工具类材质表达式

实用材质表达式是会对材质造成多种不同影响的节点，或许跟以往有很大不同。 例如，GIReplace节点会使用你输入的给定值取代对象间接反射颜色，而Linear Interpolate节点能帮你根据Alpha输入混合两个纹理。 下文将详细介绍材质编辑器中提供的所有实用表达式节点。

抗锯齿纹理遮罩

AntialiasedTextureMask表达式让你可以使用软（抗锯齿）过渡遮罩来创建材质。 此遮罩可用来在两个复杂材质属性之间混合，或者使alpha混合材质淡出（适合与"软屏蔽"配合使用）。 您只需指定在其中一个通道（红色、绿色、蓝色或alpha）中指定了遮罩的材质，在此表达式中设置所使用的通道，并指定比较值。 假设该通道存储0（黑色）到1（白色）范围内的灰阶值，比较函数将定义产生的遮罩是应该为0还是1。 此表达式是一个参数，让纹理（Texture）属性可以由子材质实例重载。

伪代码：

Result = 1
    if TextureLookup < Threshold then Result = 0

实际实现要复杂得多，因为系统会尝试根据实际像素范围来返回介于0与1之间的值，以消除锯齿。

示例（为确保质量最佳，这个128x128的小纹理并未被压缩）：

被用作正常纹理（左上角），以及与上文所述的材质表达式配合使用（右下角）：

这种技术最适合在进行放大时使用，或者对模糊的输入内容应用。 压缩会导致质量大幅下降，因此，请尝试使用未经压缩的低分辨率纹理。

BlackBody

BlackBody表达式会模拟材质中的黑体辐射效果。 用户需要输入开氏温度，将得出的颜色和强度用来驱动基础颜色（Base Color）和自发光（Emissive）的值，以获得在物理上准确的结果。

BumpOffset

凹凸贴图偏移（BumpOffset）是虚幻引擎4的术语，就是通常所说的"视差映射"。 Bump Offset表达式可以使材质产生深度错觉，而不需要额外的几何体。 BumpOffset材质使用灰阶高度图来给出深度信息。 高度图中的值越亮，材质的"凸出"效果越明显；当摄像机在表面上移动时，这些区域将产生视差（移位）。 高度图中较暗的区域将显得"距离较远"，其移位程度也最小。

ConstantBiasScale

ConstantBiasScale表达式会接收输入值，加上偏差值，然后乘以比例因子并输出结果。 例如，要将输入数据从[-1,1]转换到[0,1]，请使用偏差值1.0以及比例缩放系数0.5。

DDX

DDX表达式会公开DDX导数计算，即在像素着色器计算中会使用的一种GPU硬件功能。

DDY

DDY表达式会公开DDY导数计算，即在像素着色器计算中会使用的一种GPU硬件功能。

DepthFade

DepthFade表达式用来隐藏半透明对象与不透明对象相交时出现的不美观接缝。

无深度淡化

有深度淡化

本示例的材质网络如下图所示。

DepthOfFieldFunction

Depth Of Field Function表达式旨在让美术师能控制当材质因景深而模糊时材质所发生的情况。 表达式会输出介于0与1之间的值，其中0代表"清晰"，而1代表"完全模糊"。举例说明，这对于在纹理的清晰版本与模糊版本之间进行插值非常有用。 "深度"（Depth）输入让你可以使用其他计算结果来重载场景的景深计算所产生的现有结果。

混合后的颜色

混合常规纹理与模糊纹理

去饱和度

Desaturation表达式会对其输入进行去饱和度，即根据特定百分比将其输入的颜色转换为灰阶。

距离（Distance）

Distance表达式会计算两个点/颜色/位置/向量之间的欧氏距离，并输出结果值。 此表达式可作用于单分量、双分量、三分量和四分量向量，但此表达式的两个输入均必须具有相同数目的通道。

注意颜色如何随着摄像机距离的增加而变化。

伪代码：

Result = length (A - B)

低级别HLSL代码：

float Result = sqrt (dot (A-B, A-B))

DistanceFieldGradient

DistanceFieldGradient材质表达式节点在被规格化后会输出对象在距离场中的XYZ移动方向。 这让Distance Field Gradient材质表达式节点非常适合用于需要模拟液体流动效果的材质。

下图是在材质中使用DistanceFieldGradient材质表达式的示例。 在此示例中，请务必注意，必须先将DistanceFieldGradient规格化，然后再将其输入到Mask Channel节点中。 这样做的原因是，不先将DistanceFieldGradient规格化就无法获得方向性数据。 为方便在材质实例中切换RGB通道，我们添加了"遮罩通道"（Mask Channel）参数。

