2023年12月11日，在2023中國汽車設(shè)計(jì)大會(huì)上，虛幻引擎中國技術(shù)客戶經(jīng)理紀(jì)大偉談到，UE在渲染和材質(zhì)表現(xiàn)上一直處于業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先地位，今年推出UE5.3，發(fā)布了一整套新的材質(zhì)系統(tǒng)——Substrate。虛幻引擎的項(xiàng)目結(jié)合Substrate和5.3新功能，在原有的虛幻引擎高品質(zhì)的實(shí)時(shí)渲染基礎(chǔ)上再做提升。

紀(jì)大偉表示，如果想讓3Dmodel和貼圖渲染真實(shí)，首先需要讓它跟實(shí)際場景進(jìn)行結(jié)合。怎么得到最真實(shí)的3D場景？推薦比較低成本的方式——做實(shí)體掃描。虛幻引擎在歐洲一家車企選了環(huán)境，做成實(shí)體的攝影測量和3D掃描，并拍了很多HDR用來照明，用八臺(tái)相機(jī)同時(shí)拍攝，能夠保證在同一個(gè)場景的同一個(gè)時(shí)間、不同角度拍到更加準(zhǔn)確的光照信息。

什么是Substrate？就是所謂物理真實(shí)的材質(zhì)系統(tǒng)，它是UE5的下一代材質(zhì)。為了能夠讓它有更好的擴(kuò)展性，希望它能從最高的電影級(jí)的品質(zhì)覆蓋到移動(dòng)端，也有可能會(huì)用到車機(jī)的實(shí)時(shí)渲染上，具備非常好的擴(kuò)展性。什么叫SubstrateSlab？從物理的角度來說，它相當(dāng)于將材質(zhì)和物理模型進(jìn)行合并，再對(duì)它做一個(gè)切片，所以它會(huì)計(jì)算物體表面和表面之下介質(zhì)部分的光照和渲染，會(huì)影響一個(gè)材質(zhì)表面的反射和粗糙度，另外它會(huì)計(jì)算更深層的材質(zhì)下層的，即介質(zhì)吸收光線和散射光線的效果。為了模擬真實(shí)車漆的flake效果，虛幻引擎在5.3開發(fā)了兩個(gè)新feature，來達(dá)到極度真實(shí)的效果。

虛幻引擎中國技術(shù)客戶經(jīng)理

以下為演講內(nèi)容整理:

Substrate還原車漆真實(shí)感

2023年12月11日，在2023中國汽車設(shè)計(jì)大會(huì)上，虛幻引擎中國技術(shù)客戶經(jīng)理紀(jì)大偉談到，UE在渲染和材質(zhì)表現(xiàn)上一直處于業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先地位，今年推出UE5.3，發(fā)布了一整套新的材質(zhì)系統(tǒng)——Substrate。虛幻引擎的項(xiàng)目結(jié)合Substrate和5.3新功能，在原有的虛幻引擎高品質(zhì)的實(shí)時(shí)渲染基礎(chǔ)上再做提升。

紀(jì)大偉表示，如果想讓3Dmodel和貼圖渲染真實(shí)，首先需要讓它跟實(shí)際場景進(jìn)行結(jié)合。怎么得到最真實(shí)的3D場景？推薦比較低成本的方式——做實(shí)體掃描。虛幻引擎在歐洲一家車企選了環(huán)境，做成實(shí)體的攝影測量和3D掃描，并拍了很多HDR用來照明，用八臺(tái)相機(jī)同時(shí)拍攝，能夠保證在同一個(gè)場景的同一個(gè)時(shí)間、不同角度拍到更加準(zhǔn)確的光照信息。

什么是Substrate？就是所謂物理真實(shí)的材質(zhì)系統(tǒng)，它是UE5的下一代材質(zhì)。為了能夠讓它有更好的擴(kuò)展性，希望它能從最高的電影級(jí)的品質(zhì)覆蓋到移動(dòng)端，也有可能會(huì)用到車機(jī)的實(shí)時(shí)渲染上，具備非常好的擴(kuò)展性。什么叫SubstrateSlab？從物理的角度來說，它相當(dāng)于將材質(zhì)和物理模型進(jìn)行合并，再對(duì)它做一個(gè)切片，所以它會(huì)計(jì)算物體表面和表面之下介質(zhì)部分的光照和渲染，會(huì)影響一個(gè)材質(zhì)表面的反射和粗糙度，另外它會(huì)計(jì)算更深層的材質(zhì)下層的，即介質(zhì)吸收光線和散射光線的效果。為了模擬真實(shí)車漆的flake效果，虛幻引擎在5.3開發(fā)了兩個(gè)新feature，來達(dá)到極度真實(shí)的效果。

