虚幻4材质系统【1】自定义材质节点

          虚幻4有一套强大的材质编辑器，我们可以用这套编辑器做很多事情，几乎90%的效果都可以通过它来实现，前段时间探索了一下材质系统。我将分以下几个部分来记录我的研究结果。如有错误还请指正。

【1】虚幻4材质系统概述，自定义材质节点。

【2】虚幻4材质和shader的关系，自定义上传shader。

【3】虚幻4渲染资源整理，使用自己的shader，模型。抛弃虚幻4的模型管理，材质编辑器。（纯粹是为了了解虚幻4的原理，实际项目不建议这么做）。

          最直观的，打开虚幻编辑器，我们随便连一个vector3到basecolor上，点编译按钮，我们就得到了一个材质。但是千万不要以为我们眼前看到东西就是shader。从本质上来说，我们眼前的材质节点只是包含一串HLSL代码的容器。

你可以打开引擎代码，找到如下目录（Source/Runtime/Engine/Classes/Material）就能看到引擎里所有材质节点的代码。找到HLSLMaterialTranslator，就会发现，这些节点里面保存的FString，里面加的就是HLSL代码。当我们在材质编辑器里面把线练好后，点下编译，材质节点就会依次执行，把里面的HLSl代码字符串抽出来，加到ShaderMap里，最后就得到了所谓的shader（简单粗暴）。下面就是Floor的HLSLTranslator里面的翻译代码，把节点翻译成HLSL代码

virtual int32 Floor(int32 X) override{if(X == INDEX_NONE){return INDEX_NONE;}if(GetParameterUniformExpression(X)){return AddUniformExpression(new FMaterialUniformExpressionFloor(GetParameterUniformExpression(X)),GetParameterType(X),TEXT("floor(%s)"),*GetParameterCode(X));}else{return AddCodeChunk(GetParameterType(X),TEXT("floor(%s)"),*GetParameterCode(X));}}

整理一下执行顺序。首先我们在编辑器连好材质，这些材质节点都会有调用HLSLTranslator的与这个材质节点相称的HLSLTranslator的代码，比如floor节点就会调用HLSLTranslator里的“virtual int32 Floor(int32 X)”这个函数。HLSLTranslator再把这个函数里的HLSL代码字符串加到Shadermap里（加进去还有其他函数调用，并不是HLSLTRaslator直接做的这个操作，不过它是这个操作的发起者。）完成了shadermap的事情之后就是交给引擎的其他类去编译顶点着色器啦，像素着色器啦。。。后面的过程不作讨论了。大概的过程就是这样。

       下面我就实现了一个自己的材质节点。首先创建一个MyMaterialExpression类，派生自UMaterialExpression。下面是.h文件

#pragma once#include "CoreMinimal.h"#include "UObject/ObjectMacros.h"#include "MaterialExpressionIO.h"#include "Materials/MaterialExpression.h"#include "MyMaterialExpression.generated.h"/** *  */UCLASS(MinimalAPI, collapsecategories, hidecategories = Object)class UMyMaterialExpression : public UMaterialExpression{GENERATED_UCLASS_BODY()//材质节点的输入UPROPERTY()FExpressionInput Input;#if WITH_EDITOR//调用HLSLTranlator的函数来翻译HLSL代码virtual int32 Compile(class FMaterialCompiler* Compiler, int32 OutputIndex) override;//材质节点的名字virtual void GetCaption(TArray<FString>& OutCaptions) const override;#endif};

Compile函数会调用HLSL翻译代码，把FString翻译成HLSL代码并把它赛道shadermap里。getCaption代码是这个材质节点在材质编辑器里的名字。FExpressionInput是材质节点的输入接口，可以定义多个入口，数量随意。
下面是.cpp

#include "MyMaterialExpression.h"#include "EditorSupportDelegates.h"#include "MaterialCompiler.h"#if WITH_EDITOR#include "MaterialGraph/MaterialGraphNode_Comment.h"#include "MaterialGraph/MaterialGraphNode.h"#include "Framework/Notifications/NotificationManager.h"#include "Widgets/Notifications/SNotificationList.h"#endif //WITH_EDITOR#define LOCTEXT_NAMESPACE "MaterialExpression"UMyMaterialExpression::UMyMaterialExpression(const FObjectInitializer& ObjectInitializer): Super(ObjectInitializer){// Structure to hold one-time initializationstruct FConstructorStatics{FText NAME_Math;FConstructorStatics(): NAME_Math(LOCTEXT("MyMaterial", "MyMaterial")){}};static FConstructorStatics ConstructorStatics;#if WITH_EDITORONLY_DATAMenuCategories.Add(ConstructorStatics.NAME_Math);#endif}#if WITH_EDITORint32 UMyMaterialExpression::Compile(FMaterialCompiler* Compiler, int32 OutputIndex){int32 Result = INDEX_NONE;if (!Input.GetTracedInput().Expression){// 当输入口没有连线时报错，这个输出可以在材质编辑器里看到Result = Compiler->Errorf(TEXT("哇，报错了耶！！你的节点没连好吧！！！"));}else{//我只做了一个简单的返回一个颜色Result = Compiler->Constant3(0, 1, 1);}return Result;}void UMyMaterialExpression::GetCaption(TArray<FString>& OutCaptions) const{OutCaptions.Add(TEXT("MyMaterialExpression"));}#endif // WITH_EDITOR

