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UE5 材質 雨滴shader

2023-05-17 07:49:09 其他

潮濕效果

物體表面是如何變濕的？

  • 物體表面吸水使顏色變深
  • 潮濕的顏色會變得暗淡且飽和

實作

  • 增加飽和度且變暗

    image-20230513173223191

潮濕的物體表面的特點

  • 當水作用在材質表面，材質表面的specualr會略微變弱且粗糙度會大幅降低
  • 對于積水的表面，我們設定它的roughness = 0.07, specualr = 0.3，一個value = https://www.cnblogs.com/chenglixue/archive/2023/05/16/1用于控制潮濕程度，最后進行lerp即可

實作

  • 潮濕程度為1的效果
    image-20230513181608801

  • 潮濕程度為0的效果
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  • 加入多孔性

    多孔性也就是吸水性，多孔性越高，顏色越暗
    image-20230516101041004

表面水珠(Rain Drop)效果

本節展示如何實作雨滴效果

雨滴紋理

為了實作表面水珠，我們需要一個雨滴紋理，它的RG通道表示雨滴法線；B通道表示時間偏移mask(使得雨滴在不同時間出現)；alpha通道表示靜止和動態的雨滴

  • 雨滴法線
    image-20230514131900655

  • 時間偏移
    image-20230514131942747

  • 動靜雨滴

    黑點表示靜止的雨滴，白色表示動態雨滴
    image-20230514132100620

實作

處理normal

因為在紋理圖中normal的范圍為[0,1]，而歸一化normal范圍為[-1,1]，因此我們需要進行一個轉化
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處理時間偏移

這里重點在于Frac()，因為G通道值大多各不相同，這樣減去時間的增量并取小數部分限制在[0,1]即可實作如下的閃爍效果
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動態雨滴

只需將時間offset用于A通道即可實作動態雨滴效果

  • 無normal
    "Multiply" "subtract" 是因為這里想提取time offset的白色雨滴(大雨滴)
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  • 有Normal

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靜態雨滴

  • 因為在A通道中，黑色是靜態雨滴，白色是動態雨滴，在處理動態效果時只處理了白色的值，那么在處理靜態效果時進行一個反轉即可

    注意，這里使用power()是因為我們只想要得到白色和灰色的效果并不想要灰色，但此時范圍是[-1,1]，因此需要控制一下范圍
    image-20230514145447514
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控制雨滴效果方向

  • 在現實中，雨水來自天空，肯定只有上面才有雨滴效果，整個物體都有雨滴效果是不科學的，因此我們需要控制雨滴效果的方向——normal方向

    image-20230514150612047
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控制水滴的粗糙度

  • 目前已知表面偏向0，雨滴偏向1，而我們想要的效果是雨滴光滑表面粗糙，因此可以將之前得到的值進行反轉然后作用域roughness即可

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流淌雨滴(Rain Drip)效果

流淌雨滴紋理

和雨滴效果相同，流淌雨滴紋理由法線貼圖(RG)、mask(B)、time offset(A)組成

映射到世界空間

  • 為了應對物體從區域空間變化到世界空間的狀況，需要將紋理映射到世界空間，這樣無論物體進行任何矩陣運算，雨滴的流淌總是正確的

  • 使用世界空間的位置作為采樣的紋理坐標，只需提取RB

    這里的Multiply()是為了正確的比例，乘以的value越小，采樣得到的影像越大；value越大，采樣得到的影像越小

    為什么還有負號呢？因為這樣可以對采樣方向取負
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  • 采樣側面

    這里改變正負號是為了讓物體的側面和正面不再相同
    image-20230514205004241

  • 混合正側面

    采樣兩次紋理進行合并是很簡單的，但只采樣一次又該如何實作呢？

    在這里采用世界空間的法線作為物體面的判斷基準
    image-20230514214819917
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制作影片的mask紋理

它的rgb通道都是相同的，a通道沒有使用

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實作流淌雨滴

  • 將mask紋理映射至世界空間

    下圖中，可以將白色部分視為雨滴，基于這個實作影片即可
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  • 初步雨滴影片

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  • 控制雨滴速度

    雨滴在不同物體上的滑落速度是不一樣的，因此我們還需要讓這些雨滴的速度有所差異

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  • 雨滴法線
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  • 將雨滴效果控制在物體側面

    3.5用于控制正方向的白色范圍，-1，5用于控制負方向的白色范圍
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雨滴漣漪(Rain Ripple)效果

