材质描述

　　该文档主要用于快速说明材质作用以方便查询，基于物理的渲染(PBR)是近几年迅速流行起来的一套渲染管线，因此你需要先了解一些关于物理渲染的知识，以帮助更快的了解基于物理的渲染

　　通常来说有三种不同的材质描述，该渲染主要使用albedo/smoothness/metalness材质，而不是albedo/roughness/metalness和diffuse/specular/gloss， 因为粗糙度(roughness)不容易被人理解和使用，而后者并不属于基于物理的范畴，本文会介绍所有在Ray-MMD中常用的条目，并且添加一些详细的wiki链接， 同时你可以通过复制粘贴 material_2.0.fx 来创建一个新的材质用于渲染你的模型

ALBEDO:

　　Albedo 也被称为 基本色, 定义了材质的整体颜色并且取值范围在0.0 ~ 1.0

• ALBEDO_MAP_FROM

  通过以下数值设置到ALBEDO_MAP_FROM,可以将一个 线性的RGB颜色 或者 纹理 代替或者修改模型中的颜色.

  0 . 从const float3 albedo = 1.0提取颜色(线性颜色)用于模型.
  1 . 模型的基本颜色将使用来至ALBEDO_MAP_FILE的相对或者绝对的(bmp, png, jpg, tga, dds, gif, apng)图片路径.
  2 . 模型的基本颜色将使用来至ALBEDO_MAP_FILE的相对或者绝对的GIF/APNG的路径.
  3 . 模型的基本颜色将使用来至PMX模型中的纹理插槽的图片.
  4 . 模型的基本颜色将使用来至PMX模型中的镜面插槽的图片.
  5 . 模型的基本颜色将使用来至PMX模型中的Toon插槽的图片.
  6 . 模型的基本颜色将使用来至AVI视频或者渲染后的图像,需要先放置Extension/DummyScreen/中的x文件.
  7 . 将PMX中的环境色用于替换模型的颜色.
  8 . 将PMX中的镜面色用于替换模型的颜色.
  9 . 将PMX中的光泽度用于替换模型的颜色. // 该选择只能被光滑度使用

• ALBEDO_MAP_UV_FLIP

  通过以下数值设置到ALBEDO_MAP_UV_FLIP可以水平或者垂直翻转纹理坐标

  0 . 无效
  1 . X轴水平翻转
  2 . Y轴垂直翻转
  3 . X和Y轴同时翻转

• ALBEDO_MAP_APPLY_SCALE

  如果ALBEDO_MAP_FROM使用的是纹理，并且想要修改纹理的颜色时可以设置以下数值

  0 . 无效
  1 . 将const float3 albedo = 1.0;中的颜色和被使用中的贴图的的颜色进行相乘
  2 . 将const float3 albedo = 1.0;中的颜色和被使用中的贴图的的颜色进行指数运算

• ALBEDO_MAP_APPLY_DIFFUSE

  从PMX模型中的扩散色乘算到贴图上.

• ALBEDO_MAP_APPLY_MORPH_COLOR

  如果表情中有(R+/G+/B+)控制器，则可以用来乘算到贴图上修改模型颜色

• ALBEDO_MAP_FILE

  如果设置了1或者2到ALBEDO_MAP_FROM时,需要将一个相对或者绝对的图片的路径输入到这里

  例如 :

  1. 如果xxx.png图片和material_2.0.fx是在同一个目录,可以将xxx.png输入到ALBEDO_MAP_FILE

  • #define ALBEDO_MAP_FILE "xxx.png"

  2. 如果xxx.png图片是在material_2.0.fx的上一级目录,需要添加一个../来描述图片是在material_2.0.fx的上一级目录

  • #define ALBEDO_MAP_FILE "../xxx.png"

  3. 如果xxx.png图片是在material_2.0.fx的上一级目录的其它目录中,需要添加一个../其它目录名来描述图片是在material_2.0.fx的上一级目录中的其他目录

  • #define ALBEDO_MAP_FILE "../其他目录名/xxx.png"

  4. 如果图片是来至其它的磁盘,需要将相对路径复制并替换所有的\为/

  • #define ALBEDO_MAP_FILE "C:/Users/User Name/Desktop/xxx.png"

  Tips:

  • 可以使用 ../ 代替上一级目录
  • 替换所有的 \ 为 /.