下图是DistanceFieldGradient的实际使用示例。 下图显示了启用各种RGB后DistanceFieldGradient将会使用的数据。

DistanceToNearestSurface

Distance To Nearest Surface材质表达式节点让材质可以对"全局距离场"关卡中的任意点进行取样。 该材质表达式会输出从距离场到场景中最近遮挡物的有向距离（以世界空间单位计）。

以下是Distance To Nearest Surface材质表达式的实际应用示例。

在示例中，Distance To Nearest Surface被输送到材质上的"不透明度"（Opacity）输入，而该材质被应用于放在关卡地板正上方的"静态网格体"平面。 Distance To Nearest Surface的作用是向材质表明，仅在静态网格体平面与场景中放置的其他静态网格体开始相交的区域呈现红色。

FeatureLevelSwitch

Feature Level Switch节点让你可以制作简化的材质，以供性能不足的设备使用。

示例用法：你可以让材质使用10个重叠纹理及复杂的数学运算，但同时针对移动端设备仅使用单个静态纹理（功能级别ES2）。

菲涅尔

Fresnel表达式会根据表面法线与摄像机方向的点积来计算衰减。 当表面法线正对摄像机时，输出值为0。 当表面法线垂直于摄像机时，输出值为1。 结果会限制在[0,1]范围内，这样就不会在中心看到负值颜色。

GIReplace

GIReplace让美术师可以指定另一个表达式链（通常更为简单），以便在材质用于GI时使用。

示例用法：Lightmass静态GI和LPV动态GI使用此表达式。

LightmassReplace

LightmassReplace表达式会在为法线渲染而编译材质时传递"实时"（Realtime）输入，并在为全局光照导出材质到Lightmass时传递Lightmass输入。 这能用来处理那些在导出版本中无法正确处理的材质表达式，例如WorldPosition。

线性插值

LinearInterpolate表达式会以第三个输入值为遮罩参数，然后在两个输入值之间进行混合。 可以想象成两张纹理根据一张遮罩进行过渡，类似Photoshop中的图层遮罩。 遮罩Alpha的强度决定了两个输入值贡献的权重。 如果Alpha为0.0，则使用第一个输入。 如果Alpha为1.0，则使用第二个输入。 如果Alpha在0.0和1.0之间，输出是两个输入之间的插值。 注意，混合是按通道进行的。 因此，如果Alpha为RGB颜色，那么Alpha的红色通道值定义A与B的红色通道之间的混合，而与Alpha的绿色通道无关，该通道定义A与B的绿色通道之间的混合。

程序员需知：LinearInterpolate会根据参数值Alpha在A与B之间执行逐通道插值。

噪点

Noise表达式会建立程序化噪点场，从而让你得以控制其生成方式。

Previous Frame Switch

Previous Frame Switch材质表达式可被用于生成正确的运动向量，以正确地配合时间抗锯齿和动态模糊，从而协助实现材质中的复杂顶点动画。

仅随时间而变的材质已经可以不加修改直接使用，但是，它们无法考虑可能在运行时影响动画的其他变量，例如材质参数。 Previous Frame Switch材质表达式可用于跟踪这些参数如何变化，从而手动解决这些问题。 例如，在蓝图中，它们可以手动提供表达式，用于帧之间的世界位置偏移变化所导致的动态向量生成。

下图是在材质中使用Previous Frame Switch材质表达式的示例。

在示例中，Previous Frame Switch使用了常量值，通过Multiply节点控制方向模糊。

在示例中，你可以看到该函数在Epic自家游戏（如《堡垒之夜》）中的使用效果，通过在屏幕上聚集的顶点动画控制动态模糊。 右侧的动画使用Previous Frame Switch来添加动态模糊，而左侧的动画则没有。

视口显示标记

编辑器视口的显示（Show） > 可视化（Visualize） > 上一帧的重新投影（Previous Frame's Reprojection）下有一个显示标记，可以与上一帧开关（Previous Frame Switch）一起使用，从而诊断并更正当前帧和上一帧的方向性向量中的差异。

启用后，此可视化器会将当前帧颜色与上一帧比较，并返回两个帧之间的差异。 如果没有差异，材质会在视口中显示为灰色（如左图）。 如果定向向量不匹配，材质会显示彩色覆层（如右图）。