本節將展示如何實作雨滴打到水面產生的波紋效果

紋理

  • 影片mask紋理(漸變紋理)

    用該紋理可以實作圓從無到有，從小到大，最后漸漸消散
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  • 法線紋理
    該紋理的R通道是影片mask紋理，GB通道是法線資訊

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  • 多個漣漪紋理

    alpha通道包含time offset
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波紋效果

  • 實作紋理影片都需要Time節點，很容易實作以下內容
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  • 控制波紋邊緣的銳度(讓波紋邊緣不再是漸變色)
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  • 初步實作波紋

    因為水波紋屬于正弦函式，因此在這里我們使用一個sin，并讓他在一個周期內產生五個波紋(因為UE5的sin函式默認周期為1)
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  • 標準的sin函式

    UE5中的sin函式并不是標準的sin函式(一個周期為2Π)，它的默認周期為1，因此我們需要將其改為6.283185
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  • 放大淡出效果

    目前我們實作的效果是到最大然后消失，但我們希望的是放大淡出，目前的效果是因為能量是從0到1，而放大淡出的效果應該是從1到0

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法線

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多個漣漪

  • 為每個漣漪賦予單獨的Time
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多個漣漪相互疊加

  • 目前的效果只是在固定位置不同時間段產生波紋，但沒有展現波紋的疊加效果

  • 首先，我們需要對"1-x"進行修改，添加力的因素

    • "Multiply 0.8"是因為需要考慮力的因素，讓漣漪的初始能量不為1
    • "Add 0.2"是因為需要考慮雨滴重量不能為0的情況

    image-20230515174236068

  • 漣漪的疊加

    總體思路是使用四個不同的漣漪效果——不同的時間，不同的漣漪強度，對采樣結果進行疊加

    • 求取四個不同的時間

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    • 求取四個不同的uv

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    • 求取四個不同的雨滴重量
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    • normal混合
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最終效果

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水坑(Rain Puddle)效果

紋理

  • 扭曲紋理，
    對于扭曲紋理，我們將該紋理設定為"Linear Color"且無"sRGB"，因為它只包含灰度值，第二張中，我們把該圖的黑色部分視為水坑，部分有水坑部分沒有符合現實常理(后面處理會進行"1-x"運算，將白色部分看成水坑)

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映射至世界空間

  • 初步映射
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  • 控制水坑大小

    這是一個灰度圖，通過做減法即可放大水坑，但這里采用一種更加靈活的方式——lerp
    image-20230515212321145

  • 控制水坑位置

    讓上圖可以看到水坑的紋理延申到了其他面，但正常來說應該只有上面才會出現水坑，因此需要想辦法讓水坑只出現在物體上面
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  • 確保水坑只有白色
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    從上圖可以得知，有些部分是灰色的，因此我們需要再"Multiply"確保只存在白色和黑色
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normal

  • 水坑的漣漪不僅僅在水滴落下時會產生，當被風吹時也會產生，水滴落下的效果在之前已經實作了，對于風吹的漣漪我們采用UE5提供的紋理
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  • image

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  • 控制漣漪位置
    本小節的實作是水坑，那肯定是在水坑處產生漣漪啊！
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融合所有效果

  • 將以上所有效果融合即可實作一個完整的雨天shader
  • 你可能不是很清楚，這里的mask究竟代表什么含義，仔細觀察下圖，不難發現mask其實就是我們所實作的效果
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normal 混合

混合表面水珠normal 和流淌雨滴normal

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  • 采用Rain Drip作為alpha的原因：假定我們只考慮alpha為1/0的情況，若alpha為1，我們希望只有RainDrip效果沒有RainDrop，以Lerp效果來說確實如此；若alpha為0，我們希望只有RainDrop效果沒有RainDrop，從Lerp效果來說確實如此，但若以RainDrop作為alpha則不符合我們的條件

混合外部normal

  • 因為目前這兩個normal只是內部實作的material function的normal，還需要與欲使用的材質的normal進行blend
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水坑

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濕度控制

  • max()：因為這三個效果是各自獨立的材質函式，如果分開運算會使得這三效果不一致，我們需要求得以這三之一的max以達到最好且一致的效果

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吸水性

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reference

Rustling Leaves Shader - UE4 Materials 101 - Episode 12 - YouTube

轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/qita/552642.html

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