圖源:演講嘉賓素材

Substrate中的介質(zhì)會(huì)計(jì)算光線的漫反射和透明材質(zhì)，并提供了計(jì)算半透光照的算法，能夠在光線進(jìn)入材質(zhì)內(nèi)部時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算出光線被材質(zhì)反射多少、吸收多少，有多少產(chǎn)生了散熱，從而得到準(zhǔn)確的材質(zhì)效果統(tǒng)。

與以前的材質(zhì)相比，Substrate有諸多優(yōu)勢(shì)。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(dá)到復(fù)雜、高表現(xiàn)力的材質(zhì)效果。其次，傳統(tǒng)的材質(zhì)沒有介質(zhì)，只能計(jì)算表面，而Substrate有多層嚴(yán)格的分層架構(gòu)，可以模擬更加復(fù)雜的效果。第三，當(dāng)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(xì)節(jié)表現(xiàn)在車漆上時(shí)，原有的材質(zhì)無法做到，而Substrate可以實(shí)現(xiàn)。

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(gòu)成有多個(gè)涂層，從下至上依次疊加，我們可以通過表面計(jì)算反射，并通過更深的光線吸收和散熱計(jì)算表面下的細(xì)節(jié)材質(zhì)表現(xiàn)。

圖源:演講嘉賓素材

當(dāng)車漆和光線產(chǎn)生作用時(shí)，光線射入表面后，一部分被反射，一小部分穿透進(jìn)入介質(zhì)。由于介質(zhì)中的顆粒密度很大，因此當(dāng)光線進(jìn)入顆粒后，在內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生散射，從而使得車漆會(huì)呈現(xiàn)出較好的顏色漸變效果，不只是簡單的顏色表現(xiàn)。在Substrate中，利用漫反射和光線吸收、SSS、厚度等多個(gè)屬性，可以準(zhǔn)確計(jì)算出物理真實(shí)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(nèi)許多廠商正在使用Metallic paints展現(xiàn)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(dāng)有光線射入這些粉末時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的高光效果。可以通過glints的功能實(shí)現(xiàn)這一效果，glints控制很靈活，可以在材質(zhì)中通過密度或UV進(jìn)行控制。

圖源:演講嘉賓素材

第三種車漆為Tripele layer paints。我們?cè)谧鲞@種車漆時(shí)會(huì)先對(duì)真實(shí)的車漆進(jìn)行物理掃描，掃描出Sample后進(jìn)行拆解，在引擎中實(shí)現(xiàn)。這種車漆與前兩種相比更加復(fù)雜，有多層反射，會(huì)有不同的顏色過渡。當(dāng)光線是掠射角時(shí)，看到的顏色較深；當(dāng)光線和表面垂直時(shí)，顏色是高亮的效果，因此對(duì)比度很強(qiáng)烈，會(huì)產(chǎn)生十分豐富的顏色變化。

下圖是兩種不同的顏色效果呈現(xiàn)。左邊黃漆是加強(qiáng)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(huì)完全按照原有物理結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，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(duì)光線的吸收和散射，在Slab A里對(duì)清漆進(jìn)行散射，產(chǎn)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(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜，因?yàn)橹楣馄岬念伾袧u變和過渡，可以實(shí)現(xiàn)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(huì)產(chǎn)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(dāng)光線和表面垂直時(shí)接近白色。我們?cè)谝嬷型ㄟ^一些技術(shù)實(shí)現(xiàn)光線漸變的屬性，它會(huì)對(duì)光線的反映產(chǎn)生兩種作用。一是當(dāng)觀察角度不同時(shí)，顏色會(huì)產(chǎn)生變化；二是當(dāng)光線射入角度不同時(shí)，顏色也會(huì)產(chǎn)生變化，Slab在編輯時(shí)可以通過曲線實(shí)現(xiàn)豐富的漸變效果。后續(xù)我們同樣會(huì)曝露一些參數(shù)，方便調(diào)整更多效果。