1. 透過処理がサポートされている以下のいずれかの ブレンド モード を選択します。
   • Opaque
   • Masked
   • TranslucentColoredTransmittance
   • TranslucentGreyTransmittance
   • ColoredTransmittanceOnly
   • AlphaHoldout
2. マテリアルのルート ノードを選択した状態で、[Details] パネルで Lighting Mode を選択します。次の選択肢から選択します。
   • Surface Forward Shading (サーフェス フォワード シェーディング)
   • Surface Translucency Volume (サーフェス透過処理ボリューム) – このオプションではサーフェス上の反射がサポートされている。
   • Volumetric NonDirectional (非指向性のボリュメトリック) – 使用コストは小さいが、光を反射しない。

半透明 Substrate マテリアルのセットアップの例を以下に示しています。Blend Mode は TranslucentColoredTransmittance に設定され、Lighting Mode は Surface ForwardShading に設定されています。マテリアルのルート ノードの Front Material ピンに渡される 1 つの スラブを使用して、不透明に見える半透明マテリアルを生成しています。

スラブと Front Material 入力の間で Substrate Coverage Weight 演算子を使用して、マテリアルの透過率を制御しています。Substrate Coverage Weight ノードの Weight 入力を使用して、マテリアルの透明度を制御しています。

0 ～ 1 の範囲の定数値を使用して、(上図のように) マテリアル全体の不透明度を制御するか、(下図のように) テクスチャを使用してマテリアルの部分的な不透明度を制御します。

さらに一歩進んで、関与媒質の MFP を指定することで、色付きガラスのような物質のスラブを作成することができます。下記は Transmittance-To-MeanFreePath ヘルパー ノードの使用例で、SSS MFP につながれているオレンジ色の TransmittanceColor を使用して、光を透過する領域だけマテリアルをオレンジ色に着色するようにセットアップしています。指定されている TransmittanceColor は「ターゲット」のカラーであり、指定されている Thickness 入力 (デフォルトは 0.01 センチメートル) に達しています。

Substrate の透過処理に関する追記

• 半透明マテリアルでは、スラブが関与媒質のボリュームと見なされる場合でも、スクリーン空間サブサーフェス散乱は サポートされていません。

Substrate のデバッグ表示モード

Substrate を使用する場合、そのマテリアルがどのように行われていて、どれに注目することにメリットがあるかを確認することは役立ちます。Substrate のデバッグ ビジュアライゼーション モードは、[Substrate] カテゴリ の [View Mode (表示モード)] ドロップダウン リスト内にあります。

Substrate には以下のデバッグ用ビジュアライゼーション モードがあります。

表内の画像をクリックすると拡大表示されます。

制限事項および既知の問題

• Substrate は実験的機能であるため、実際の制作作業には使用しないことをお勧めします。
• プラットフォームのサポートおよびテストは現時点では不十分です。Substrate がベータ機能に移って実際の制作に使用できる状態になったときに、テストのカバレッジが大きくなる予定です。
• 機能および UX では、既存のアセットで動作が変わることや完全に無効になるといった変更が行われる可能性があります。
• モバイルは、モバイル フォワード シェーディング を使用している場合にサポートされています。
• パス トレーサーのサポートは実験的機能です。
• DirectX 11 (DX11) や Mac など、一部のプラットフォームやレンダリング パスでは問題が発生しており、完全には機能しない可能性があります。

その他のリソース

• Unreal Engine のマテリアルの未来 - GDC 2023
• State of Unreal ライブストリーム (タイムスタンプ：02:29:42)

• 機能別サンプル プロジェクトには「SubstrateMaterials」というレベルがあり、そのレベルでさまざまな例や Substrate マテリアルがどのように機能するかのデモを詳しく調べることができます。

  Content Examples プロジェクトで Substrate を使用するには、このプロジェクトで Substrate を有効にする必要があります。Substrate を有効にした状態で使用できることが検証されているのはこのマップだけです。Content Examples プロジェクトの 1 つのインスタンスのみを使用している場合は、このレベルに対してのみ Substrate を有効にし、プロジェクトの他の部分を使用しているときは Substrate を無効にすることをお勧めします。