本文旨在为那些需要快速开始了解虚幻引擎 4 中基于物理的材质系统的用户提供帮助。本文假定 您至少在一定程度上熟悉虚幻引擎（至少虚幻引擎 3 或更高版本）中的材质创建。如果您完全不熟悉虚幻引擎中的材质， 您可从 基本材质概念 页面入手。
在这里，我们的目标只是“以普通语言”向您提供有关如何使用此系统建立标准材质的基本知识，因为 即使是有先前虚幻引擎迭代经验的用户也可能会在这方面遇到困扰。我们仅将注意力放在 基于物理的方法所涉及的材质方面。要获取可用输入的纲要，请参阅材质输入。
“基于物理”有何含义？
基于物理的明暗处理意味着我们估算光线的实际情况，而不是估算我们 凭直觉认为它应该发生的情况。最终结果是，这样可产生更准确并且通常更加自然的外观。基于物理 的材质在所有照明环境中都可以同样完美地工作。另外，材质值可以 不那么复杂，相互依赖也可以少一些，从而产生更加直观的界面。这些益处甚至适用于非逼真 渲染，您可在皮克斯 [4] 和迪士尼 [3] 的最新电影中找到证明。
由于这些及其他原因，虚幻引擎 4 已采用基于物理的新材质和明暗处理模型。要了解 有关 UE4 中基于物理的材质和明暗处理模型的深入技术说明，请参阅我的 SIGGRAPH 演示稿 [2]。
材质参数
在材质系统的“基于物理”方面，只有 4 个您需要熟悉的不同属性。它们是：
- 底色（Base Color）
- 粗糙度（Roughness）
- 金属色（Metallic）
- 高光（Specular）
所有这些输入都设计成接收介于 0 与 1 之间的值。对于 底色（Base Color），这表示 RGB 值介于 0 与 1 之间的颜色。
基于物理的值可以从现实材质中测得。下面是一些示例。
底色
底色（Base Color） 定义材质的整体颜色。它接收 Vector3 (RGB) 值，并且每个通道都自动限制在 0 与 1 之间。
如果是从现实世界获得的，那么这是使用偏振滤光器拍摄时获得的颜色 （偏振在校准时会消除非金属材质的镜面反射）。
对于非金属材质测得的底色值（仅限强度）：
| 材质 | 底色强度 |
|---|---|
| 木炭 | 0.02 |
| 新鲜沥青 | 0.02 |
| 老化沥青 | 0.08 |
| 裸露土壤 | 0.13 |
| 绿色草地 | 0.21 |
| 沙漠沙子 | 0.36 |
| 新鲜混凝土 | 0.51 |
| 海冰 | 0.56 |
| 新鲜雪 | 0.81 |
针对金属测得的底色：
| 材质 | 底色 (R, G, B) |
|---|---|
| 铁 | (0.560, 0.570, 0.580) |
| 银 | (0.972, 0.960, 0.915) |
| 铝 | (0.913, 0.921, 0.925) |
| 金 | (1.000, 0.766, 0.336) |
| 铜 | (0.955, 0.637, 0.538) |
| 铬 | (0.550, 0.556, 0.554) |
| 镍 | (0.660, 0.609, 0.526) |
| 钛 | (0.542, 0.497, 0.449) |
| 钴 | (0.662, 0.655, 0.634) |
| 铂 | (0.672, 0.637, 0.585) |
粗糙度
粗糙度（Roughness）输入控制材质表面的粗糙或平滑程度。与平滑的材质相比，粗糙的材质将向更多方向散射所反射的光线。 这决定了反射的模糊或清晰度（或者镜面反射高光的广度或密集度）。 粗糙度 0（平滑）是镜面反射，而粗糙度 1（粗糙）是漫射（或无光）表面。
粗糙度 0 到 1。上图为非金属，下图为金属。
拖动滑块可查看“粗糙度”（Roughness）值更新
贴图粗糙度
粗糙度是一个属性，它将频繁地在对象上进行贴图，以便向表面添加大部分物理变化。
拖动滑块可查看在纹理中有所偏差的“粗燥度”（Roughness）值更新。接近 0.5 时，可产生最有趣的效果。
如果您已经在虚幻引擎的先前迭代中建立材质，并且不习惯基于物理的材质，请记住，粗糙度贴图是您处理大部分镜面反射纹理的位置。
金属色
金属色（Metallic）输入控制表面在多大程度上“像金属”。非金属的金属色（Metallic）值为 0， 金属的金属色（Metallic）值为 1。对于纯表面，例如纯金属、纯石头、 纯塑料等等，此值将是 0 或 1，而不是任何介于它们之间的值。创建受腐蚀、落满灰尘或生锈金属之类的混合表面时， 您可能会发现需要 介于 0 与 1 之间的值。
金属色 0 到 1
最初，您可能会勉强将任何材质设置为完全金属。请忍住，不要这样做！
您将注意到，我们在此示例中添加了少许粗糙度。这完全是艺术性选择。
拖动滑块可查看“金属色”（Metallic）值更新
高光
在编辑 非金属 表面材质时，您有时可能希望调整它反射光线的能力，尤其是它的 高光 属性。 要更新材质的高光度，需输入介于0（无反射）和1（全反射）之间的标量数值。注意，材质的默认高光值为0.5。
对于漫射度非常大的材质，您可能倾向于将此值设置为零。请忍住，不要这样做！所有材质 都具有镜面反射，请参阅此帖子以获取示例 [5]。对于漫射度非常大的材质，您真正想做的是 使它们粗糙。
一般而言，通过修改“高光”（Specular），可添加轻微的吸着现象或小比例的遮蔽，例如在法线贴图中表示的裂缝。有时，将这些现象称为腔洞。 比例较小的几何体，尤其是仅存在于高多边形中且并入法线贴图的细节，不会被渲染器的实时阴影拾取。为了捕获这种遮蔽，我们生成腔洞贴图， 这通常是追踪距离非常短的 AO 贴图。此贴图先乘以最终的底色，然后输出并乘以 0.5（镜面反射默认值）以作为镜面反射输出。 即，BaseColor = CavityOldBaseColor，Specular = Cavity0.5。
对于高级使用，这可用来控制折射率 (IOR)。我们发现对于 99% 的材质，这并非必要。以下是基于实测 IOR 的镜面反射值。
实测镜面反射值：
| 材质 | 镜面反射 |
|---|---|
| 玻璃 | 0.5 |
| 塑料 | 0.5 |
| 石英 | 0.570 |
| 冰 | 0.224 |
| 水 | 0.255 |
| 牛奶 | 0.277 |
| 皮肤 | 0.35 |
拖动滑块可查看“高光”（Specular）值更新。
实测材质示例。顶部：木炭、新鲜混凝土、老化沥青。底部：铜、铁、金、铝、银、镍、钛
参考
(#Lagarde) 1.Lagarde：Feeding a physically based shading model (#Karis) 2.Karis：Real Shading in Unreal Engine 4 (#Burley) 3.Burley：Physically-Based Shading at Disney (#Smits) 4.Smits：Reflection Model Design for WALL-E and Up (#Hable) 5.Hable：Everything is Shiny