随着计算机图形技术的不断进步，3D材质创作正迎来新的趋势。其中，程序化材质作为一种创新的方法，正在引起广泛关注。程序化材质的独特之处在于它能够通过算法和参数的调整，以一人之力胜过十人的创作团队，让我们一起揭秘程序化材质的魅力，通过虚幻引擎探索其在3D材质创作中的新趋势。
程序化是指使用计算机程序来自动生成或处理数据、内容、图形等的过程。它基于算法和规则，通过自动化的方式生成、修改或操作目标对象，以达到特定的目标或满足特定的需求。在计算机图形和游戏开发领域，程序化经常被用于生成和处理材质、纹理、模型、动画等内容。程序化方法可以通过算法和参数化的方式来创建多样化的视觉效果，减少手工制作的工作量，并提供更高程度的可定制性。
程序化材质是一种通过算法和参数控制生成纹理和材质的方法，而不是使用传统的手工绘制或贴图的方式。它基于数学公式和算法，根据输入的参数和规则生成材质的外观和属性。这使得开发人员能够快速创建复杂、高质量的材质，而无需手动绘制每个细节。
程序化材质在虚幻引擎中扮演着重要的角色，并具有许多优势。
提供无限的变化：程序化材质可以根据算法和参数的设置，生成无限多样的纹理和效果。这使得开发者能够创造出独特的、不重复的材质，为游戏或虚拟场景带来更多的视觉多样性。
节省时间和资源：使用程序化材质，开发者可以快速生成复杂的材质效果，而无需手动绘制每个细节。这节省了大量的时间和资源，并提高了开发效率。
可调整性和可重用性：程序化材质通常具有可调整的参数，开发者可以根据需要轻松修改材质的外观。此外，程序化材质可以被重复使用，应用于不同的模型和场景中，提高了工作流程的效率。
灵活性和动态性：程序化材质可以根据游戏中的不同条件和交互，实时地改变外观和行为。这使得材质能够对光照、天气、时间等动态因素做出响应，增强了游戏的真实感和沉浸感。
优化性能：程序化材质可以通过减少纹理贴图的使用和优化渲染流程，提高游戏的性能表现。较小的纹理尺寸和更少的纹理开销可以减少内存占用，并提高游戏在不同平台上的运行效率。
程序化材质可以与人工智能（AI）技术结合使用，AI技术能为程序化材质的创建和调整提供更多的智能化和自动化功能，进一步提升材质的质量和创造力。
比如，AI可以通过学习大量的图像数据和样本，自动生成逼真的材质纹理，并通过深度学习和生成对抗网络（GAN）等技术，模拟和生成各种材质的细节和特征，为程序化材质的创建提供更多的可能性。还通过分析和优化程序化材质的参数，自动调整材质的外观和效果。通过训练AI模型，可以实现自动化的材质参数优化，使得材质在视觉上更加吸引人或符合特定的设计需求。另外也能监测游戏或虚拟场景中的动态变化，并实时调整程序化材质以适应不同的情境，就能根据光照条件的变化，自动调整材质的反射和折射效果，以实现更逼真的渲染结果。不仅如此，AI通过学习不同材质的特征和风格，将一个材质转换为另一个材质，或者进行风格迁移。这种能力可以使开发者更轻松地实现不同风格的材质切换，或者将现实世界中的材质效果应用到虚拟场景中。
通过将程序化材质与AI技术结合，可以进一步提升材质的质量、创造力和逼真度，为游戏开发和虚拟场景创作带来更多的可能性。
材质父项指的是一个材质实例继承属性和行为的基础材质，材质父项允许你在基础材质的基础上创建一个新的材质实例，并对其进行修改和定制，而无需修改基础材质本身，我们所做的一些程序化内容都在父项内创建，通过子项的继承只需要修改其中参数或贴图。
上图是一个关于风的材质动画，可能会有同学纳闷，一是风是看不见摸不着的，如何表现？二是材质按理说应该是二维像素附着于物体表面，为什么像素还能在物体表面运动？三是在大多数3d软件中，材质栏是制作3d软件的程序员已经写好的，我们只需要赋贴图、调参数就能控制材质表现，而在虚幻引擎中有这么多节点，它是怎么工作的？四是就凭这几个参数就能造一个材质动画出来？五是材质动画与我们的程序化材质有什么关联？
风的表现一般靠物体运动来获得，比如红旗飘动、树叶飘动、窗帘飘动，但是真的去给它们在3d软件中做出动画效果再导入到引擎里是很麻烦并且耗费资源的，在实时引擎渲染中，为了使画面流畅，可以在保证画面质量的同时，提高性能和用户体验，我们会用一些方式控制帧率在最佳水平。材质动画就比物体动画耗费的资源要少，并且一个材质可以赋给多个物体。它的工作流程也很简单，用上图举例，我们可以把它分解成三个部分：输入函数-节点开关-输出函数。红色方框表示这个材质的函数生成部分，最左边的函数用来控制树木的叶子、树干、树叶上的装饰，我们打开其中一项进入它的子层级。