下面是效果图：报错信息是可以自己定义的

大功告成啦。

我们可以再把节点做复杂一点，不知道有没有人发现虚幻的材质编辑器没有很多个接口的switch，我们可以自己做一个

h文件：

#pragma once#include "CoreMinimal.h"#include "UObject/ObjectMacros.h"#include "MaterialExpressionIO.h"#include "Materials/MaterialExpression.h"#include "MyMaterialExpression.generated.h"/** *  */UCLASS(MinimalAPI, collapsecategories, hidecategories = Object)class UMyMaterialExpression : public UMaterialExpression{GENERATED_UCLASS_BODY()//材质节点的输入UPROPERTY()FExpressionInput Input1;UPROPERTY()FExpressionInput Input2;UPROPERTY()FExpressionInput Input3;UPROPERTY()FExpressionInput Input4;UPROPERTY()FExpressionInput Input5;UPROPERTY(EditAnywhere, Category = "MyMaterial")float myIndex;#if WITH_EDITOR//调用HLSLTranlator的函数来翻译HLSL代码virtual int32 Compile(class FMaterialCompiler* Compiler, int32 OutputIndex) override;//材质节点的名字virtual void GetCaption(TArray<FString>& OutCaptions) const override;#endif};

cpp

#include "MyMaterialExpression.h"#include "EditorSupportDelegates.h"#include "MaterialCompiler.h"#if WITH_EDITOR#include "MaterialGraph/MaterialGraphNode_Comment.h"#include "MaterialGraph/MaterialGraphNode.h"#include "Framework/Notifications/NotificationManager.h"#include "Widgets/Notifications/SNotificationList.h"#endif //WITH_EDITOR#define LOCTEXT_NAMESPACE "MaterialExpression"UMyMaterialExpression::UMyMaterialExpression(const FObjectInitializer& ObjectInitializer): Super(ObjectInitializer){// Structure to hold one-time initializationstruct FConstructorStatics{FText NAME_Math;FConstructorStatics(): NAME_Math(LOCTEXT("MyMaterial", "MyMaterial")){}};static FConstructorStatics ConstructorStatics;myIndex = 0.0f;#if WITH_EDITORONLY_DATAMenuCategories.Add(ConstructorStatics.NAME_Math);#endif}#if WITH_EDITORint32 UMyMaterialExpression::Compile(FMaterialCompiler* Compiler, int32 OutputIndex){int32 Result = INDEX_NONE;if (!Input1.GetTracedInput().Expression){// 当输入口没有连线时报错，这个输出可以在材质编辑器里看到return Compiler->Errorf(TEXT("哇，报错了耶！！你的节点第一根线没连好！！！"));}if (!Input2.GetTracedInput().Expression){// 当输入口没有连线时报错，这个输出可以在材质编辑器里看到return Compiler->Errorf(TEXT("哇，报错了耶！！你的节点第二根线没连好！！！"));}if (!Input3.GetTracedInput().Expression){// 当输入口没有连线时报错，这个输出可以在材质编辑器里看到return Compiler->Errorf(TEXT("哇，报错了耶！！你的节点第三根线没连好！！！"));}if (!Input4.GetTracedInput().Expression){// 当输入口没有连线时报错，这个输出可以在材质编辑器里看到return Compiler->Errorf(TEXT("哇，报错了耶！！你的节点第四根线没连好！！！"));}if (!Input5.GetTracedInput().Expression){// 当输入口没有连线时报错，这个输出可以在材质编辑器里看到return Compiler->Errorf(TEXT("哇，报错了耶！！你的节点第五根线没连好！！！"));}int32 newIndex = myIndex;if (newIndex>5||newIndex<0){return Compiler->Errorf(TEXT("index指数不对，应该在0到5之间"));}switch (newIndex){case 0:return Input1.Compile(Compiler);case 1:return Input2.Compile(Compiler);case 2:return Input3.Compile(Compiler);case 3:return Input4.Compile(Compiler);case 4:return Input5.Compile(Compiler);}return Result;}void UMyMaterialExpression::GetCaption(TArray<FString>& OutCaptions) const{OutCaptions.Add(TEXT("MyMaterialExpression"));}#endif // WITH_EDITOR

最后的效果