• const float3 albedo = 1.0;

  当ALBEDO_MAP_FROM为0时，或者ALBEDO_MAP_APPLY_SCALE为1时, 你需要设置一个颜色到albedo，并且色彩范围是在0 ~ 1之间

  例:

  1. 如果红色是一个归一化后的数值, 则可以设置到albedo为:

  • const float3 albedo = float3(1.0, 0.0, 0.0);

  2. 如果红色是一个非归一化后的数值, 则可以设置到albedo为:

  • const float3 albedo = float3(255, 0.0, 0.0) / 255.0;

  3. 如果颜色是从显示器中提取的, 则需要将 sRGB 转换到 linear color-space 通过 color ^ gamma

  • 转换一个归一化后的颜色到线性的色彩空间 为:
    • const float3 albedo = pow(float3(r, g, b), 2.2);
  • 转换一个未归一化的颜色到线性的色彩空间 为:
    • const float3 albedo = pow(float3(r, g, b) / 255.0, 2.2);

• albedoMapLoopNum

  修改这里的数值可以将图片以瓷砖的形式增加纹理的迭代次数, 默认数值是 1 即 1x1 的瓷砖贴图

  例如:

  1. 如果 X 和 Y 时相同数值时则可以简单的设置同一个数值为:

  • const flaot albedoMapLoopNum = 2;
    或者
  • const flaot2 albedoMapLoopNum = 2;

  2. 否者, 左边的数值2代表X轴，右边的数值3代表Y轴

  • const flaot2 albedoMapLoopNum = float2(2, 3);

SubAlbedo:

• ALBEDO_SUB_ENABLE

  通过将不同数值设置到ALBEDO_SUB_ENABLE，可以进一步修改模型的颜色

  0 . 无效
  1 . albedo 和 albedoSub 进行乘法运算
  2 . albedo 和 albedoSub 进行指数运算 3 . albedo 和 albedoSub 进行加法运算 4 . 黑色素
  5 . 透明贴图混合

• ALBEDO_SUB_MAP_FROM (see ALBEDO_MAP_FROM)

• ALBEDO_SUB_MAP_UV_FLIP (see ALBEDO_MAP_UV_FLIP)

• ALBEDO_SUB_MAP_APPLY_SCALE (see ALBEDO_MAP_APPLY_SCALE)

• ALBEDO_SUB_MAP_FILE (see ALBEDO_MAP_FILE)

• const float3 albedoSub = 0.0 ~ 1.0;

• const float2 albedoSubMapLoopNum = 0.0 ~ inf; (see albedoMapLoopNum)

Alpha:

　　该选项对透明物体无效.

• ALPHA_MAP_FROM (see ALBEDO_MAP_FROM)

• ALPHA_MAP_UV_FLIP (see ALBEDO_MAP_UV_FLIP)

• ALPHA_MAP_SWIZZLE

  输入不同的数值用于从纹理中不同的通道提取参数需要的数据.

  0 . 从 R 通道中提取数据
  1 . 从 G 通道中提取数据
  2 . 从 B 通道中提取数据
  3 . 从 A 通道中提取数据

  例如:

  1. 如果光滑度贴图在红色频道中, 你可以将它设置为:

  • #define SMOOTHNESS_MAP_SWIZZLE 0

  2. 如果光滑度贴图在绿色频道中, 你可以将它设置为:

  • #define SMOOTHNESS_MAP_SWIZZLE 1

• ALPHA_MAP_FILE (see ALBEDO_MAP_FILE)

• const float alpha = 0.0 ~ 1.0;

• const float2 alphaMapLoopNum = 0.0 ~ inf; (see albedoMapLoopNum)

Normal:

　　法线贴图用于修改模型表面的凹凸以改变光照从而添加更多的阴影细节，默认时将总是使用带有三个通道的切线空间的法帖,同时考虑法线贴图的历史因素，因此添加了支持其它类型的法帖, 你可以修改NORMAL_MAP_TYPE来改变默认的法帖类型，由于计算光源时必须模型具有法线信息，所以所有被渲染的模型都必须具有法线否则模型或者场景边缘上会产生一些白边的现象, 你可以尝试将场景模型放入PMXEditor，然后检查是否所有的法线的XYZ数值是否都不为0，否则需要对该模型重新计算它的顶点法线

• NORMAL_MAP_FROM (see ALBEDO_MAP_FROM)

• NORMAL_MAP_TYPE

  由于历史的原因法线贴图有很多的变种，可以通过设置这里来指定, see UE4 docs for PerturbNormalLQ and PerturbNormalHQ.