可以看到通过这些节点，设置了粗糙度，基本颜色，高光参数栏等等，也可以根据季节调整树叶的数量，表面着色（比如腐烂树叶，带雪的树叶），并将这些参数设置直接暴露给材质实例也就是子项。
再回到上一级，中间的wind是关于风向的函数，我们打开它的子层级。
这里是整个风力函数的全部节点，各个主节点中又嵌套了多种函数用来实现这个节点的功能，其中包含风向，风速，风力，旋转，重力等多个参数，嵌套太多，我们就不一一展开看了。
再回到上一级，蓝色框是控制这一层级内所有函数关联的开关，我们可以在子材质中开启或关闭其中一项节点的功能。
白色框内的节点将树木节点与风的节点串联了起来，相当于一个枢纽，通过字面意思，“材质属性”大家应该了解是什么，“全局位置偏移”大部分没接触图形学的人会比较陌生，它是计算机图形学中常用的技术，用于在顶点着色器中对模型的顶点位置进行偏移，以实现更灵活和动态的效果。
最终得到的结果是一个丑丑的动态材质球，我们进一步使用这个父项创建一个材质实例。
得到了一个可以调节参数的窗口，这里面的参数都是通过父项暴露出的节点生成的。
上面的三个图像栏也是通过节点暴露出的，分别是基本材质贴图，不透明度RGB贴图，法线贴图，这里可以替换成其他你想要的贴图，底下的父项就是刚才用函数制作的材质。
最后我们把调整好参数的材质实例赋予树的模型，可以通过左边的窗口可以看到树的基本形态，放入场景中，还可以摆放风力系统使动态效果更加明显，这样的一个程序化材质到这里就算完成了。
材质动画与程序化材质其实是两个概念，材质动画的生成方式有多种，在这里我们为了实现更多的功能，使用了调用函数去实现结果的方式，不依赖于预先制作的纹理图像，而是通过节点之间的连接和参数的调整来生成材质的外观，这种方式使得材质的外观可以根据需要进行实时调整和变化，这又是程序化材质的原理，我们可以将这种实现方式统称为程序化材质。
看到这里大家是不是直呼上当，这个东西怎么这么复杂，它的结构简单，但生成过程相对复杂，虽然程序化材质具有很多优点，但也存在一些挑战和限制，比如学习曲线陡峭，需要一定的技术和图形学知识。掌握节点系统、算法和参数调整需要一些时间和精力，对于初学者来说，可能需要一段时间才能熟练运用。另外创建复杂的程序化材质可能需要大量的节点和参数调整。节点系统的复杂性可能会导致材质的创建和编辑变得复杂和困难，需要仔细的规划和组织节点网络，以确保材质效果的正确实现。
程序化材质在计算机图形领域有着广阔的应用前景，我们可以期待一系列创新和改进，以进一步提升其功能和效果，其中包括更高级的节点系统、智能算法和更强大的工具支持，这将使艺术家和设计师能够更轻松地创建复杂的程序化材质，实现更多样化和逼真的外观效果。
目前的节点系统已经相当强大，但未来的发展将进一步扩展其功能。我们可以期待更多种类的节点，涵盖更广泛的材质属性和效果。例如，更复杂的光照模型、更精确的物理仿真和更高级的纹理生成算法等。这些节点的引入将使开发人员能够更精细地控制材质的外观和行为，从而创建更逼真和多样化的效果。
其次，智能算法的应用将为程序化材质带来更高效和智能的创作过程。通过机器学习和人工智能技术，可以训练模型来生成材质、优化参数和实时调整外观。这将减少开发人员手动调整和试错的时间，提高工作效率。智能算法还可以通过分析和理解艺术家的创作意图，自动推荐合适的节点和参数设置，为艺术家提供更多创作灵感和支持。
此外，更强大的工具支持将进一步推动程序化材质的发展。虚幻引擎和其他相关工具将提供更多的内置节点和材质模板，使初学者能够更轻松地入门和使用程序化材质。同时，开发者社区将积极分享和交流他们的创作经验和技巧，为其他人提供学习和参考的资源。这将促进程序化材质的普及和发展，推动整个行业向前发展。
未来的程序化材质发展将涉及更高级的节点系统、智能算法和更强大的工具支持。这些创新和改进将为开发人员和艺术家提供更多创作的可能性和灵活性，推动游戏开发领域的技术进步和创新。随着这些趋势的发展，我们可以期待看到更逼真、多样化和创新的程序化材质在未来的游戏中得到广泛应用。
喜欢小动物
扫码进群
转载时请连同下方内容一起转发
请与该公众号联系获取内容授权
长按二维码 轻松关注
微信公众号：i58UXD
58同城用户体验设计中心
本篇文章来源于微信公众号: 58UXD