质量开关

QualitySwitch表达式让你可以根据引擎在不同质量级别之间的切换使用不同的表达式网络，例如在较低端的设备上使用较低的质量。

绕轴旋转

RotateAboutAxis表达式在给定旋转轴、该轴上的某个点以及旋转角度的情况下，旋转三通道向量输入。 此节点输出的是旋转后的位置的偏移量，而非完全旋转后的位置本身。 这使得它成为一种简便且实用的方式，用于将旋转结果输入到世界位置偏移（World Position Offset）输入中，以实现简单的旋转操作。

在以上示例中，预览平面将显示为绕着它的垂直轴旋转。

球体遮罩

SphereMask表达式会根据距离计算结果来输出遮罩值。 如果某一个输出是某个点的位置，而另一输入是具有某半径的球体的中心，那么遮罩值将是0（位于球体外部）和1（位于球体内部），并存在一定的过渡区域。 此表达式可作用于单分量、双分量、三分量和四分量向量。

节点将输出值1，直至摄像机超过特定距离，此后将输出0。

薄半透明

Thin Translucent Material Output表达式会在单通道中精准再现基于物理的透明材质。 你可以将其用于创建真正的染色或彩色透明材质，并对光照和着色做出精准的响应。

在创建染色玻璃材质时，需要白色的高光和染色的背景。 它们都由基于物理的着色器在单通道中渲染，并能够表现从空气中反弹到玻璃内的光线，以及从玻璃内反弹到空气中的光线。

标准半透明着色模型

薄半透明着色模型

向量噪点

向量噪点材质（Vector Noise Material）表达式添加了更多的三维或四维向量噪点结果以在材质中使用。 由于这些函数会产生运行时间开销，建议在使用它们开发外观之后，使用虚幻引擎及其后续版本中引入的渲染目标功能，将所有或部分计算烘焙到纹理中。

这些材质表达式允许在最终资源的引擎中开发程序外观，从而提供了一种使用外部工具创建程序生成的纹理以应用于虚幻引擎中的资源的替代方法。 在向量噪点材质表达式（Vector Noise Material Expression）中，你将看到以下向量噪点类型。

图像	项目	说明
	单元格噪点（Cellnoise）	为3D网格中的每个对象返回随机颜色（即 从应用于节点输入的数学向下取整运算）。 对于给定位置，结果始终保持一致，因此可以提供一种可靠的方法来将随机性添加到材质中。 该向量噪点（Vector Noise）函数的计算非常便宜，因此没有必要为了性能而将它烘焙到纹理中。
	Perlin三维噪点（Perlin 3D Noise）	为3D网格中的每个对象返回随机颜色（即 从应用于节点输入的数学向下取整运算）。 对于给定位置，结果始终保持一致，因此可以提供一种可靠的方法来将随机性添加到材质中。 该向量噪点（Vector Noise）函数的计算非常便宜，因此没有必要为了性能而将它烘焙到纹理中。
	Perlin梯度（Perlin Gradient）	计算标量Perlin Simplex噪点的分析三维梯度。 输出为四个通道，其中前三个(RGB)为梯度噪点，第四个(A)为标量噪点。 该噪点类型对于表面上的凹凸或者流动贴图很有用。
	Perlin旋度（Perlin Curl）	计算向量Perlin Simplex噪点（又名旋度噪点）的分析三维旋度。 输出为一个三维有向旋度向量，它对流体或粒子流动很有用。
	Voronoi	计算与标量噪点材质节点相同的Voronoi噪点。 标量Voronoi噪点在三维空间中散射种子点，并返回与相隔最近的一个种子点的距离。 向量噪点变体会返回RGB中最近的种子点的位置，以及A中与它相隔的距离。 特别是与单元格噪点结合使用时，这可以让各Voronoi单元格执行一些随机行为。

下面是一个简单的石床材质，使用Voronoi向量噪点的距离分量调整表面凹凸，并在缝隙中混合苔藓。 种子位置结合向量噪点 > 单元格噪点的功能，可为每块岩石逐个改变颜色和隆起高度。

正如普通的Perlin噪点一样，基于导数的Perlin旋度和Perlin梯度运算也可以按倍频添加在一起。 对于更复杂表达式的导数，有必要计算表达式结果的梯度。 为了帮助实现这一点，可以将要计算的表达式放入一个材质函数中，并将其与以下辅助节点一起使用。

你将在下面看到各种噪点函数的相关说明，这些函数可以在向量噪点材质表达式（Vector Noise Material Expression）中找到。

• 单元格噪点（Cell Noise）材质示例：

  

• Perlin梯度（Perlin Gradient）材质示例：

  

• Voronoi材质示例：