  0 . 将具有RGB的切线空间的法线贴图用于模型的法线.
  1 . 将只有RG的压缩后的切线空间的法线贴图用于模型的法线.
  2 . 以PerturbNormalLQ的方式计算凹凸贴图用作模型的法线. 在小的物体上工作的可能不是很好.
  3 . 以PerturbNormalHQ的方式计算凹凸贴图用作模型的法线 (High Quality).
  4 . 将RGB的世界空间的法线贴图用于模型的法线.

• NORMAL_MAP_UV_FLIP (see ALBEDO_MAP_APPLY_SCALE)

• NORMAL_MAP_FILE (see ALBEDO_MAP_FILE)

• const float normalMapScale = 0 ~ inf;

• const float normalMapLoopNum = 0 ~ inf; (see albedoMapLoopNum)

SubNormal

　　子法线主要用于在原始的基本法线上添加而外的细节，将两个法线贴图组合成为一个法线贴图，从而不需要修改原始的法线贴图， 该方法主要通过Reoriented Normal Mapping来完成的，如果你想要了解更多关于该技术的内容，可以看单击此文档

• NORMAL_SUB_MAP_FROM (see ALBEDO_MAP_FROM)

• NORMAL_SUB_MAP_TYPE (see NORMAL_MAP_TYPE)

• NORMAL_SUB_MAP_UV_FLIP (see ALBEDO_MAP_APPLY_SCALE)

• NORMAL_SUB_MAP_FILE (see ALBEDO_MAP_FILE)

• const float normalSubMapScale = 0.0 ~ inf;

• const float normalSubMapLoopNum = 0.0 ~ inf; (see albedoMapLoopNum)

Smoothness

　　光滑度用于描述模型表面的不均匀性，数值越大时模型反射周围越清晰，并且该帖图总是一个灰度贴图， 如果输入的贴图是彩色，将会从R通道中提取数据，或者可以通过修改SMOOTHNESS_MAP_SWIZZLE来指定其它通道， 默认时光滑度的计算是将PMX模型的镜面指数转换成光滑度来使用的，因此编辑前你需要先修改SMOOTHNESS_MAP_FROM

• SMOOTHNESS_MAP_FROM (see ALBEDO_MAP_FROM)

• SMOOTHNESS_MAP_TYPE

  描述光滑度贴图是使用光滑度还是粗糙度，以及如何转换粗糙度为光滑度

  0 . 光滑度 (from Frostbite / CE5 textures)
  1 . 计算 光滑度 通过 1.0 - 粗糙度 ^ 0.5 (from UE4/GGX/SubstancePainter2)
  2 . 计算 光滑度 通过 1.0 - 粗糙度 (from UE4/GGX/SubstancePainter2 with linear roughness)

• SMOOTHNESS_MAP_UV_FLIP (see ALBEDO_MAP_UV_FLIP)

• SMOOTHNESS_MAP_SWIZZLE (see ALPHA_MAP_SWIZZLE)

• SMOOTHNESS_MAP_APPLY_SCALE (see ALBEDO_MAP_APPLY_SCALE)

• SMOOTHNESS_MAP_FILE (see ALBEDO_MAP_FILE)

• const float smoothness = 0.0 ~1.0;

• const float smoothnessMapLoopNum = 1.0; (see albedoMapLoopNum)

Metalness:

　　金属性仅仅只是修改模型的反射率，用于替代老式的渲染管线，是一个在绝缘体和导体的插值过程，数值越大时镜面反射色依赖Albedo贴图色，并且该帖图总是一个灰度贴图， 如果输入的贴图是彩色，将会从R通道中提取数据，或者可以通过修改METALNESS_MAP_SWIZZLE来指定其它通道

• METALNESS_MAP_FROM (see ALBEDO_MAP_FROM)

• METALNESS_MAP_UV_FLIP (see ALBEDO_MAP_UV_FLIP)

