2023年12月11日，在2023中國汽車設計大會上，虛幻引擎中國技術客戶經理紀大偉談到，UE在渲染和材質表現上一直處于業內的領先地位，今年推出UE5.3，發布了一整套新的材質系統——Substrate。虛幻引擎的項目結合Substrate和5.3新功能，在原有的虛幻引擎高品質的實時渲染基礎上再做提升。

紀大偉表示，如果想讓3Dmodel和貼圖渲染真實，首先需要讓它跟實際場景進行結合。怎么得到最真實的3D場景？推薦比較低成本的方式——做實體掃描。虛幻引擎在歐洲一家車企選了環境，做成實體的攝影測量和3D掃描，并拍了很多HDR用來照明，用八臺相機同時拍攝，能夠保證在同一個場景的同一個時間、不同角度拍到更加準確的光照信息。

什么是Substrate？就是所謂物理真實的材質系統，它是UE5的下一代材質。為了能夠讓它有更好的擴展性，希望它能從最高的電影級的品質覆蓋到移動端，也有可能會用到車機的實時渲染上，具備非常好的擴展性。什么叫SubstrateSlab？從物理的角度來說，它相當于將材質和物理模型進行合并，再對它做一個切片，所以它會計算物體表面和表面之下介質部分的光照和渲染，會影響一個材質表面的反射和粗糙度，另外它會計算更深層的材質下層的，即介質吸收光線和散射光線的效果。為了模擬真實車漆的flake效果，虛幻引擎在5.3開發了兩個新feature，來達到極度真實的效果。

虛幻引擎中國技術客戶經理

以下為演講內容整理:

Substrate還原車漆真實感

2023年12月11日，在2023中國汽車設計大會上，虛幻引擎中國技術客戶經理紀大偉談到，UE在渲染和材質表現上一直處于業內的領先地位，今年推出UE5.3，發布了一整套新的材質系統——Substrate。虛幻引擎的項目結合Substrate和5.3新功能，在原有的虛幻引擎高品質的實時渲染基礎上再做提升。

紀大偉表示，如果想讓3Dmodel和貼圖渲染真實，首先需要讓它跟實際場景進行結合。怎么得到最真實的3D場景？推薦比較低成本的方式——做實體掃描。虛幻引擎在歐洲一家車企選了環境，做成實體的攝影測量和3D掃描，并拍了很多HDR用來照明，用八臺相機同時拍攝，能夠保證在同一個場景的同一個時間、不同角度拍到更加準確的光照信息。

什么是Substrate？就是所謂物理真實的材質系統，它是UE5的下一代材質。為了能夠讓它有更好的擴展性，希望它能從最高的電影級的品質覆蓋到移動端，也有可能會用到車機的實時渲染上，具備非常好的擴展性。什么叫SubstrateSlab？從物理的角度來說，它相當于將材質和物理模型進行合并，再對它做一個切片，所以它會計算物體表面和表面之下介質部分的光照和渲染，會影響一個材質表面的反射和粗糙度，另外它會計算更深層的材質下層的，即介質吸收光線和散射光線的效果。為了模擬真實車漆的flake效果，虛幻引擎在5.3開發了兩個新feature，來達到極度真實的效果。

圖源:演講嘉賓素材

Substrate中的介質會計算光線的漫反射和透明材質，并提供了計算半透光照的算法，能夠在光線進入材質內部時準確計算出光線被材質反射多少、吸收多少，有多少產生了散熱，從而得到準確的材質效果統。

與以前的材質相比，Substrate有諸多優勢。首先，Substrate是以切片的方式存在，因此可以有任意多種組合，可以達到復雜、高表現力的材質效果。其次，傳統的材質沒有介質，只能計算表面，而Substrate有多層嚴格的分層架構，可以模擬更加復雜的效果。第三，當渲染需求苛刻，需要基于光線切入角度范圍的顏色變化將細節表現在車漆上時，原有的材質無法做到，而Substrate可以實現。

車漆的視覺定義包括顏色和表面拋光兩方面，最常見的車漆類型有Solid paints、Metallic paints、Pearlescent paints。車漆的漆面構成有多個涂層，從下至上依次疊加，我們可以通過表面計算反射，并通過更深的光線吸收和散熱計算表面下的細節材質表現。

圖源:演講嘉賓素材

當車漆和光線產生作用時，光線射入表面后，一部分被反射，一小部分穿透進入介質。由于介質中的顆粒密度很大，因此當光線進入顆粒后，在內部會產生散射，從而使得車漆會呈現出較好的顏色漸變效果，不只是簡單的顏色表現。在Substrate中，利用漫反射和光線吸收、SSS、厚度等多個屬性，可以準確計算出物理真實車漆的3D渲染效果。

車漆效果展示

圖源:演講嘉賓素材

第二種車漆為Metallic paints，國內許多廠商正在使用Metallic paints展現汽車外觀。和以前相比，MetallicPaints有金屬顆粒，這些顆粒懸浮在顏色涂層的不同高度上，當有光線射入這些粉末時會產生不同的高光效果。可以通過glints的功能實現這一效果，glints控制很靈活，可以在材質中通過密度或UV進行控制。

圖源:演講嘉賓素材

第三種車漆為Tripele layer paints。我們在做這種車漆時會先對真實的車漆進行物理掃描，掃描出Sample后進行拆解，在引擎中實現。這種車漆與前兩種相比更加復雜，有多層反射，會有不同的顏色過渡。當光線是掠射角時，看到的顏色較深；當光線和表面垂直時，顏色是高亮的效果，因此對比度很強烈，會產生十分豐富的顏色變化。

下圖是兩種不同的顏色效果呈現。左邊黃漆是加強版，底漆是黃色，密度很高，中間加了一層珠光帶透明的黃色效果，最上面的ClearCoat是全透明的。右邊巖漿紅最上層的ClearCoat是淡紅色。它的純物理Sample拆解出來后有四層，在原有第二層和第三層里加了MidCoad。在引擎中，我們不會完全按照原有物理結構實現，因此將第一層和第二層做了合并，直接在Slab C下做金屬銀色地漆，在Slab B中追加對光線的吸收和散射，在Slab A里對清漆進行散射，產生帶有紅色的清漆效果。

圖源:演講嘉賓素材

最后是珠光漆，在引擎中實現相對復雜，因為珠光漆的顏色有漸變和過渡，可以實現雙色漆效果。和MetallicPaints相比，珠光漆有一些在顏色涂層里添加了陶瓷顆粒，會產生類似珍珠粉一樣的高光效果，從不同角度看，珠光漆在掠射角顏色更深，略微泛黃，當光線和表面垂直時接近白色。我們在引擎中通過一些技術實現光線漸變的屬性，它會對光線的反映產生兩種作用。一是當觀察角度不同時，顏色會產生變化；二是當光線射入角度不同時，顏色也會產生變化，Slab在編輯時可以通過曲線實現豐富的漸變效果。后續我們同樣會曝露一些參數，方便調整更多效果。