• METALNESS_MAP_SWIZZLE (see ALPHA_MAP_SWIZZLE)

• METALNESS_MAP_APPLY_SCALE (see ALBEDO_MAP_APPLY_SCALE)

• METALNESS_MAP_FILE (see ALBEDO_MAP_FILE)

• const float metalness = 0.0 ~ 1.0;

• const float metalnessMapLoopNum = 1.0; (see albedoMapLoopNum)

Specular:

　　该选项是对metalness不大于0时提供一个基本反射率, 因此该选项不是MMD的高光贴图, 贴图允许支持彩色和灰色，但彩色的RGB贴图不允许和CUSTOM_ENABLE一起使用 不过你可以修改SPECULAR_MAP_TYPE,将其设置成灰度图, 如果你不希望模型反射镜面色，则可以设置数值0到const float3 specular = 0.0;

• SPECULAR_MAP_FROM (see ALBEDO_MAP_FROM)

• SPECULAR_MAP_TYPE

  描述镜面色如何转换成反射率

  0 . 通过F(x) = 0.08*(x )将彩色的镜面贴图转换成反色系数 (from UE4 textures)
  1 . 通过F(x) = 0.16*(x^2)将彩色的镜面贴图转换成反色系数 (from Frostbite textures)
  2 . 通过F(x) = 0.08*(x )将灰度的镜面贴图转换成反色系数 (from UE4 textures)
  3 . 通过F(x) = 0.16*(x^2)将灰度的镜面贴图转换成反色系数 (from Frostbite textures)
  4 . 使用反射率 (0.04) 代替镜面色 (0.5), 当SPECULAR_MAP_FROM数值为0时有效

• SPECULAR_MAP_UV_FLIP (see ALBEDO_MAP_UV_FLIP)

• SPECULAR_MAP_SWIZZLE (see ALPHA_MAP_SWIZZLE)

• SPECULAR_MAP_APPLY_SCALE (see ALBEDO_MAP_APPLY_SCALE)

• SPECULAR_MAP_FILE (see ALBEDO_MAP_FILE)

• const float3 specular = 0.5;

  默认值将使用0.5的数值代替0.04的反射率系数

• const float2 specularMapLoopNum = 1.0; (see albedoMapLoopNum)

Occlusion

　　由于天顶光源是由无数方向发射的光线，因此无法实时的计算出环境光的遮蔽，一种简单的方式则是使用SSAO或者环境光遮蔽贴图来代替 而实时中的SSAO只能模拟小范围的闭塞，所以可能需要离线烘培出环境光遮蔽贴图，此贴图是一种非常近视的手法用于模拟环境光的大范围闭塞 所以能够产生更真实的效果，如果你不希望某个物体反射天空中的漫反射以及镜面反射，你可以将该参数设置为0

• OCCLUSION_MAP_FROM (see ALBEDO_MAP_FROM)

• OCCLUSION_MAP_TYPE

  用于描述烘培后的贴图是使用的sRGB色域还是线性的色彩空间

  0 . 从sRGB的色彩空间中提取环境光遮蔽
  1 . 从线性的色彩空间中提取环境光遮蔽
  2 . 从sRGB的色彩空间以及使用模型的第二组UV提取环境光遮蔽
  3 . 从线性的色彩空间以及使用模型的第二组UV提取环境光遮蔽

• OCCLUSION_MAP_UV_FLIP (see ALBEDO_MAP_UV_FLIP)

• OCCLUSION_MAP_SWIZZLE (see ALPHA_MAP_SWIZZLE)

• OCCLUSION_MAP_APPLY_SCALE (see ALBEDO_MAP_APPLY_SCALE)

• const float occlusion = 0.0 ~ 1.0;

• const float occlusionMapLoopNum = 0.0 ~ inf; (see albedoMapLoopNum)

Parallax:

　　你可以将高度贴图用于此处，但在DX9中视差贴图无法和顶点位移同时工作

• PARALLAX_MAP_FROM (see ALBEDO_MAP_FROM)

• PARALLAX_MAP_TYPE

  设置视察贴图的类型

  0 . 忽略透明度
  1 . 不忽略透明度

• PARALLAX_MAP_UV_FLIP (see ALBEDO_MAP_UV_FLIP)

• PARALLAX_MAP_SWIZZLE (see ALPHA_MAP_SWIZZLE)

• PARALLAX_MAP_FILE (see ALBEDO_MAP_FILE)

• const float parallaxMapScale = 0.0 ~ inf;

• const float parallaxMapLoopNum = 0.0 ~ inf; (see albedoMapLoopNum)

Emissive

　　目前如果你希望让自发光材质能够照亮场景，你可以通过添加一个光源到场景并且绑定该光源到自发光的材质骨骼，用于制造自发光的照明

• EMISSIVE_ENABLE

• EMISSIVE_MAP_FROM (see ALBEDO_MAP_FROM)

• EMISSIVE_MAP_UV_FLIP (see ALBEDO_MAP_UV_FLIP)

• EMISSIVE_MAP_APPLY_SCALE (see ALBEDO_MAP_APPLY_SCALE)

• EMISSIVE_MAP_APPLY_MORPH_COLOR (see ALBEDO_MAP_APPLY_MORPH_COLOR)

• EMISSIVE_MAP_APPLY_MORPH_INTENSITY

  将多光源中的(Intensity+/-)表情用于材质.

• EMISSIVE_MAP_APPLY_BLINK

  设置以下的数值，可以使材质产生自发光闪烁的效果.

  0 . 无效
  1 . 将const float3 emissiveBlink中的数值与自发光乘算. 例 : const float3 emissiveBlink = float3(1.0, 2.0, 3.0);
  2 . 将表情控制器中的Blink表情应用于自发光, 多光源的扩展功能

• EMISSIVE_MAP_FILE (ALBEDO_MAP_FILE)

• const float3 emissive = 0.0 ~ 1.0;

• const float3 emissiveBlink = 0.0 ~ 10.0;

• const float emissiveIntensity = 0 ~ 100 and above

• const float2 emissiveMapLoopNum = 0.0 ~ inf; (see albedoMapLoopNum)

Shading Model ID

• CUSTOM_ENABLE

  ID	Material	CustomA	CustomB
  0	默认	无效	无效
  1	皮肤	曲率	散射色
  2	自发光	无效	无效
  3	各向异性	各项异性成都	切线扰动
  4	玻璃	曲率	散射色
  5	布料	光泽度	绒毛颜色
  6	清漆	光滑度	无效
  7	次表面	曲率	散射色
  8	卡通着色	阴影阈值	阴影色
  9	ToonBased Shading	阴影阈值	阴影色

  Tips:

  Subsurface : 曲率也被称为不透明度,定义了材质的模糊强度以及透射强度,更多信息可以查看UE4 docs
  Glass : 为了使材质的折射能够工作，必须让PMX的透明度小于0.999
Cloth : 光泽度是一个在GGX和InvGGX的插值系数,更多信息可以查看link
  Cloth : 毛绒色是fresnel中f0的参数,定义了材质的基本反射色使用sRGB的色彩
  Toon : 更多信息可以查看link

• CUSTOM_A_MAP_FROM (see ALBEDO_MAP_FROM)

• CUSTOM_A_MAP_UV_FLIP (see ALBEDO_MAP_UV_FLIP)

• CUSTOM_A_MAP_COLOR_FLIP

• CUSTOM_A_MAP_SWIZZLE (see ALPHA_MAP_SWIZZLE)

• CUSTOM_A_MAP_APPLY_SCALE (see ALBEDO_MAP_APPLY_SCALE)

• CUSTOM_A_MAP_FILE "custom.png" (see ALBEDO_MAP_FILE)

• const float customA = 0.0 ~ 1.0; (linear-space)

• const float customAMapLoopNum = 1.0; (see albedoMapLoopNum)

• CUSTOM_B_MAP_FROM (see ALBEDO_MAP_FROM)

• CUSTOM_B_MAP_UV_FLIP (see ALBEDO_MAP_UV_FLIP)

• CUSTOM_B_MAP_COLOR_FLIP

• CUSTOM_B_MAP_APPLY_SCALE (see ALBEDO_MAP_APPLY_SCALE)

• CUSTOM_B_MAP_FILE "custom.png" (see ALBEDO_MAP_FILE)

• const float3 customB = 0.0 ~ 1.0; (sRGB color-space)

• const float2 customBMapLoopNum = 1.0; (see albedoMapLoopNum)